Гидроакустика

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к: навигация, поиск

Гидроаку́стика — раздел акустики, изучающий излучение, приём и распространение звуковых волн в реальной водной среде (в океанах, морях, озёрах и т. д.) для целей подводной локации, связи и т. п.

Главная особенность подводных звуков — их малое затухание, вследствие чего под водой звуки могут распространяться на значительно бо́льшие расстояния, чем, например, в воздухе.

Кроме затухания, обусловленного свойствами самой воды, на дальность распространения звуков под водой влияют рефракция звука, его рассеяние и поглощение различными неоднородностями среды.

Термины и определения гидроакустики[править | править вики-текст]

Применение гидроакустики[править | править вики-текст]

Гидроакустика получила широкое практическое применение, поскольку ещё не создано эффективной системы передачи электромагнитных волн под водой на сколько-нибудь значительном расстоянии, и звук поэтому является единственным возможным средством связи под водой.[источник не указан 185 дней]

Для этих целей пользуются звуковыми частотами от 300 до 10000 гц и ультразвуками от 10000 гц и выше. В качестве излучателей и приёмников в звуковой области используются электродинамические и пьезоэлектрические излучатели и гидрофоны, а в ультразвуковой — пьезоэлектрические и магнитострикционные. Кроме звукоподводной связи гидроакустика применяется для:

  • Обнаружения шумовых сигналов и определения направления на них;
  • Излучения акустических сигналов, обнаружения отраженных сигналов и определения координат;
  • Классификации обнаруженных сигналов

Наиболее существенные применения гидроакустики:

  • Для решения военных задач;
  • Морской навигации;
  • Звукоподводной связи;
  • Рыбопоисковой разведки;
  • Океанологических исследований;
  • Сферы деятельности по освоению богатств дна Мирового океана;
  • Использования акустики в бассейне (дома или в тренировочном центре по синхронному плаванию)
  • Тренировки морских животных.

Гидроакустические средства[править | править вики-текст]

Применение гидроакустики реализуется с помощью гидроакустических средств. Гидроакустическое устройство представляет собой техническое устройство или совокупность устройств, принцип действия которых основан на использовании акустических волн в водной среде. К гидроакустическим средствам можно отнести:

  • Гироакустические комплексы;
  • эхолоты — являются разновидностью гидролокаторов более узкого назначения;
  • гидролокаторы;
  • Шумопеленгаторы (пассивные средства подводного наблюдения) — определяют направление источника шума.

Площадная съемка[править | править вики-текст]

Имеется несколько особенностей использования средств площадной съемки в мелковод­ном море:[1]

  1. высокая плотность информации о глубинах внутри полосы обзора;
  2. избыточность информации (несколько измеренных глубин в одной точке);
  3. неравная точность информации (глубины внутри полосы обзора имеют разную точность).

Представление данных[править | править вики-текст]

В настоящее время существует несколько подходов к обработке и пред­ставлению данных площадных съемок. Традиционный подход, который чаще всего используется в настоящее время, унаследовал идеологию, принятую еще со времен однолучевой батиметрии. Такой подход предполагает редактирова­ние каждой отдельной глубины с использованием возможностей компьютерной техники. При этом на этапе окончательной обработки основное время уходит на интерактивное (ручное) редактирование полученных глубин. В итоге для пред­ ставления на отчетном планшете отбираются только наименьшие глубины аква­тории, характеризующие сугубо «гидрографический» подход к съемке рельефа, направленный, прежде всего, на обеспечение безопасности мореплавания. При данном подходе теряется значительная часть полезной информации о микроре­льефе, кроме того, достаточно сложно получить апостериорную оценку точности выполненной съемки.[1]

Альтернативный подход к обработке данных площадных съемок, результа­ты которых могут быть использованы как для обеспечения безопасности море­плавания, так и для исследовательских целей, был предложен в последние годы. Взамен представления отдельных глубин предлагается создавать так называе­мую «навигационную поверхность» (Navigation Surface). Данная методология получила наименование CUBE (Combined Uncertainty and Bathymetiic Estimator) [37, 38, 39, 60]. Методика «CUBE» — это одна из разновидностей создания регу­лярной сети, когда в результате обработки кроме оценок глубин обеспечивается также получение оценки погрешности глубины в каждом узле грида. Методи­ку «CUBE» возможно использовать и для фильтрации грубо ошибочных измерений, которые не удалось устранить на предшествующих этапах обработки.[1]

Рефракция звука (искривление пути звукового луча)[править | править вики-текст]

Скорость распространения звука изменяется с глубиной, причём изменения зависят от времени года и дня, глубины водоёма и ряда других причин.

Звуковые лучи, выходящие из источника под некоторым углом к горизонту, изгибаются, причём направление изгиба зависит от распределения скоростей звука в среде:

  • летом, когда верхние слои теплее нижних, лучи изгибаются книзу и в большинстве отражаются от дна, теряя при этом значительную долю своей энергии;
  • зимой, когда нижние слои воды сохраняют свою температуру, между тем как верхние слои охлаждаются, лучи изгибаются кверху и многократно отражаются от поверхности воды, при этом теряется значительно меньше энергии. Поэтому зимой дальность распространения звука больше, чем летом.

Вертикальное распределение скорости звука (ВРСЗ) и градиент скорости оказывают определяющее влияние на распространение звука в морской среде. Распределение скорости звука в различных районах Мирового океана различно и меняется во времени. Различают несколько типичных случаев ВРСЗ:

Вследствие рефракции могут образоваться мёртвые зоны — области, расположенные недалеко от источника, в которых слышимость отсутствует.

Наличие рефракции может приводить и к увеличению дальности распространения звука — явлению сверхдальнего распространения звуков под водой.

Рассеивание и поглощение звука неоднородностями среды[править | править вики-текст]

На распространение звуков высокой частоты, когда длины волн очень малы, оказывают влияние мелкие неоднородности, обычно имеющиеся в естественных водоёмах: пузырьки газов, микроорганизмы и т. д.

Эти неоднородности действуют двояким образом: они поглощают и рассеивают энергию звуковых волн. В результате с повышением частоты звуковых колебаний дальность их распространения сокращается. Особенно сильно этот эффект заметен в поверхностном слое воды, где больше всего неоднородностей.

Рассеяние звука неоднородностями, а также неровностями поверхности воды и дна вызывает явление подводной реверберации, сопровождающей посылку звукового импульса: звуковые волны, отражаясь от совокупности неоднородностей и сливаясь, дают затягивание звукового импульса, продолжающееся после его окончания.

Пределы дальности распространения подводных звуков так же ограничиваются собственными шумами моря, имеющими двоякое происхождение:

ПО для гидрографии, гидролокации[править | править вики-текст]

Реального времени[править | править вики-текст]

  • PDS-2000 фирмы Reson Inc.
  • SIS (Seabed Information System)) фирмы Kongsberg MaritimeJnc.
  • HYPACK фирмы HYPACK
  • HYSWEEP МАХ фирмы HYPACK
  • QINS фирмы QPS

Постобработка[править | править вики-текст]

  • CARIS HIPS (Kongsberg Maritime)
  • Neptune (Kongsberg Maritime)
  • HYSWEEP (HYPACK)
  • MBE (HYPACK)

См. также[править | править вики-текст]

Примечания[править | править вики-текст]

  1. 1 2 3 Фирсов Ю.Г. "Основы гидроакустики и использования гидрографических сонаров" — СПб.: Нестор-История, 2010. — 348 с. ISBN 9-785-98187-644-8

Ссылки[править | править вики-текст]