Просмотр кода страницы Гидроакустика

{{right|
{{TOClimit|limit=2}}
}}
'''Гидроаку́стика''' — раздел [[акустика|акустики]], изучающий излучение, приём и распространение звуковых [[Волна|волн]] в реальной водной среде (в [[океан]]ах, морях, озёрах и т. д.) для целей подводной локации, [[связь|связи]] и т. п.

Главная особенность подводных [[звук]]ов — 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 звука|рассеяние]] и [[поглощение звука|поглощение]] различными неоднородностями среды, обусловленные разницей температур, солености или плотности воды<ref name="E">Слюсар В.И. Электроника в борьбе с терроризмом: защита гаваней. Часть 1. //Электроника: наука, технология, бизнес. – 2009. - № 5. - C. 68 - 73. [http://slyusar.kiev.ua/slusar_harbor.pdf {{Wayback|url=http://slyusar.kiev.ua/slusar_harbor.pdf |date=20190717084018 }}]</ref>.

== Термины и определения гидроакустики ==
{{main|Термины гидроакустики}}
{{main|Сокращения гидроакустики}}

== Применение гидроакустики ==
Гидроакустика получила широкое практическое применение для решения задач подводной [[Гидролокация|локации]] и [[Связь с подводными лодками|связи]]. Поскольку эффективность систем передачи [[Электромагнитное поле|электромагнитных волн]] под водой на расстояниях более десятков метров незначительна<ref name="E" />, гидроакустика является наиболее распространённым средством подводной связи.

Для этих целей пользуются звуковыми частотами от 300 до 10000 гц, и [[ультразвук]]ами — от 20 000 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 (обнаружение надводных судов, подводных лодок, безэкипажных подводных аппаратов, торпед, [[водолаз]]ов<ref name="E" />, мин и т.д.);
* морская навигация;
* звукоподводная связь;
* рыбопоисковая разведка;
* океанологические исследования;
* сферы деятельности по освоению богатств дна Мирового океана;
* использование акустики в бассейне (дома или в тренировочном центре по синхронному плаванию)
* тренировка морских животных.

== Гидроакустические средства ==
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:
* Гидроакустические комплексы ([[гидроакустическая система]]), состоят из: [[гидроакустический буй]], [[гидроакустическая станция]] и пр.;
* [[эхолот]]ы — являются разновидностью гидролокаторов более узкого назначения;
* [[гидролокатор]]ы;
* [[Шумопеленгаторная станция|Шумопеленгаторы]] (пассивные средства подводного наблюдения) — определяют направление источника шума.

== Площадная съемка ==
Имеется несколько особенностей использования средств площадной съёмки в мелководном [[море]]<ref name="firs">Фирсов Ю. Г. «Основы гидроакустики и использования гидрографических сонаров» —
СПб.: Нестор-История, 2010. — 348 с. ISBN 978-5-98187-644-8</ref>:
# высокая плотность информации о глубинах внутри полосы обзора;
# избыточность информации (несколько измеренных глубин в одной точке);
# неравная точность информации (глубины внутри полосы обзора имеют разную точность).

=== Представление данных ===
В настоящее время существует несколько подходов к обработке и представлению данных площадных съёмок. 

Традиционный подход, который чаще всего используется в настоящее время, унаследовал идеологию, принятую ещё 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 представления 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.<ref name="firs" />

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.<ref name="firs" />

== Рефракция звука ==
{{главная|Рефракция звука}}
[[Скорость звука|Скорость распространения звука]] изменяется с глубиной, причём изменения зависят от времени года и дня, глубины водоёма и ряда других причин.

Звуковые волны, выходящие из источника под некоторым углом к горизонту, изгибаются, причём направление изгиба зависит от распределения скоростей звука в среде:
* [[лето]]м, когда верхние слои теплее нижних, лучи изгибаются книзу и в большинстве отражаются от дна, теряя при этом значительную долю своей энергии;
* [[Зима|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 [[Морская вода|морской среде]]. Распределение скорости звука в различных районах [[Мировой океан|Мирового океана]] различно и меняется во времени. <br>
Различают несколько типичных случаев ВРСЗ:
* [[Изотерма|изотермия]]
* [[положительная рефракция]]
* [[отрицательная рефракция]]
* неоднородное распределение

Вследствие рефракции могут образоваться [[зона молчания|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.

{{главная|Подводный звуковой канал}}

== Рассеивание и поглощение звука неоднородностями среды ==
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 [[ревербация|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:
* часть шумов возникает от ударов волн на поверхности воды, от морского [[Прибой|прибоя]], от шума перекатываемой [[Галька|гальки]] и т. п.;
* другая часть связана с морской фауной (звуки, производимые [[гидробионты|гидробионтами]]: [[рыба]]ми и др. [[Морские животные|морскими животными]]). Этим очень серьёзным аспектом занимается [[биогидроакустика]].

== ПО для гидрографии, гидролокации ==
'''Реального времени;'''
* [[PDS-2000]] фирмы Reson Inc.
* [[SIS]] (Seabed Information System)) фирмы Kongsberg MaritimeJnc.
* [[HYPACK]] фирмы HYPACK
* [[HYSWEEP МАХ]] фирмы HYPACK
* [[QINS]] фирмы QPS

'''Постобработка:'''
* CARIS HIPS (Kongsberg Maritime)
* Neptune (Kongsberg Maritime)
* HYSWEEP (HYPACK)
* MBE (HYPACK)

== См. также ==
{{викиучебник|Гидроакустика|Гидроакустика}}
* [[Подводный звуковой канал]]

== Примечания ==
{{примечания}}

== Ссылки ==
* {{Из БСЭ|заглавие=Гидроакустика}}
{{ВС}}
[[Категория:Гидроакустика]]