ПОСТРОЕНИЕ ОБЛИКА, РАСЧЕТ ОСНОВНЫХ
ХАРАКТЕРИСТИК, ВЫБОР ПАРАМЕТРОВ ИЗЛУЧАЮЩИХ СИГНАЛОВ АКТИВНО-ПАССИВНОЙ ГАС, С
ЦИЛИНДРИЧЕСКОЙ АНТЕННОЙ, РАБОТАЮЩЕЙ
СТАЦИОНАРНО В УСЛОВИЯХ МЕЛКОГО МОРЯ
ВВЕДЕНИЕ 4
ОБЩИЙ ОБЛИК АКТИВНО-ПАССИВНОЙ ГАС 6
1.1 Общая структура, предназначение 6
1.2 Условия рабочей среды 10
Выводы 13
ОСНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ГАС 15
2.1 Выбор частотного диапазона и обоснование выбора ШПС с помощью
«Regon8» 15
2.2 Уравнения ГЛ. Расчет помех работы ГАС (реверберации) 18
2.3 Расчет параметров обнаружения в Баренцевом и Черном морях 25
Выводы 31
РАЗРАБОТКА СТРУКТУРЫ СИСТЕМЫ 35
3.1 Антенная система 35
3.2 Системы обработки ГАС 38
3.3 Рекомендации и особенности использования широкополосного сигнала,
выбор типа модуляции 46
Выводы 50
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 54
СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 63
Облик и структура гидроакустической системы(ГАС) определяют множество параметров, но одними из самых важных, если опустить финансовые и технические возможности, являются тип решаемой задачи и район использования.
В гидроакустике(ГА) особое место занимает мелкое море. Множество помех, в том числе реверберация, существенное влияние на которую оказывает поверхность моря с приповерхностным слоем воздушных пузырьков и различные шероховатости дна. На мелководье выделяется объемная реверберация, из-за множества рыб и другой органики, приводя к еще более существенному затуханию излучаемого звука. Решение данной проблемы является основой проектирования ГАС, работающей в мелком море.
Проблемы, связанные с эффектом реверберации решаются путем использования широкополосного сигнала(ШПС). Вдобавок, шумоподобные ШПС обеспечивают относительную скрытность работы активных ГАС. Много работ посвящены ГА в поглощающих средах, в том числе в мелком море. В большинстве из них рассматривается использование ШПС, как решение проблемы большого поглощения и рассеивания акустической энергии.
Актуальность работы заключается в следующем:
- построение структур активно-пассивных ГАС в узконаправленном направлении таком, как гидролокация(ГЛ) прибрежных зон, занимает особое место, в связи с ярким дисперсионным характером распространения звуковых волн в мелком море, что существенно осложняет эхолокацию;
- применение ШПС значительно улучшает помехоустойчивость активных ГАС.
Объект исследования: активно-пассивная ГАС.
Предмет исследования: структура активно-пассивной ГАС, работающей в мелком море.
Цели работы.
- Спроектировать активную ГАС, работающую стационарно в условиях мелкого моря с дистанцией обнаружения до 20-50км(дальность во многом зависит от акустических условий).
- Выработать рекомендации по использованию ШПС в работе активной ГАС.
Задачи работы.
- Разработать общий облик активно-пассивной ГАС, работающей в мелком море, с применением ШПС.
- Рассчитать основные характеристики с помощью уравнений ГЛ с применением выбранных параметров и смоделировать распространение ГА сигнала с применением программы «Regon8»
- Разработка структуры системы и её технических характеристик антенной системы, выработать рекомендации по использованию ШПС.
В первой главе конкретизируется рассмотрена общая структура активнопассивной ГАС, а также, разобрана рабочая среда.
Вторая глава посвящена основным характеристикам ГАС: найдены параметры с помощью уравнений ГЛ; по результатам расчетов программы «Regon8» выбран оптимальный частотный диапазон, разобраны графики обнаружения целей при различных ГА условиях.
Цель третьей главы разработать структуру активной ГАС, работающей стационарно в условиях мелкого моря: антенная система и системы обработки. Даны рекомендации и особенности использования сложных сигналов в активной ГА в условиях мелкого моря.
Расчеты проводились с помощью программы MATLAB 7.10.0(R2010a) и «Regon8». Рисунки нарисованы в КОПАС-3D, схемы в yEd - Graph Editor.
Цель работы заключалась в следующем:
- спроектировать активную ГАС, работающую стационарно в условиях мелкого моря с дистанцией обнаружения до 20-50км(дальность во многом зависит от акустических условий).
- выработать рекомендации по использованию ШПС в работе активной ГАС.
В процессе поставленной достижения поставленной цели полученны следующие результаты:
- проанализирован общий облик активно-пассивной ГАС;
- рассмотрены особенности ГА условий среды;
- с применением программы «Regon8» выбран частотный диапазон 212кГц, приведено преимущество ШПС над узкополосным, рассчитаны характеристики обнаружения при различных условиях ; разная глубина источника, тип дна, время года и различной гидрологии;
- как одно из доказательств адекватной работы «Regon8» параметры проектируемой ГАС рассчитаны с помощью уравнений ГЛ;
- спроектирована структура и характеристики цилиндрической антенны;
- разработана структура системы обработки ГА;
- выбран тип зондирующего сигнала - ФМ-сигнал;
- выработаны особенности и рекомендации по использованию ШПС в активной ГА;
Существует еще много вопросов и проблем, касающихся особенностей применения ШПС в гидролокации и построения активных ГАС, использующих ШПС. Предложенные рекомендации, особенности и структура не являются окончательными. Планируется доработка в дальнейших работах. Однако, существующие результаты позволяют сделать вывод - использование в мелком море ШПС в активных ГАС для обнаружения целей на дальние дистанции, выгодней чем применение узкополосных сигналов.
Выводы по главе 1.
Акцент в работе делается на активной составляющей ГАС и для простоты, предположим, что ведется разработка активной ГАС, чтобы не учитывать пассивный тракт.
Основываясь на выше написанном, выведем требования к проектируемой ГАС:
- способность обнаружить большой объект(размер 5-10м) на дистанции 20-60км в зависимости от акустических условий;
- стационарность, следовательно весь процесс принятия решения о наличии цели ложится на плечи аппаратуры;
- требуется работа в мелком море, а это тяжелые акустические условия;
- активность режима работы, и как следствие - нужно бороться с реверберацией.
Мелкое море занимает особое место в ГА, из-за высокой дисперсии звуковой энергии и больших потерь. Вдобавок, по сравнению с океаном/глубокими морями, более серьезно влияет дно. А использование гидролокации вводит еще реверберацию. Следовательно, использование сложных ШПС, более чем оправдано и желательно, т.к. позволяет подать больше акустической энергии. Подробнее в разделе 3.3.
Имеет смысл использовать цилиндрическую антенну, т.к. нужно обеспечить полный обзор пространства и данная антенна проще в техническом плане, чем сферическая антенна. [5] Учитывая большую требуемую дальность(50км), которая еще снизится из-за сложных акустических условий мелкого моря, размеры цилиндрической антенны возьмем равными 5м диаметр, 5 высота. Данные параметры позволят подать достаточное количество акустической энергии и эффективно использовать ШПС. Подробнее об антенной системе в 3.1.
...
