Особенности построения адаптивной гидроакустической системы Текст научной статьи по специальности «Физика»

накачки; I - характерная длина зоны дифракции параметрического излучателя.

Учитывая дифракционную расходимость звукового пучка, находим эффективную ширину звукового пятна на поверхности грунта:

а^» = ^п(1 + г712)/4 . (3)

Возвращаясь к выражению (1), с учетом сделанных пояснений, и переписывая это выражение в терминах звукового давления, получим для среднего значения звукового давления в донной реверберации (р ) следующее выражение:

р = р_(г)а,,с-уNп(1+г7Ч). (4)

д'р' г М 28ш0

Выражение (4) позволяет оценивать средние уровни «линейной» части донной реверберации, т.е. той части реверберации, которая обусловлена рассеянием волны разностной частоты, образованной взаимодействием волн накачки до их падения на поверхность грунта. «Нелинейной» частью моностатической реверберации, образованной в результате взаимодействия рассеянных от донного грунта волн на,

« ». , -верберации не требует учета направленных свойств приемной антенны. Это связано с

,

меньше направленности параметрических излучающих антенн.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Новиков Б.К., Руденко О.В., Тимошенко В.Н. Нелинейная гидроакустика. - Л.: Судостроение, 1981. - 264 с.

2. Ишутко АТ., Куценко Т.Н., Тарасов С.П. Энергетические характеристики гидролокатора при поиске заиленных объектов // Известия ТРТУ. Тематический выпуск « »: - -ции - Таганрог. 2003. №6. - С. 150-153.

3. Сташкевт АЛ. Акустика моря. - Л.: Судостроение, 1966. - 354 с.

ОСОБЕННОСТИ ПОСТРОЕНИЯ АДАПТИВНОЙ ГИДРОАКУСТИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ

И.А. Кириченко, МЛ. Раскита

В работе рассмотрены вопросы создания обобщенной методики построения адаптивной гидроакустической системы. Решаемая задача включает в себя два ос: -ектирования и адаптация гидроакустической системы в реальных условиях. При решении такой задачи предлагается разделение гидроакустической системы на основную и дополнительную измерительную систему. Задачей дополнительной измерительной системы является определение и учёт реальных океанологических условий в реальном масштабе времени, а именно измерение температуры и солёности воды, расчёт по полученным данным скорости распространения звука и коэффициента затухания звука в воде, измерение и учёт угла качки носителя и возвышения приемоизлучающей антенной системы. Результаты дополнительных измерений используются основной системой для корректировки проводимых измерений.

Любую сложную гидроакустическую систему можно считать адаптивной, если она удовлетворяет следующим условиям [1]:

- система имеет дополнительный измерительный канал, реализующий функцию измерения, с помощью которого проводится оценка гидрофизических парамет-

ров, характеризующих внешние воздействия на систему;

- -

, ;

- ,

,

;

- -

мы, который осуществляется на основе количественных показателей.

Особое значение условия адаптивности системы представляют для измерительных гидроакустических систем с параметрической излучающей антенной [2]. Сформулированным условиям соответствует адаптивная гидроакустическая система (АГАС) [1], структурная схема которой представлена на рис.1.

Внешние воздействия (случайные величины, процессы, поля)

Основная измерительная система

Система управления

Дополнительная измерительная система

Идентификатор

Оптимальные

характеристики

Банк акустикоокеанологических моделей

Система поиска Базисной модели

Базисная модель -4 Оптимизирующая

система

Рис. 1. Обобщенная структура АГАС

На вход основной измерительной системы АГАС поступают некоторые воздействия, которые могут являться как полезными сигналами, так и помехами. Эти воздействия поступают также на дополнительную измерительную систему, которая формирует статистическую оценку той характеристики входных воздействий, которая достаточна для решения рассматриваемой задачи адаптивной оптимизации. По полученной оценке с помощью идентификатора из набора в банке моделей устанавливается та модель входных воздействий, которая является наиболее адекватной ; [1].

Структурная схема дополнительной измерительной системы АГ АС, включая вычислительное устройство и банк данных океанологических характеристик, изо. 2. -дующие структурные единицы:

- измеритель температуры воды;

- ;

- измеритель угла качки судна-носителя АГ АС;

- измеритель вертикальных перемещений судна-носителя АГАС.

Задача, решаемая каждым блоком, отражена в его названии, необходимо отметить лишь то, что датчик каждого измерителя расположен непосредственно вблизи приемоизлучающей антенной системы, что позволяет адекватно производить корректировку основных измерений.

Рис. 2. Структура дополнительной измерительной системы

Вычислительное устройство

Расчёт скорости звука

Корректировка

основных

измерений

Расчёт углового смещения

Рис. 3. Обработка дополнительных измерений

Структура обработки дополнительных измерений представлена на рис. 3. Учёт дополнительных измерений происходит следующим образом. По измеренным температуре и солёности воды в обследуемом районе океана производится расчёт скорости звука и затухания звука в воде с помощью вычислительного устройства. Полученные в результате расчёта данные используются для корректировки определения дистанции до исследуемых объектов локации, так как рассчитываемая дистанция напрямую зависит от скорости распространения акустических колебаний в вод.

при выборе закона временной автоматической регулировки усиления принимаемых

-,

определённых задач локации. Результаты расчёта углового и вертикального смеще-

- -зуются для корректировки погрешностей основных измерений, возникающих при

,

измерительной системой АГАС.

, -темы должна быть предусмотрена возможность пополнять банк океанологических данных вновь произведёнными измерениями температуры и солёности, а также рассчитанными скоростью звука и коэффициентом затухания звука в воде, привязываясь к конкретному географическому местонахождению, климатическим условиям, времени года и т. д.

Теоретическое рассмотрение и анализ методов построения дополнительной измерительной системы АГАС определили основные задачи проведенных экспериментальных исследований:

- экспериментально исследовать преобразователь «температура - частота» в диапазоне температуры воды в реальных условиях;

- -вателем «соленость - частота» для различных значений солености воды.

Принцип работы измерителя температуры основан на применении термочувствительного элемента в делителе напряжения, подключенном к входу генерато-, . элемента использовался терморезистор. На рис. 4 приведена экспериментально полу-

« - ». линией показана теоретическая зависимость изменения частоты на выходе генерато-,

тела используемого терморезистора от температуры. В этом случае сопротивление терморезистора моделировалось переменным резистором с линейной характеристи-, -противления терморезистора для заданной температуры воды. Точность установки величины сопротивления контролировалась при помощи цифрового измерителя сопротивления. Контроль температуры воды осуществлялся как лабораторным термо-

, , .

Из графика на рис. 4 видно, что экспериментально полученная зависимость частоты генератора от температуры воды практически линейна во всем диапазоне измеряемых температур и совпадает с теоретически определенной зависимостью.

В случае измерения солености воды использовался метод, основанный на изменении удельной проводимости воды в зависимости от содержания в ней солей натрия. Такой метод, несмотря на достаточно большую погрешность и отсутствие возможности анализа солевого состава воды, позволяет проводить интегральную оценку солености. В разработанном преобразователе «соленость - частота» применен двухэлектродный измеритель удельного сопротивления воды. Для устранения поляризации электродов в процессе измерений на опорный электрод подавалось переменное напряжение. Электрический сигнал воспринимался измерительным электродом, который подключался к входу аналоговой части измерителя солености. В зависимости от концентрации солей в воде амплитуда высокочастотного сигнала на измерительном электроде изменялась. При этом амплитуда напряжения на опорном электроде поддерживалась на постоянном уровне. После аналогового преобразования постоян-, , поступал на вход генератора управляемого напряжением. Таким образом, преобразо-

« - » воды. Экспериментально полученная зависимость частоты преобразователя от величины солености воды показана на рис. 5.

14313312311310393-

”8Т

0 5 10 15 20 25 30 35 40 Т, "С

Рис. 4. Зависимость частоты преобразователя «температура - частота» от температуры воды

Из представленной на рис. 5 зависимости видно, что процесс влияния солености воды на изменение удельного сопротивления носит нелинейный характер. Для значений концентрации солей натрия от 1 до 7 г/л происходит резкое повышение амплитуды сигнала на измерительном электроде и, соответственно, повышение частоты сигнала на выходе преобразователя. После этого наступает процесс насыщения,

40 / -

чески постоянной. Этот недостаток, однако, не является существенным, т.к. основные диапазоны изменения солености в реальных океанологических условиях совпадают с диапазоном измерений, позволяющим количественно оценить соленость во.

Рис. 5. Зависимость частоты преобразователя «соленость - частота» от солёности воды

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Ольшевский В. В.. Адаптивные принципы экспериментальных исследований // Сб.

НТО им. акад. Крылова. 1979. Вып. 303. С. 27-33.

2. Новиков Б. К., Руденко О. В., .Тгтошенко В. И. Нелинейная гидроакустика. - Л.: Судостроение, 1981.- 264с.