Бистатический гидролокатор: различия между версиями

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Интерактивная навигация по истории
[отпатрулированная версия][отпатрулированная версия]
← Предыдущая правкаСледующая правка →
Содержимое удалено Содержимое добавлено
ВизуальныйВики-текст
Нет описания правки
Нет описания правки
Строка 1: Строка 1:
'''Бистатический гидролокатор''' — [[гидролокатор]], [[приёмник]](и) и [[передатчик]](и) которого разнесены в пространстве на расстояния, сравнимые с расстоянием до цели.
'''Бистатический гидролокатор''' — [[гидролокатор]], [[приёмник]](и) и [[передатчик]](и) которого разнесены в пространстве на расстояния, сравнимые с расстоянием до цели<ref name="FarSounder">Все материалы данного раздела, кроме фрагментов, где источник указан особо, взяты из статьи ''Alexander Yakubovskiy'' [http://www.farsounder.com/files/Bistatic%20Sonar_explained.pdf Bistatic Sonar, explained]. FarSounder Inc.</ref>.


== Сравнение бистатического и моностатического гидролокаторов ==
== Сравнение бистатического и моностатического гидролокаторов ==


=== Потери распространения ===
=== Потери распространения ===
В процессе распространения звука в среде, амплитуда звуковых колебаний уменьшается. Существуют три основных механизма потерь: сферическое (или цилиндрическое в мелкой воде) расхождение, поглощение и рассеяние звука неоднородностями среды. Потери распространения TL ({{lang-en|Transmission loss}}) зависит от расстояния и частоты звука. В моностатическом гидролокаторе звук вначале проходит путь от излучателя до цели, а затем обратно – от цели к приёмнику. Считая, что потери в одном направлении равны TL (в [[децибел]]ах), полные потери звука составят 2·TL. В бистатическом гидролокаторе потери являются суммой потерь на пути от излучателя до цели TL<sub>PT</sub> и потерь на пути от цели к приёмнику TL<sub>TR</sub>.
В процессе распространения звука в среде, амплитуда звуковых колебаний уменьшается. Существуют три основных механизма потерь: сферическое (или цилиндрическое в мелкой воде) расхождение, поглощение и рассеяние звука неоднородностями среды. Потери распространения TL ({{lang-en|Transmission loss}}) зависит от расстояния и частоты звука. В моностатическом гидролокаторе звук вначале проходит путь от излучателя до цели, а затем обратно – от цели к приёмнику. Считая, что потери в одном направлении равны TL (в [[децибел]]ах), полные потери звука составят 2·TL. В бистатическом гидролокаторе потери являются суммой потерь на пути от излучателя до цели TL<sub>PT</sub> и потерь на пути от цели к приёмнику TL<sub>TR</sub><ref name="FarSounder" />.
=== Мёртвая зона ===
=== Мёртвая зона ===
[[Image:Bistatic sonar dead zone.png|thumb|150px|right|Мёртвая зона бистатического гидролокатора]]
[[Image:Bistatic sonar dead zone.png|thumb|150px|right|Мёртвая зона бистатического гидролокатора]]
В моностатическом гидролокаторе сигнал излучателя, попадая в приёмник, маскирует отражённые от цели сигналы. Если длительность сигнала передатчика составляет τ, то моностатический гидролокатор не способен обнаруживать цели в радиусе менее сτ/2, где с — скорость распространения звука. Эта круговая область прострнства называется «мёртвой зоной». Если гидролокатор находится в мелкой воде, радиус мёртвой зоны может быть больше, так как сильные отражённые сигналы могут созавать волны на поверхности воды и неоднородности дна.
В моностатическом гидролокаторе сигнал излучателя, попадая в приёмник, маскирует отражённые от цели сигналы. Если длительность сигнала передатчика составляет τ, то моностатический гидролокатор не способен обнаруживать цели в радиусе менее сτ/2, где с — скорость распространения звука. Эта круговая область прострнства называется «мёртвой зоной». Если гидролокатор находится в мелкой воде, радиус мёртвой зоны может быть больше, так как сильные отражённые сигналы могут созавать волны на поверхности воды и неоднородности дна<ref name="FarSounder" />.


В бистатическом гидролокаторе приёмник находится на расстоянии R<sub>PR</sub> от излучателя, поэтому в течении времени t = R<sub>PR</sub>/c после зондирующего импульса сигнал вообще не поступает на приёмник. В момент времени t приёмник принимает «прямой сигнал» ({{lang-en|direct blast}}), который продолжается в течение времени сτ<ref>''Cox H.'' Fundamentals of Bistatic Active Sonar. In: «Underwater Acoustic Data Processing» by Y. T. Chan (editor). Springer, 1989.</ref>. Таким образом, бистатический гидролокатор не способен различать цели внутри эллипса, границы которого соответствуют расстоянию R = R<sub>PR</sub> + cτ, а фокусами являются излучатель и приёмник. Отражения сигнала от близких к излучателю неоднородностей не влияют на мёртвую зону.
В бистатическом гидролокаторе приёмник находится на расстоянии R<sub>PR</sub> от излучателя, поэтому в течении времени t = R<sub>PR</sub>/c после зондирующего импульса сигнал вообще не поступает на приёмник. В момент времени t приёмник принимает «прямой сигнал» ({{lang-en|direct blast}}), который продолжается в течение времени сτ<ref>''Cox H.'' Fundamentals of Bistatic Active Sonar. In: «Underwater Acoustic Data Processing» by Y. T. Chan (editor). Springer, 1989.</ref>. Таким образом, бистатический гидролокатор не способен различать цели внутри эллипса, границы которого соответствуют расстоянию R = R<sub>PR</sub> + cτ, а фокусами являются излучатель и приёмник. Отражения сигнала от близких к излучателю неоднородностей не влияют на мёртвую зону.
Строка 13: Строка 13:
=== Диаграмма направленности отражения ===
=== Диаграмма направленности отражения ===
[[Image:Target scattering pattern.png|thumb|right|150px|Диаграмма направленности отражения]]
[[Image:Target scattering pattern.png|thumb|right|150px|Диаграмма направленности отражения]]
Объекты никогда не отражают звук строго однонаправленно. Механизм отражения звука достаточно сложен, потому что отражающий объект в общем случае нельзя представить абсолютно жёсткой сферой. Амплитуда отражённого звука зависит от угла β (по отношению к локальной системе координат объекта), под которым объект облучается излучателем, и угла α, под которым отражённый звук идёт к приёмнику. Зависимость S(α, β) силы отражённого звука от этих углов называется диаграммой направленности отражения.
Объекты никогда не отражают звук строго однонаправленно. Механизм отражения звука достаточно сложен, потому что отражающий объект в общем случае нельзя представить абсолютно жёсткой сферой. Амплитуда отражённого звука зависит от угла β (по отношению к локальной системе координат объекта), под которым объект облучается излучателем, и угла α, под которым отражённый звук идёт к приёмнику. Зависимость S(α, β) силы отражённого звука от этих углов называется диаграммой направленности отражения<ref name="FarSounder" />.


Направление максимального отражения зависит от формы объекта и его внутренней структуры. Поэтому не всегда угол оптимального облучения и угол максимального отражения совпадают. Ещё более сложной становится картина отражения, когда цель частично углублена в донные отложения (это характерно, например, для мин, утопленных контейнеров с отходами, затонувших кораблей и т.д.). В этом случае отражение зависит не только от свойств объекта, но и от взаимодействия волн с морским дном. Поэтому очень часто эффективны бистатические решения, когда цель облучается под различными углами, либо отражённый сигнал приниматеся с различных направлений.
Направление максимального отражения зависит от формы объекта и его внутренней структуры. Поэтому не всегда угол оптимального облучения и угол максимального отражения совпадают. Ещё более сложной становится картина отражения, когда цель частично углублена в донные отложения (это характерно, например, для мин, утопленных контейнеров с отходами, затонувших кораблей и т.д.). В этом случае отражение зависит не только от свойств объекта, но и от взаимодействия волн с морским дном. Поэтому очень часто эффективны бистатические решения, когда цель облучается под различными углами, либо отражённый сигнал приниматеся с различных направлений.
Строка 19: Строка 19:
== Типы бистатических гидролокаторов ==
== Типы бистатических гидролокаторов ==
=== Гидролокаторы прямого и обратного рассеяния ===
=== Гидролокаторы прямого и обратного рассеяния ===
В моностатических гидролокаторах направление принимаемого отражённого сигнала строго противоположно направлению прадающего сигнала облучателя. В бистатических гидролокаторах угол φ между этими направлениями (т.н. «бистатический угол») может меняться от 0° до 180°. Отражение при φ < 90º называется обратным рассеянием, при φ > 90º — прямым рассеянием. Прямое рассеяние основано на принципе Бабине {{lang-en|Babinet's principle}}.
В моностатических гидролокаторах направление принимаемого отражённого сигнала строго противоположно направлению прадающего сигнала облучателя. В бистатических гидролокаторах угол φ между этими направлениями (т.н. «бистатический угол») может меняться от 0° до 180°. Отражение при φ < 90º называется обратным рассеянием, при φ > 90º — прямым рассеянием. Прямое рассеяние основано на принципе Бабине {{lang-en|Babinet's principle}}<ref name="FarSounder" />.
{|
{|
|-
|-
Строка 29: Строка 29:
[[Image:Bistatic forwardscattering.png|thumb|250px|center|Бистатический гидролокатор с прямым рассеянием]]
[[Image:Bistatic forwardscattering.png|thumb|250px|center|Бистатический гидролокатор с прямым рассеянием]]
|}
|}

=== Псевдомоностатический гидролокатор ===
=== Псевдомоностатический гидролокатор ===
Псевдомоностатическим называется гидролокатор малым бистатическим углом. Другими словами, расстояние от излучателя до цели R<sub>PT</sub> и от цели до приёмника R<sub>TR</sub> значительно меньше, чем расстояние от излучателя до приёмника R<sub>PR</sub>.
Псевдомоностатическим называется гидролокатор малым бистатическим углом. Другими словами, расстояние от излучателя до цели R<sub>PT</sub> и от цели до приёмника R<sub>TR</sub> значительно меньше, чем расстояние от излучателя до приёмника R<sub>PR</sub><ref name="FarSounder" />.


=== Мультистатический гидролокатор ===
=== Мультистатический гидролокатор ===
Мультистатическим называется гидролокатор, у которого несколько излучателей и/или приёмников.
Мультистатическим называется гидролокатор, у которого несколько излучателей и/или приёмников<ref name="FarSounder" />.


== Применение бистатических и мультистатических гидролокаторов ==
== Применение бистатических и мультистатических гидролокаторов ==
=== Дальнее наблюдение ===
Часто используют большие приёмные массивы гидрофонов, расположенных на прибрежном мелководье и соединённых кабелями с единым центром обработки информации. Чтобы обеспечить дальнее обнаружение целей, необходим мощный излучатель корабельного базирования. Чтобы снизить потери сигнала, излучатель должен находится как можно ближе к району, представляющему интерес<ref name="FarSounder" />.
{|
{|
|-
|-
Строка 46: Строка 47:
[[Image:Buried objects dectection.png|thumb|250px|center|Обнаружение захороненных объектов]]
[[Image:Buried objects dectection.png|thumb|250px|center|Обнаружение захороненных объектов]]
|}
|}
=== Сеть приёмников с одним излучателем ===
Район, представляющий интерес, обеспечиватеся большим количеством приёмников и одним мощным источником облучения. Приёмниками могут быть либо гидроакустические буи с передачей данных по радиоканалу, либо необитаемые подводные аппараты с акустической передачей данных<ref>Xiaolong Yu. Wireline Quality Wireless Communication Using High Speed Acoustic Modems. ''MTS/IEEE Oceans 2000'', Volume 1, pp.417-422</ref>. Например, проект GOATS используем в качестве приёмных узлов необитаемые подводные аппараты<ref>Te-Chih Lui, Schmidt H. AUV-based seabed target detection and tracking. ''MTS/IEEE Oceans 2002'', Volume 1, pp.474-478</ref>. Схожим образом устроена американская система [[LAMPS]], где гидроакустические буи, сброшенные с вертолёта, передают данные на базовый корабль через ретранслятор, расположенный на вертолёте<ref name="FarSounder" />.


=== Низкочатитный буксируемый гидролокатор ===
[[Image:Low frequency towed sonar.png‎|thumb|250px|left|Низкочастотный буксируемый гидролокатор]]
[[Image:Low frequency towed sonar.png‎|thumb|250px|left|Низкочастотный буксируемый гидролокатор]]
Чем ниже частота сигнала, тем меньше потери, вызванные поглощением и рассеянием на неоднородностях среды. С другой стороны, чем ниже частота, тем больше должен быть размер направленного излучателя и приёмного массива<ref name="FarSounder" />. Поскольку типичные размеры излучателей и приёмников исключают их размещение на одном корабле, такие гидролокаторы выполняются в виде массивов излучателей и приёмников, расположенных на длинном тросе, буксируемом вслед за кораблём. Примером может служить буксируемый гидролокатор LFATS<ref>''P. K. Sengupta'' LFATS. Competitive Advantages for Undersea Warfare in Shallow Waters. Force, June 2005, pp. 8-10.</ref>.


=== Обнаружение захороненных объектов ===
== Дальнее наблюдение ==
Чтобы обнаружить захороненные объекты, излучаемый акустический сигнал должен проникать вглубь грунта<ref name="FarSounder" />. Это требует мощного и высоконаправленного излучателя. Этот излучатель должен размещаться в точке с наилучшими условиями отражения от объекта и окружающей поверхности дна. Наилучшим образом эта задача решается при помощи бистатического гидролокатора. Примером применения бистатического локатора в этой области служит проект SITAR, направленный на поиск затонувших мин и контейнеров с токсическими отходами<ref>M. Cosci, A. Caiti, P. Blondel and N. Jasundre. A potential algorithm for target classification in bistatic sonar geometries. In: "Boundary Influences in High Frequency, Shallow Water Acoustics", by N.G. Page and P. Blondel (editors), University of Bath, UK, 2005.</ref>.
Часто используют большие приёмные массивы гидрофонов, расположенных на прибрежном мелководье и соединённых кабелями с единым центром обработки информации. Чтобы обеспечить дальнее обнаружение целей, необходим мощный излучатель корабельного базирования. Чтобы снизить потери сигнала, излучатель должен находится как можно ближе к району, представляющему интерес.
<!--
===Long range surveillance===
For coastal surveillance, a large receive array of hydrophones is usually deployed close to the shore and connected with cables to a land-based processing center. To enable long range target detection (far away from the shore), one can use a powerful mobile projector, deployable from the ship.
A system of this kind exploits the idea of “bringing the projector closer to area of interest and getting the transmission loss down”.


== Преимущества и недостатки бистатических гидролокаторов ==
===Large area surveillance with a single projector and a net of receivers===
К преимуществам бистатических гидролокаторов следует отнести<ref name="FarSounder" />:
A system of this type is multistatic. It exploits the idea of “cover the area of interest with a sparse net of receivers and ensonify the whole area with a powerful projector”. Receive nodes may be [[sonobuoy]]s (with radio communication link to a processing center) or autonomous underwater vehicles (AUVs) with an acoustic communication link.<ref>Xiaolong Yu. Wireline Quality Wireless Communication Using High Speed Acoustic Modems. ''MTS/IEEE Oceans 2000'', Volume 1, pp.417-422</ref> The example is GOATS project,<ref>Te-Chih Lui, Schmidt H. AUV-based seabed target detection and tracking. ''MTS/IEEE Oceans 2002'', Volume 1, pp.474-478</ref> using AUVs as receive nodes.
* Возможность надёжной маскировки приёмника;
* Снижение эффективности электронного противодействия, так как характеристики и положение приёмника неизвестны.
* Возможность увеличения эффективной поверхности отражения цели благодаря геометрическим эффектам.
* Меньшая стоимость приобретения и технического обcлуживания (при использовании излучателя, принадлежащего сторонней организации);
* Отсутствие необходимости в лицензии на частотный диапазон (при использовании излучателя, принадлежащего сторонней организации);


К недостаткам бистатических гидролокаторов следует отнести:
===Low frequency towed sonar===
* Сложность системы;
The lower the frequency, the less the transmission loss absorbing and scattering components. On the other hand, the lower the frequency, the larger the size of directional projector and receive array. So the ship-deployable long range sonar is a low frequency bistatic towed array sonar with spatially separated projector and receive array. The example is LFATS towed sonar.<ref>P. K. Sengupta. LFATS' Competitive Advantages for Undersea Warfare in Shallow Waters. FORCE, June 2005, pp.8-10</ref>
* Необходимость в специальных элементов передачи данных между элементами гидролокатора;

* Сложность развёртывания;
===Buried object detection===
* Ограничения, связанные с необходимостью располагать приёмники в точках прямой видимости относительно источников.
To detect a buried object, the transmit ping must penetrate into the bottom. That requires a powerful and highly directional projector. Next, a directional receiver should be placed at the point where the “target + surrounding bottom” reflection is the best. This is a bistatic system. The example is SITAR project,<ref>M. Cosci, A. Caiti, P. Blondel and N. Jasundre. A potential algorithm for target classification in bistatic sonar geometries. In: "Boundary Influences in High Frequency, Shallow Water Acoustics", by N.G. Page and P. Blondel (editors), University of Bath, UK, 2005</ref> developed to find objects like toxic waste containers and mines.
* Отсутствие контроля за излучателем (при использовании излучателя, принадлежащего сторонней организации);

The principal advantages of bistatic and multistatic sonar include:{{Citation needed|date=October 2009}}

* Lower procurement and maintenance costs (if using a third party's transmitter)
* Operation without a frequency clearance (if using a third party's transmitter)
* Covert operation of the receiver
* Increased resilience to electronic countermeasures as waveform being used and receiver location are potentially unknown
* Possible enhanced radar cross section of the target due to geometrical effects

The principal disadvantages of bistatic and multistatic sonar include:{{Citation needed|date=October 2009}}

* System complexity
* Costs of providing communication between sites
* Lack of control over transmitter (if exploiting a third party transmitter)
* Harder to deploy
* Reduced low-level coverage due to the need for line-of-sight from several locations

==See also==
* [[Sonar]]
* [[Bistatic radar]]

==References==
{{reflist}}

==Sources==
* [http://www.farsounder.com/files/Bistatic%20Sonar_explained.pdf Bistatic Sonar, explained. Alexander Yakubovskiy, FarSounder Inc.]

==Further reading==
* N. K. Naluai et al. Bi-static applications of intensity processing. Journal of Acoustic Society of America, 2007, 121 (4), pp.&nbsp;1909-1915
* J. R. Edwards, H. Schmidt and K. LePage, "Bistatic synthetic aperture target detection and imaging with an AUV", IEEE Journal of Oceanic Engineering, , 2001, 26(4): pp.&nbsp;690-699
* I. Lucifredi and H. Schmidt. Subcritical scattering from buried elastic shells. Journal of Acoustic Society of America, 2006, 120 (6), pp.&nbsp;3566-3583, 2006
* Captas Nano low frequency towed sonar. www.thalesgroup.com/naval
* J.I. Bowen and R.W. Mitnick. A Multistatic Performance Prediction Methodology. John Hopkins APL Technical Digest, 1999, v.2, No 3, pp.&nbsp;424-431

==Notes==
{{reflist}}

{{hydroacoustics}}

[[Category:Sonar]]

[[ru:Бистатический гидролокатор]]
-->

<!--
[[Файл:Tango B-396 Sonar Station.JPG|thumb|right|200px|Пост гидроакустика подводной лодки Б-396 [[Подводные лодки проекта 641Б «Сом»|проекта 641Б]].]]
'''Гидролокатор''', Сона́р, ({{lang-en|sonar}}, аббревиатура от {{langi|en|SOund Navigation And Ranging}}) — средство звукового обнаружения подводных объектов с помощью акустического излучения. В [[Великобритания|Великобритании]] до 1948&nbsp;г. использовалось название «асдик» ({{lang-en|ASDIC}}, аббревиатура от {{langi|en|Allied Submarine Detection Investigation Committee}}).

== Основные сведения ==
По принципу действия гидролокаторы:
* ''Пассивные'' — определение места положения подводного объекта по звуковым сигналам, излучаемым самим объектом ([[Шумопеленгаторная станция|шумопеленгование]]).
* ''Активные'' — использующие отражённый или рассеянный подводным объектом сигнал, излучённый в его сторону гидролокатором.
Активный гидролокатор «Асдик» в его первоначальной примитивной форме был изобретён в конце [[Первая мировая война|первой мировой войны]]. Основной принцип его действия остался неизменным до настоящего времени. Однако за прошедшие годы эффективность '''гидролокатора''' значительно возросла, расширились масштабы его использования, а также увеличилось число классов кораблей, с которых он мог применяться для проведения поиска и атак лодок врага.

Основу составляет приёмопередатчик, который посылает звуковые [[импульс]]ы в требуемом направлении, а также принимает отражённые импульсы, если посылка, встретив на своём пути какой-либо объект, отразится от него. Эти посылки и отражённые сигналы после преобразования звучат очень похоже на то, как произносится слово «[[пинг]]». Поэтому его стали называть «пингсетом» ({{lang-en|ping set}}), работу на нём назвали «пингинг» ({{lang-en|pinging}}), а офицера-специалиста по противолодочной борьбе — «пингер» ({{lang-en|pinger}}).

Вращая приёмопередатчик подобно прожектору, мы можем определить по компасу направление, в котором послан «пинг», а следовательно, и направление объекта, от которого «пинг» отражён. Заметив промежуток времени между посылкой импульса и приёмом отражённого сигнала, можно определить расстояние до обнаруженного объекта.

== Эхолот ==

[[Файл:Echo Sounding USN.jpg|thumb|Эхолот]]
* '''Эхолот''' — узкоспециализированный гидролокатор, устройство для исследования [[рельеф]]а дна водного бассейна. Обычно использует [[ультразвук]]овой передатчик и приёмник, а также [[ЭВМ]] для обработки полученных данных и отрисовки [[Топографическая карта|топографической карты]] дна.

-->


==Примечания==
==Примечания==
{{reflist}}
{{reflist}}



== См. также ==
== См. также ==
Строка 140: Строка 82:


== Ссылки ==
== Ссылки ==
* [http://www.farsounder.com/files/Bistatic%20Sonar_explained.pdf Bistatic Sonar, explained. Alexander Yakubovskiy, FarSounder Inc.]
* [http://www.fishing-inform.com.ua/articles/106-eholot.html «Эхолот — разновидности и принцип действия»]
* [http://www.fishing-inform.com.ua/articles/106-eholot.html «Эхолот — разновидности и принцип действия»]
* N. K. Naluai et al. Bi-static applications of intensity processing. Journal of Acoustic Society of America, 2007, 121 (4), pp.&nbsp;1909-1915
* N. K. Naluai et al. Bi-static applications of intensity processing. Journal of Acoustic Society of America, 2007, 121 (4), pp.&nbsp;1909-1915

Версия от 14:12, 1 сентября 2010

Бистатический гидролокатор — гидролокатор, приёмник(и) и передатчик(и) которого разнесены в пространстве на расстояния, сравнимые с расстоянием до цели[1].

Сравнение бистатического и моностатического гидролокаторов

Потери распространения

В процессе распространения звука в среде, амплитуда звуковых колебаний уменьшается. Существуют три основных механизма потерь: сферическое (или цилиндрическое в мелкой воде) расхождение, поглощение и рассеяние звука неоднородностями среды. Потери распространения TL (англ. Transmission loss) зависит от расстояния и частоты звука. В моностатическом гидролокаторе звук вначале проходит путь от излучателя до цели, а затем обратно – от цели к приёмнику. Считая, что потери в одном направлении равны TL (в децибелах), полные потери звука составят 2·TL. В бистатическом гидролокаторе потери являются суммой потерь на пути от излучателя до цели TLPT и потерь на пути от цели к приёмнику TLTR[1].

Мёртвая зона

Мёртвая зона бистатического гидролокатора

В моностатическом гидролокаторе сигнал излучателя, попадая в приёмник, маскирует отражённые от цели сигналы. Если длительность сигнала передатчика составляет τ, то моностатический гидролокатор не способен обнаруживать цели в радиусе менее сτ/2, где с — скорость распространения звука. Эта круговая область прострнства называется «мёртвой зоной». Если гидролокатор находится в мелкой воде, радиус мёртвой зоны может быть больше, так как сильные отражённые сигналы могут созавать волны на поверхности воды и неоднородности дна[1].

В бистатическом гидролокаторе приёмник находится на расстоянии RPR от излучателя, поэтому в течении времени t = RPR/c после зондирующего импульса сигнал вообще не поступает на приёмник. В момент времени t приёмник принимает «прямой сигнал» (англ. direct blast), который продолжается в течение времени сτ[2]. Таким образом, бистатический гидролокатор не способен различать цели внутри эллипса, границы которого соответствуют расстоянию R = RPR + cτ, а фокусами являются излучатель и приёмник. Отражения сигнала от близких к излучателю неоднородностей не влияют на мёртвую зону.

Диаграмма направленности отражения

Диаграмма направленности отражения

Объекты никогда не отражают звук строго однонаправленно. Механизм отражения звука достаточно сложен, потому что отражающий объект в общем случае нельзя представить абсолютно жёсткой сферой. Амплитуда отражённого звука зависит от угла β (по отношению к локальной системе координат объекта), под которым объект облучается излучателем, и угла α, под которым отражённый звук идёт к приёмнику. Зависимость S(α, β) силы отражённого звука от этих углов называется диаграммой направленности отражения[1].

Направление максимального отражения зависит от формы объекта и его внутренней структуры. Поэтому не всегда угол оптимального облучения и угол максимального отражения совпадают. Ещё более сложной становится картина отражения, когда цель частично углублена в донные отложения (это характерно, например, для мин, утопленных контейнеров с отходами, затонувших кораблей и т.д.). В этом случае отражение зависит не только от свойств объекта, но и от взаимодействия волн с морским дном. Поэтому очень часто эффективны бистатические решения, когда цель облучается под различными углами, либо отражённый сигнал приниматеся с различных направлений.

Типы бистатических гидролокаторов

Гидролокаторы прямого и обратного рассеяния

В моностатических гидролокаторах направление принимаемого отражённого сигнала строго противоположно направлению прадающего сигнала облучателя. В бистатических гидролокаторах угол φ между этими направлениями (т.н. «бистатический угол») может меняться от 0° до 180°. Отражение при φ < 90º называется обратным рассеянием, при φ > 90º — прямым рассеянием. Прямое рассеяние основано на принципе Бабине англ. Babinet's principle[1].

Моностатический гидролокатор
Бистатический гидролокатор с обратным рассеянием
Бистатический гидролокатор с прямым рассеянием

Псевдомоностатический гидролокатор

Псевдомоностатическим называется гидролокатор малым бистатическим углом. Другими словами, расстояние от излучателя до цели RPT и от цели до приёмника RTR значительно меньше, чем расстояние от излучателя до приёмника RPR[1].

Мультистатический гидролокатор

Мультистатическим называется гидролокатор, у которого несколько излучателей и/или приёмников[1].

Применение бистатических и мультистатических гидролокаторов

Дальнее наблюдение

Часто используют большие приёмные массивы гидрофонов, расположенных на прибрежном мелководье и соединённых кабелями с единым центром обработки информации. Чтобы обеспечить дальнее обнаружение целей, необходим мощный излучатель корабельного базирования. Чтобы снизить потери сигнала, излучатель должен находится как можно ближе к району, представляющему интерес[1].

Дальнее наблюдение
Сеть приёмников с одним излучателем
Обнаружение захороненных объектов

Сеть приёмников с одним излучателем

Район, представляющий интерес, обеспечиватеся большим количеством приёмников и одним мощным источником облучения. Приёмниками могут быть либо гидроакустические буи с передачей данных по радиоканалу, либо необитаемые подводные аппараты с акустической передачей данных[3]. Например, проект GOATS используем в качестве приёмных узлов необитаемые подводные аппараты[4]. Схожим образом устроена американская система LAMPS, где гидроакустические буи, сброшенные с вертолёта, передают данные на базовый корабль через ретранслятор, расположенный на вертолёте[1].

Низкочатитный буксируемый гидролокатор

Низкочастотный буксируемый гидролокатор

Чем ниже частота сигнала, тем меньше потери, вызванные поглощением и рассеянием на неоднородностях среды. С другой стороны, чем ниже частота, тем больше должен быть размер направленного излучателя и приёмного массива[1]. Поскольку типичные размеры излучателей и приёмников исключают их размещение на одном корабле, такие гидролокаторы выполняются в виде массивов излучателей и приёмников, расположенных на длинном тросе, буксируемом вслед за кораблём. Примером может служить буксируемый гидролокатор LFATS[5].

Обнаружение захороненных объектов

Чтобы обнаружить захороненные объекты, излучаемый акустический сигнал должен проникать вглубь грунта[1]. Это требует мощного и высоконаправленного излучателя. Этот излучатель должен размещаться в точке с наилучшими условиями отражения от объекта и окружающей поверхности дна. Наилучшим образом эта задача решается при помощи бистатического гидролокатора. Примером применения бистатического локатора в этой области служит проект SITAR, направленный на поиск затонувших мин и контейнеров с токсическими отходами[6].

Преимущества и недостатки бистатических гидролокаторов

К преимуществам бистатических гидролокаторов следует отнести[1]:

  • Возможность надёжной маскировки приёмника;
  • Снижение эффективности электронного противодействия, так как характеристики и положение приёмника неизвестны.
  • Возможность увеличения эффективной поверхности отражения цели благодаря геометрическим эффектам.
  • Меньшая стоимость приобретения и технического обcлуживания (при использовании излучателя, принадлежащего сторонней организации);
  • Отсутствие необходимости в лицензии на частотный диапазон (при использовании излучателя, принадлежащего сторонней организации);

К недостаткам бистатических гидролокаторов следует отнести:

  • Сложность системы;
  • Необходимость в специальных элементов передачи данных между элементами гидролокатора;
  • Сложность развёртывания;
  • Ограничения, связанные с необходимостью располагать приёмники в точках прямой видимости относительно источников.
  • Отсутствие контроля за излучателем (при использовании излучателя, принадлежащего сторонней организации);

Примечания

  1. ↑ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Все материалы данного раздела, кроме фрагментов, где источник указан особо, взяты из статьи Alexander Yakubovskiy Bistatic Sonar, explained. FarSounder Inc.
  2. ↑ Cox H. Fundamentals of Bistatic Active Sonar. In: «Underwater Acoustic Data Processing» by Y. T. Chan (editor). Springer, 1989.
  3. ↑ Xiaolong Yu. Wireline Quality Wireless Communication Using High Speed Acoustic Modems. MTS/IEEE Oceans 2000, Volume 1, pp.417-422
  4. ↑ Te-Chih Lui, Schmidt H. AUV-based seabed target detection and tracking. MTS/IEEE Oceans 2002, Volume 1, pp.474-478
  5. ↑ P. K. Sengupta LFATS. Competitive Advantages for Undersea Warfare in Shallow Waters. Force, June 2005, pp. 8-10.
  6. ↑ M. Cosci, A. Caiti, P. Blondel and N. Jasundre. A potential algorithm for target classification in bistatic sonar geometries. In: "Boundary Influences in High Frequency, Shallow Water Acoustics", by N.G. Page and P. Blondel (editors), University of Bath, UK, 2005.

См. также

Ссылки

  • «Эхолот — разновидности и принцип действия»
  • N. K. Naluai et al. Bi-static applications of intensity processing. Journal of Acoustic Society of America, 2007, 121 (4), pp. 1909-1915
  • J. R. Edwards, H. Schmidt and K. LePage, "Bistatic synthetic aperture target detection and imaging with an AUV", IEEE Journal of Oceanic Engineering, , 2001, 26(4): pp. 690-699
  • I. Lucifredi and H. Schmidt. Subcritical scattering from buried elastic shells. Journal of Acoustic Society of America, 2006, 120 (6), pp. 3566-3583, 2006
  • Captas Nano low frequency towed sonar. www.thalesgroup.com/naval
  • J.I. Bowen and R.W. Mitnick. A Multistatic Performance Prediction Methodology. John Hopkins APL Technical Digest, 1999, v.2, No 3, pp. 424-431
  • Физическая энциклопедия. // Гл. ред. Прохоров А. М. — М.: Советская энциклопедия, 1988. — Т. 1. — С. 468, 469 — 704 с., ил. — 100 000 экз.
Источник — https://ru.wikipedia.org/w/index.php?title=Бистатический_гидролокатор&oldid=27453086