Сделай Сам Свою Работу на 5

Понятие дальности действия ГАС.





 

Гидроакустические средства (системы)(ГАС) играют важнейшую роль в современных ВМС, так как являются в настоящее время единственными наиболее эффективными средствами наблюдения и связи в морской среде на дистанциях от десятков метров до сотен километров.

Эффективность боевого применения ГАС, во многом, зависит от того, насколько правильно специалисты не только по эксплуатации на кораблях этой аппаратуры, но и специалисты по проектированию ГАС будут учитывать изменения их дальности действия (которая является основным тактическим параметром) в различных районах моря и в разные сезоны года.

С заметным отклонением фактической дальности действия ГАС от расчетных теоретических значений для идеальной среды, впервые столкнулись в годы II Мировой войны. С тех пор этому важному вопросу во всем мире стали уделять очень серьезное внимание.

В этой связи следует отметить, что общим критерием оценки эффективности использования ГАС в морских условиях принята вероятность выполнения поставленной задачи на заданном расстоянии от объекта. При этом ГАС должна обеспечивать наибольшую дистанцию обнаружения цели, не превышающей установленных значений ошибок.



Максимальное расстояние, на котором вероятность правильного обнаружения цели (сигнала от цели) Рпо равна установленному значению при соблюдении требования к вероятности ложных тревог Рлт определяет искомую дальность действия ГАС (Дк). Данное понятие в общем виде относится к однократному наблюдению (распознаванию) при установленных зависимостях между отношением сигнал/помеха (ОСП) и Рпо и Рлт . В случае многократных последовательных наблюдений оценки производятся с помощью кумулятивной вероятности, которая определяется выражением:

РКпо = 1 – (1- Рпо)n. 4.1.1

где Рпо – вероятность правильного обнаружения цели при однократном наблюдении;

n – число наблюдений.

Для активных ГАС значение Рлт, которое связано с общим числом ложных тревог за один цикл «излучение-прием» (общей вероятностью ложных тревог) РлтΣ неравенством:

Рлт ≤ РлтΣ /Nоб 4.1.2

где Nоб – общее число альтернатив (неопределенность положения сигнала) или общее количество каналов наблюдения.



Nоб = NД · Nθ · Nf 4.1.3

где NД – количество пространственных каналов наблюдения по дальности (в расчетах принимается максимальная дальность Дmax).

для тонального сигнала:

NД = 2Дmax/Сτи 4.1.4

для пачки из N импульсов с длительностью каждого τи :

NД = 2NДmax/Сτи 4.1.5

для частотно-модулированного сигнала с базой В:

NД = 2 Дmax/Сτи 4.1.6

Nθ – количество пространственных каналов наблюдения по угловым координатам в горизонтальной плоскости в секторе обзора Ω:

Nθ = Ω/θ0,7ГП 4.1.7

Nf – количество частотных каналов наблюдения.

РлтΣ = m·tц/60 4.1.8

где m – число ложных тревог (ложных срабатываний системы) за 1 минуту;

tц – время одного цикла «излучение-прием»:

tц = 2Дmax/С 4.1.9

Часто РлтΣ выбирают непосредственно в диапазоне 0,1-0,01.

В практике оценки возможностей ГАС получили распространение энергетическая, геометрическая (рефракционная) и ожидаемая дальности ГАС (Д0 э), Дг и Дож ), потенциальная степень соответствия которых фактической дальности действия Dф , получаемой в результате испытаний ГАС в море, зависит от максимального учета всех факторов, влияющих на распространения сигнала в реальной морской среде.

Итак, под энергетической дальностью действия ГАС (Д0 ) понимают максимальное расстояние, на котором может быть обнаружена цель с заданными гидроакустическими характеристиками и вероятностями Рпо и Рлт при определенных значениях гидроакустических помех в однородной безграничной поглощающей среде. Количественные значения Д0 используют в качестве исходных (нулевых) величин при прогнозировании ожидаемых дальностей действия ГАС. Их включают в паспортные данные ГАС и ГАК, вводят в алгоритмы, счетные программы, таблицы и графики. Данная дальность может существенно отличаться от ожидаемой.



Геометрическая дальность действия ГАС (Дг ) – расстояние по горизонтали от излучателя до пересечения горизонтальной линии с траекторией граничного акустического луча на глубине размещения приемника звука (цели), рассчитанной с учетом рефракции для заданного профиля ВРСЗ. Ее используют для приближенной оценки условий распространения гидроакустических сигналов без учета энергетических соотношений, и поэтому она может оказаться больше или меньше фактической дальности. Таким образом, являясь частным случаем ожидаемой дальности, геометрическая дальность представляет собой идеализированную оценку, когда в качестве исходной информации используются постоянные значения вертикальных градиентов скорости звука в соответствующих слоях воды.

Ожидаемая (расчетная) дальность действия ГАС (Дож ) – максимальное расстояние, на котором может быть обнаружена цель с заданными гидроакустическими характеристиками и вероятностями Рпо и Рлт при определенных значениях гидроакустических помех для определенной модели океанической среды.

Фактическая дальность действия ГАС (Дф ) – максимальное расстояние, на котором может быть обнаружена цель с заданными гидроакустическими характеристиками и вероятностями Рпо и Рлт при определенных значениях помех в тракте или на оконечном устройстве ГАС. Определяется оператором и фиксируется в конкретной гидролого-акустической обстановке. Статистические оценки этой дальности производят на специально оборудованных гидроакустических полигонах.Фактическая дальность действия может лишь приближаться к потенциально возможным величинам.

Таблица 4.1.1 иллюстрирует введенные выше понятия.

С учетом вышесказанного возникает естественная необходимость в численном определении всех возможных дальностей действия ГАС (кроме фактической).

При этом следует отметить, что величина Дож ГАС наиболее предпочтительна для оценок эффективности ГАС и решения кораблем-носителем противолодочных задач.

Как уже отмечалось ранее, основой функционирования любой ГАС наблюдения является обнаружение сигнала на фоне помех. В зависимости от способа обработки принимаемых акустических колебаний, преобразованных антенной в электрические, соотношение между уровнем акустической помехи и минимальным обнаруживаемым сигналом в точке приема может быть различным.

Однако, для уверенного обнаружения непременно должно выполняться условие:

ОСПфакт ≥ ОСПтреб 4.1.10

Где ОСПфакт - отношение сигнал/помеха на входе антенны ГАС;

ОСПтреб - отношение сигнал/помеха, которое минимально допустимо системой обработки сигнала ГАС с точки зрения ее способности принятия решения о наличии сигнала во входном процессе.

 

Дальность действия ГАС в слоисто-неоднородной среде с учетом только рефракции луча
Дальность действия ГАС в однородной безграничной среде
Графическое изображение
Краткое содержание понятия
ВРСЗ
Понятие
лучей
Расчетное значение дальности действия ГАС для определенной модели океанической среды
Д0
Дф
ДГ
С
h
Ц
Д0
Д
h
С
h
С
h
С
h
Ц
ДГ
Д
h
Дож
Дальность, получаемая оператором, при использовании ГАС в реальной океанической среде
Ц
Дож
Д
h
Дф
Ц
Дф
Д
h

 

Соотношение 4.1.10 представляет собой обобщенную форму записи уравнения дальности (часто его еще называют уравнением гидролокации). Данное уравнение, используемое для определения энергетической и ожидаемой дальностей действия ГАС (геометрическая дальность определяется на основе теории лучевой акустики), должно связывать все заданные гидроакустические характеристики, а также условия распространения и свойства системы обработки сигнала ГАС, по выбранному направлению пространства (дистанции).

Очевидно, что конкретная математическая запись уравнения будет зависеть от типа сигнала цели, используемого ГАС. Об этом речь пойдет в последующих лекциях. Сейчас же мы рассмотрим только общую структуру этих уравнений для принятых в практической гидроакустике типов ГАС.

Начнем с самого простого типа ГАС – пассивной ГАС, то есть ГАС, которая реализует обнаружение целей по их шумоизлучению.

На рисунке 4.1.1 показан типовой случай приема шума цели.

УИ
Д
ПР
Цель
ГАС
  ПО
ПН
Антенна ГАС
УП
Рис. 4.1.1

 


Условные обозначения:

УИ (уровень излучения цели) – величина, характеризующая интенсивность шумоизлучения цели;

УП (уровень помех) – величина, характеризующая интенсивность помех в полосе частот приемного тракта ГАС на ее входе (кроме электрической составляющей полностью определяется свойствами гидроакустического канала распространения);

ПР (потери на распространение) – величина, характеризующая уменьшение звукового давления между источником (целью) и приемником (антенной ГАС) в системе звукопередачи на дистанции Д, причем точки излучения и приема выбирают на стандартном расстоянии от источника и приемника (как правило на расстоянии 1 м). Если среда считается детерминированной, то в потерях учитываются только потери на расширение фронта волны и затухание, которое зависит от частоты приемного диапазона ГАС. Если рассматривается рефрагирующая среда, то учитывается и аномалия распространения звука. В любом случае, ПР представляют собой функцию дистанции, то есть ПР = f(Д).

ПН (показатель направленности) – величина, характеризующая направленные свойства антенны ГАС, как пространственного фильтра. Если осуществляется всенаправленный прием, то данный параметр не рассматривается;

ПО (порог обнаружения) – величина, характеризующая помехоустойчивость системы обработки сигнала ГАС (фактически определяется значением ОСПтреб ), которая носит вероятностный характер (зависит от Рпо и Рлт). Очевидно, что чем эта величина меньше, тем эффективность системы обработки выше.

Анализируя рисунок, нетрудно предположит, что для уверенного обнаружения сигнала суммарная энергетическая характеристика ГАС должна как минимум быть не ниже энергетических потерь на распространение. Эта энергетическая характеристика получила название энергетического потенциала (ЭП) или показателя качества (ПК), который с учетом логарифмического представления величин можно записать в виде:

ЭП = УИ – УП + ПН – ПО 4.1.11

Очевидно, что слагаемые, расположенные в правой части выражения 4.1.11, имеют соответствующие знаки, которые подчиняются определенной логике. Знак минус имеют характеристики, рост значений которых приводит к снижению ЭП, и наоборот.

Тогда очевидно, что уравнение дальности, определяющее максимально возможную дистанцию обнаружения цели в рассматриваемых условиях, можно записать как:

ЭП = УИ – УП + ПН – ПО = ПР 4.1.12

Несколько иначе будет обстоять дело, если в качестве полезного сигнала будет иметь место сигнал работающих активных ГАС цели. Данная ситуация свойственна для систем обнаружения гидроакустических сигналов (ГАС ОГС) и систем звукоподводной связи и опознавания (ГАС ЗПС и ОП). На рисунке 4.1.2 показан именно такой случай.

УИ
Д
ПР
Цель
ГАС
  ПО
ПН
Антенна ГАС
УП
ГАС
Рис. 4.1.2

 

 


Принципиальным отличием для данной ситуации является то, что значение УИ полностью определяется характеристиками излучения ГАС цели (мощностью и направленными свойствами антенны), а величина затухания в ПР – частотой сигнала ГАС цели. Однако выражение для ЭП и уравнение дальности имеют структуру аналогичные, рассмотренному выше, случаю ГАС шумопеленгования (ГАС ШП).

Наиболее сложную структуру имеет уравнение дальности для случая активной гидролокации, то есть, когда ГАС использует для обнаружения цели отраженный от него зондирующий сигнал. Другими словами, перед активной ГАС ставится задача обнаружения цели на максимально возможной дистанции по эхо-сигналу (смотри рисунок 4.1.3).

Из рисунка видно, что в данном случае УИ полностью определяется характеристиками излучения ГАС, а цель характеризуется параметром СЦ.

СЦ (сила цели) – логарифмическая величина, характеризующая отражательную способность цели. Как известно, СЦ зависит от целого ряда факторов: размеров и конструкции корпуса цели, материала корпуса цели, курсового угла цели, частоты зондирования и т.д.

ПР
УП
СЦ
Д
ПР
Цель
ГАС
  ПО
ПН
Рис. 4.1.3
УИ
  Антенна ГАС

Отличительной особенностью является также и то, что сигнал в процессе распространения претерпевает двойные потери на распространение (по дистанции Д до цели и по дистанции Д после отражения от цели).

С учетом предыдущей логики рассуждений выражение для энергетического потенциала активной ГАС можно записать в виде:

ЭП = УИ + СЦ – УП + ПН – ПО 4.1.13

То есть, добавилась характеристика отражающей способности цели (СЦ), имеющая знак «+», указывающий на увеличение ЭП ГАС при увеличении значения СЦ, что вполне логично.

Ну и уравнение дальности, определяющее максимально возможную дистанцию обнаружения цели в рассматриваемых условиях двойного распространения звука по дистанции, можно тогда записать как:

ЭП = УИ + СЦ – УП + ПН – ПО = 2ПР 4.1.14

Полученные уравнения дают лишь общее представление о порядке учета всех гидроакустических характеристик и условий наблюдения при определении дальности действия ГАС. Более подробно для конкретных типов ГАС и видов дальности действия эти уравнения будут рассматривать в дальнейшем.

Выводы

К активным ГАС относятся:

- ГАС измерения дистанции

- ГАС связи

- ГАС опознавания

- ГАС миноискания

- ГАС обнаружения торпед

- ГАС обнаружения подводных пловцов и противодиверсионные ГАС

- ГАС освещения ледовой обстановки и обнаружения разводий

- Гидроакустические лаги

- ГАС бокового обзора

 

 








Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту:



©2015 - 2024 stydopedia.ru Все материалы защищены законодательством РФ.