Способ контроля гидроакустических полей подвижных морских объектов
Владельцы патента RU 2767150:
Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Военный учебно-научный центр Военно-Морского Флота "Военно-морская академия им. Адмирала Флота Советского Союза Н.Г. Кузнецова" (RU)
Использование: изобретение относится к области гидроакустической метрологии, а именно измерению параметров гидроакустических полей подвижных морских объектов. Сущность: измерение характеристик направленности гидроакустических полей подвижных подводных объектов проводят при изменении курсового угла объектов в процессе маневрирования относительно приемоизлучающей антенны измерительного комплекса по прямому и обратному галсам в выделенном створе с минимальным по траверзу в 2 кабельтова и максимальным по конечным носовому и кормовому курсовым углам в 5 кабельтовых расстоянием между ними и конечный результат получают последующим пересчетом измеренных значений параметров к стандартному уровню: расстоянию 1 м, частоте 1 кГц, полосе частот 1 Гц для первичного поля и к значению в метрах радиуса отражающей эквивалентной сферы для вторичного поля. Технический результат: получение количественных характеристик направленности гидроакустических полей подвижных морских объектов. 1 ил.
Изобретение относится к области гидроакустической метрологии, а именно измерению параметров гидроакустических полей подвижных морских объектов.
Одним из основных факторов, определяющих эффективность гидроакустических средств наблюдения, является уровень интенсивности акустических полей объектов наблюдения. В силу различий в определении самого термина «физическое поле» в различных источниках, в последующем под ним будем понимать «пространственно-временное распределение конкретного параметра определенной физической величины в некоторой среде» [1]. Трудно представить себе подвижный морской объект, не имеющий гидроакустического поля. Так, простое перемещение физического тела в воде, например, сбрасываемой с борта специального судна мины, сопровождается создаваемым им гидродинамическим полем, относящимся к т.н. первичным, создаваемым самим объектом гидроакустическим полям. Гораздо большим уровнем интенсивности характеризуются шумовые сигналы, создаваемые работающими винтами и механизмами, вибрацией корпуса кораблей и судов, а также сигналы, излучаемые активными гидроакустическими средствами кораблей. Кроме этого, все морские объекты, в силу отличия их волновых сопротивлений от таковых для морской среды, обладают т.н. вторичным гидроакустическим полем, или полем переизлучения.
Интерес к информации об уровне первичного и вторичного полей связан с тем, что они являются первоисточником обнаружения их «создателей» при отсутствии возможности визуального наблюдения, в первую очередь, это подводные объекты, гидроакустическое поле которых относится к наиболее энергоемким по характеристикам обнаружения в морской среде. Этот интерес возрастает еще и в связи с тем, что кроме сведений об уровне интенсивности гидроакустических полей потребителей информации о них интересуют и другие характеристики последних. Так, в соответствии с принятым выше определением, характеристика гидроакустического поля предполагает обязательное наличие информации о направленных свойствах создающих это поле источников и сведения о его частотных параметрах, тем более, что обе группы параметров имеют вероятностный характер в силу случайного характера влияющих на них внешних факторов.
В настоящее время информация о названных параметрах, ввиду отсутствия достаточно адекватной количественной модели поля, носит весьма скудный характер, типа того, что характеристика направленности первичного поля подводной лодки имеет форму «бабочки» с уменьшением на острых кормовых (маскировка кильватерным следом) и носовых (маскировка корпусом) углах по горизонтали [1] и почти полным отсутствием сведений о характеристиках направленности поля в вертикальной плоскости. Все сказанное выше обусловило более глубокое внимание и необходимость выработки практических рекомендаций к объекту изобретения для последующей реализации.
В качестве количественных характеристик первичного гидроакустического поля в теории и на практике используют значения акустического давления или связанного с ним значения колебательной скорости, стандартные значения которых Приведены к расстоянию в один метр, частоте один килогерц и полосе один герц для первичного поля. В качестве количественного параметра вторичного поля, используют значение в метрах радиуса сферы, эквивалентной по отражательной способности объекту, которое и входит в расчетные формулы для дальности действия средств обнаружения.
В качестве количественного параметра вторичного поля, т.е. отражательной способности морских объектов, принято значение в метрах радиуса эквивалентной по этому параметру сферы, которое используется в расчетных формулах для дальности обнаружения морских объектов.
Прототипом изобретения принят используемый в настоящее время способ однократного замера давления акустического поля при проходе морских объектов на заданном расстоянии в 50 м и курсовом угле 90 градусов, т.е. на траверзе объекта, реализуемый с помощью аппаратуры специальных судов, т.н. гидроакустических контрольных станций (ГКС) [2]. Основным недостатком прототипа является отсутствие имеющей практический интерес информации о направленных свойствах гидроакустических полей морских подвижных объектов (за исключением, может быть, упоминания в некоторых источниках о разбросе значений интенсивности первичного поля для разных курсовых углов до 20 дБ), в то время, как измерение параметра в одной точке поля не обеспечивает требуемой полноты и достоверности данных, необходимых при оценке тактических возможностей противостоящих сил в дуэльных ситуациях.
Устранение этого недостатка предполагается осуществить в виде совершенствования способа измерения параметров первичного и вторичного гидроакустических полей для основных режимов движения с получением в результате характеристику их направленности, представляемой в виде диаграммой направленности, а также временного распределения значений параметров в виде спектра частот.
Основным элементом, составляющим сущность предлагаемого способа, является то, что измерение параметров полей производится при контролируемом во времени маневрировании объекта, т.е. с одновременным фиксированием курсового угла и расстояния между объектом и антенной в дискретные моменты времени. Идеальным способом в данном случае оказалась бы сооружение гидроакустического полигона с дискретным расположением приемных антенн по окружности с шагом не более 10° и радиусом, обеспечивающим проведение измерений в дальнем поле [1]. Пространственное распределение значений измеряемых параметров, т.е. характеристику направленности поля, получают путем фиксирования значений измеряемого параметра каждым приемником в момент пересечения объектом центра окружности. Однако полный контроль поля, по его определению, включает, кроме пространственного, еще и временное распределение значений его параметра, т.е. спектра, что выполнимо в случае синхронного перемещения, как объекта, так и антенны измерительного комплекса, что в данном случае практически невыполнимо.
По этой причине в предлагаемом варианте контроля полей подвижного объекта (1 на фигуре) измерения параметров полей, в отличие от прототипа, проводят с одновременным фиксированием значений курсового угла, на котором находится объект, и расстояния между объектом и антенной, с последующим приведением полученного значения к стандартному уровню по формуле 
Заданными элементами программы измерений при реализации предлагаемого способа контроля гидроакустических полей в виде определения характеристик их направленных свойств и частотного спектра по замеренным параметрам шумоизлучения или отражения зондирующих сигналов определены:
- параметры и место установки измерительного комплекса и его приемоизлучающих элементов (2);
- исходная и конечная точки измерительной прямолинейной трассы маневрирования объекта на прямом (4…5) и обратном (5…4) галсах;
- курсы и скорости маневрирования на выделенном створе (3);
- периодичность интервалов между контрольными точками с заданными значениям курсовых углов в диапазоне 10°-170° обоих бортов.
Как нетрудно заметить, точность контроля гидроакустических полей подвижных морских объектов определяется не только техническими характеристиками измерительной аппаратуры в измерении параметров поля, например, акустического давления, но и точностью установки значений курсовых углов и расстояния, используемых при построении диаграмм контролируемых полей.
Техническим результатом изобретения следует считать получение количественной характеристики направленности гидроакустического поля подвижных морских объектов, т.е. зависимости его измеряемых параметров от собственных курсовых углов объектов, в виде ее диаграммы, позволяющей более успешно решать задачи по эксплуатации и применению по назначению данных объектов.
Технический результат достигается тем, что определение характеристик направленности гидроакустических полей при изменении своего курсового угла на приемоизлучающую антенну измерительного комплекса объекты осуществляют в ходе маневрирования относительно антенны измерительного комплекса по прямому и обратному галсам в выделенном створе с минимальным по траверзу в 2 кабельтова и максимальным по конечным носовому и кормовому курсовым углам, в 5 кабельтовых расстоянием между ними и конечный результат в виде диаграммы направленности получают последующим пересчетом измеренных значений параметров к стандартному уровню, а именно, расстоянию 1 м, частоте 1 кГц и полосе частот 1 Гц).
Источники информации
1. Евтютов А.П., Колесников А.Е., Корепин Е.А. Справочник по гидроакустике. Л.: Судостроение, 1988 г.
2. Покровский В.А., Щеглов Г.А. Эксплуатация судовых ГАС. Л.: Судостроение, 1980 г.
3. Устименко С.П. Щеглов Г.А. Моделирование гидроакустических полей морских объектов. Труды НИЦ РЭВ ВМФ. СПб., 2017 г.
Способ контроля гидроакустических полей подвижных морских объектов, включающий установку приемоизлучающей антенны измерительного комплекса в определенной точке специального полигона и замер выбранного параметра поля на фиксированном расстоянии между проходящим с заданной скоростью объектом и антенной, отличающийся тем, что для определения характеристики направленности гидроакустических полей изменение своего курсового угла объекты осуществляют путем маневрирования относительно антенны измерительного комплекса по прямому и обратному галсам в выделенном створе с минимальным по траверзу в 2 кабельтовых и максимальным на оконечных носовом и кормовом курсовых углах в 5 кабельтовых расстоянием между ними и конечный результат в виде диаграммы направленности поля получают пересчетом полученных значений параметров к стандартному уровню, а именно расстоянию 1 м, частоте 1 кГц и полосе частот 1 Гц для первичного поля и к значению в метрах радиуса отражающей эквивалентной сферы – для вторичного поля.
