Тенденции развития методов устранения двигательных артефактов мрт

Достаточно чувствительный гидрофон всегда позволял определять направление (пеленг) на шумящий объект, но узнать дистанцию до него можно было лишь приблизительно — по интенсивности звука. Это было, образно говоря, только одно «ухо». Если же оснастить систему двумя «ушами», то есть установить два гидрофона на некотором расстоянии (базе) друг от друга, то можно определять и дистанцию до цели (подобно оптическому дальномеру). Такой принцип и заложен в основу работы новейших пассивных ГПБА. Излучатели и приемные гидрофоны такой станции заключены в корпус обтекаемой формы, который опускается на значительную глубину, под слой скачка.

ГПБА входят в состав гидроакустических комплексов, которые устанавливают как на надводных кораблях и стационарных пунктах, так и на АПЛ (рис.2). Эти комплексы позволяют существенно повысить эффективность исследования подводной обстановки. Влияние на работу антенны шумов обтекания воды при ее буксировке и применение высоких (звуковых) частот при излучении ГАС снижают ее дальность действия (20…25 км). На диаграмму направленности излучения антенны оказывают влияние характеристики гидрофонов, их количество и взаимное расположение. Поэтому с конца 60-х годов ХХ века применяются приемные антенны большой длины, работающие на очень низких частотах [7-12].

В целях уменьшения шумов обтекания и снижения сопротивления антенна заострена с обоих сторон. Первоначально ГПБА крепились непосредственно к буксируемому устройству подводных лодок. Впоследствии ее стали размещать в кожухе, который крепится кабель-тросу, длина которого достигает 1000 м. Обычно ГПБА оснащена также устройством для отсоединения ее от подводной лодки в экстренных случаях.

Конструктивно ГПБА и АПЛ и надводных кораблей представляет линейную систему диаметром 75…100 мм, состоящую из соединенных между собой акустических модулей, содержащих ВОГ и электронные схемы предварительной обработки сигнала (рис. 4). Вся конструкция обычно заключена в оболочку из полимерного материала. Для уменьшения шумов корпус обтекателя изготавливают из резины или синтетических материалов в виде отдельных секций небольшой длины, закрепленных на кабеле и свободно вращающихся вокруг него. Такая конструкция позволяет секциям занимать положение вдоль встречного потока даже при закручивании кабель-троса и сохраняет обтекатель от повреждения и от наматывания на барабан лебедки. Конструкция таких антенн обеспечивает им высокую механическую прочность, нулевую плавучесть и низкий уровень турбулентных помех при буксировке. ГПБА оснащены датчиками глубины и температуры воды, а также гироскопами, которые обеспечивают непрерывное определение координат и положения фронта приемной части антенны относительно поверхности моря и той точки, откуда производится расчет пеленга на цель.

Рис.2. Подводная лодка с ГПБА:

а — схема устройства ГПБА подводной лодки

1 — кабель-трос; 2 — секция звуко- и виброизоляции; 3 — носовая секция гашения вибрации;

4 — секция гидрофонов; 5 — кормовая секция гашения вибрации и датчик положения антенны;

6 — датчики определения глубины и температуры; 7 — концевой тросовый стабилизатор;

б — увеличенный фрагмент ГПБА в море

Существует два принципиально разных варианта конструктивного исполнения приемной части ГПБА — дискретный и непрерывный. В первом случае антенна представляет собой полиэтиленовый шланг, заполненный маслом или нефтью. Внутри шланга с определенным интервалом размещены гидрофоны. Они включены параллельно, и сигнал от них подается на предварительный усилитель, который осуществляет их фильтрацию и сжатие. Во втором случае прием гидроакустических волн осуществляется с помощью тонкого волоконного световода. В состав бортовой аппаратуры ГАС включается устройство (чаще всего это лазер), которое формирует опорный световой луч. Использование волоконной оптики упрощает конструкцию приемной части антенны, особенно ее устройства для постановки и выборки. Но, чувствительность волоконно-оптических приемников на низких частотах меньше, чем у пьезокерамических.

В обнаружении АПЛ средства с ГПБА приобрели особое значение, так как применение антенн протяженностью сотни метров позволило сместить их рабочий диапазон в область низких звуковых и инфразвуковых частот. К тому же разнесенность в пространстве антенны и корабля-носителя за счет использования длинных буксиров снижает влияние собственных шумов АПЛ на рабочие характеристики ГАС.

Современный гидроакустический комплекс осуществляет широкополосную и узкополосную обработку акустической информации. Первый режим подразумевает селекцию сигналов, принимаемых во всей полосе рабочих частот ГПБА, по направлению на их источник. По этой причине широкополосная обработка сигналов иногда называется пространственной. Узкополосная обработка гидроакустической информации предусматривает спектральный анализ принимаемого антеннами акустического фона, результаты которого позволяют выделить определенные частоты, характерные для целей либо объектов того или иного вида. Она может проводиться как совместно с широкополосной, так и самостоятельно (в последнем случае обнаружение специфических частотных составляющих сигнала свидетельствует о наличии цели в зоне приема и позволяет начать ее поиск). ГПБА обеспечивают обнаружение подводных целей в пределах 15…100 км. По сообщению зарубежных источников, современные ГПБА способна обнаруживать АПЛ на дальностях свыше 150 км, а в отдельных случаях — около 250 км. Точность пеленгования ГПБА в большей мере зависит от формируемой электронным методом диаграммы направленности и в меньшей — от изменения положения антенны. Точность пеленгования составляет 2…5°.

Одним из перспективных направлений развития средств с ГПБА считается создание активно-пассивных низкочастотных систем. Конструктивно они состоят из крупногабаритной излучающей и пассивной буксируемой антенн. Такие системы будут иметь значительные преимущества при обнаружении и сопровождении целей по сравнению с существующими, так как излучаемый сигнал может содержать отличительные признаки по частоте, виду модуляции, ширине полосы, уровню. К этому необходимо добавить, что на низких частотах потери при распространении сигнала в водной среде наименьшие. Поскольку дискретные составляющие спектра шумов располагаются главным образом в низкочастотной области, то звукопоглощающие покрытия перестают быть эффективными.

С целью определения характеристик вибрационного отклика корпуса судна при воздействии гармонических гидроакустических волн различных частот были проведены натурные измерения на судне водоизмещением в 22 тонны. Для измерения вибрационного ускорения элементов корпуса использовались пьезокерамические акселерометры. Характеристики приходящего гидроакустического сигнала контролировались гидрофоном, расположенным за бортом судна. Гармонические гидроакустические волны с частотами от 1 до 5 кГц генерировались подводным излучателем на значительном расстоянии от судна.

В результате измерений продемонстрирована возможность использования Линейки гидрофонов в роли гидроакустической антенны. Получены количественные характеристики откликов элементов конструкции гидроакустической антенны на воздействие гармонического сигнала в разных точках. Определены основные амплитудные, временные и спектральные характеристики вибрационных откликов элементов гидроакустической антенны при воздействии импульсных и гармонических гидроакустических волн.

Выводы

Режим шумопеленгования получил приоритетное применение на АПЛ, поскольку при этом не нарушается ее основное тактическое свойство — скрытность. В этом режиме полезным сигналом для ГАК является шумоизлучение АПЛ, ее первичное акустическое поле. Режим призван обеспечить дальнее обнаружение АПЛ и целеуказание для ее вооружения. Реализация режима ШП столкнулась с рядом проблем. Прежде всего это постоянное снижение акустической шумности АПЛ. Это обусловило необходимость проведения исследований, направленных на повышение энергетического потенциала систем шумопеленгования с целью сохранения и даже увеличения их дальности действия.

Пути дальнейшего повышения эффективности гидроакустических станций с гибкими протяженными антеннами связаны с переходом в сверхнизкочастотную область спектра (единицы герц) для обнаружения подводных лодок по тональным сигналам. Обнаружение таких сигналов предполагается осуществлять с помощью тонкой линейной буксируемой антенны, длина которой в перспективе составит 2000 м.

Литература

1. 
   Трасковский В.И, Стародубцев П.А. Некоторые аспекты в развитии систем освещения надводной и подводной обстановки ВМС России и ВМС США. Морской сборник, №8, 2009 г.
   
2. 
   Корякин Ю.А. и др. Гидроакустические системы// Сб. Наука Санкт-Петербурга и морская мощь России, - СПб: Наука, 2002 . С. 388-416.
   
3. 
   Корякин Ю.А., Смирнов С.А., Яковлев Г.В. Корабельная гидроакустическая техника. СПб: Наука, 2004.
   
4. 
   Александров Г.А. «Концерн «Океанприбор» // «Морская газета». Оборонный заказ. Специальный выпуск № 11, декабрь 2006 г. С. 25-26.
   
5. 
   Электронный ресурс: http://www.navy.ru/.
   
6. 
   Гурвич А.А., Гусев Н.М., Яковлев Г.В. Гидроакустические системы с гибкими протяженными буксируемыми антеннами //Судостроение за рубежом. 1984. № 10(214). С. 34-53.
   
7. 
   Богородский А.В., Яковлев Г.В., Корепин Е.А., Должников А.К. Гидроакустическая тех­ника исследования и освоения океана. – Л.: Гидрометеоиздат, 1984.
   
8. 
   Недорез Ю.И., Малашенко А.Е. Разработка интегрированной системы информационного сопровождения. Вестн. ДВО РАН. 2004, №1.
   
9. 
   Смарышев М.Д., Добровольский Ю.Ю. Гидроакустические антенны. Справочник.- Л.: Судостроение 1984.
   
10. 
    Белик Ю.Д. Приемо-передающее устройство контактно-неразрушающего принципа действия для ВОЛС. Системы и средства связи, телевидение и радиовещание. №2. 1997.