35
30
Частота, Гц
25
20
15
10
5
400 1600 1800 2000 2200 2400 Скорость, m / c
Рис. 1. Экспериментально оцененные фазовые скорости распространяющихся мод в гидроакустическом волноводе типичного мелкого моря с глубиной 250 м
Низкочастотные гидроакустические системы обычно решают задачи совместного обнаружения как минимум нескольких целей, поэтому к традиционно используемым в них донным приемным антенным решеткам( ДПАР) выдвигаются жесткие требования по минимизации уровней боковых лепестков пространственных откликов – характеристик направленности, а также требования несмещенности оценки пеленгов на источники сигнала и обеспечения максимально возможного выигрыша пространственной обработки в отношении сигнал / помеха.
Пространственная обработка принимаемых сигналов в низкочастотных гидроакустических системах из-за дисперсионных свойств канала распространения звука( гидроакустического волновода) обычно производится в частотной области [ 1, 2 ]. Для этого входные сигналы с каждого приемного элемента( гидрофона) подвергаются быстрому преобразованию Фурье, далее выбираются спектральные отсчеты в необходимом диапазоне частот, и на каждом спектральном отсчете производится пространственная обработка сигналов путем формирования веера пространственных откликов – в нашем случае характеристик направленности, так как в данной работе не учитываются пространственные характеристики поля помех.
Дальнейшая обработка сигналов заключается в их согласованной фильтрации в частотной области. В случае обнаружения сигналов объектов по их собственному шумоизлучению( шумопеленгация) такая обработка сводится к суммированию квадратов модулей спектральных отсче- тов после пространственной обработки с весами, пропорциональными ожидаемому отношению сигнал / шум на каждом спектральном отсчете, для активной гидролокации – к согласованной с зондирующим сигналом фильтрации в частотной области. Без потери общности расчетов будем считать далее спектральные плотности шумов и сигналов частотно независимыми и пространственные отклики антенн представлять в полосе частот, чтобы сильные флюктуации бокового поля характеристик направленности антенн не искажали общей картины их поведения. Такая обработка имеет смысл для широкополосной шумопеленгации объектов.
В мелком море низкочастотные гидроакустические системы с ДПАР функционируют в условиях гидроакустического волновода с ярко выраженными дисперсионными свойствами. На рисунке 1 приведен пример экспериментально оцененных зависимостей фазовых скоростей распространяющихся волноводных мод от частоты в типичных условиях мелкого моря со средней глубиной 250 метров. В расчетах было принято, что сигналы, приходящие по всем модам, имеют одинаковые амплитуды, – это наиболее сложный случай, когда сигналы, распространяющиеся по отдельным модам, могут компенсировать друг друга, и суммарный сигнал – замирать на отдельных спектральных отсчетах до нуля.
Особенно сильно влияние волноводного характера распространения звука в мелком море сказывается на работе линейных антенных решеток при их компенсации в направлении « бегущей » волны. На рисунке 2 приведены примеры расчета пространственных откликов линейной антенной решетки в реальном гидроакустическом волноводе мелкого моря:
• в случае использования при пространственной обработке модели свободного пространства распространения звука со скоростью 1500 м / с;
73