Очевидным требованием к гидроакустическим средствам визуализации, кроме большой дальности действия, является обеспечение высокой разрешающей способности при ограниченных весогабаритных характеристиках. Стремление одновременно уменьшить весогабаритные характеристики гидролокатора и повысить его разрешающую способность неизбежно приводит к необходимости увеличения рабочей частоты. Однако повышение рабочей частоты сдерживается ростом коэффициента поглощения звука и, соответственно, дальности действия гидролокатора [ 1 ]. Таким образом, существует прямая связь между дальностью действия гидролокатора и оптимальной рабочей частотой и, следовательно, размерами антенны и, соответственно, гидролокатора в целом. В таблице 1 приведены ориентировочные оценки оптимальной частоты и линейного размера антенны в зависимости от дальности действия для гидролокатора секторного обзора с числом разрешаемых элементов порядка 100 [ 2 ].
Дальность действия, м
Оптимальная частота, кГц
Таблица 1 20 50 100 200 500 1000
710 360 220 130 67 40 Длина антенны, м 0,21 0,42 0,68 1,15 2,24 3,75
Следует отметить, что с увеличением дальности действия гидролокатора, с одной стороны, увеличиваются размеры антенны и гидролокатора в целом, а с другой – ухудшается линейное разрешение на предельной дистанции. Так, даже при угловом разрешении 0,5 ° на дистанции 100 м линейное разрешение составит порядка 1 м, что, по-видимому, неприемлемо при поиске и распознавании малогабаритных объектов. Повышение линейного разрешения в этом случае возможно при приближении гидролокатора к подводному объекту с помощью телеуправляемых или автономных подводных аппаратов.
В зависимости от решаемой задачи освещения подводной обстановки для установки на подводные аппараты могут быть востребованы все известные типы гидролокаторов:
• многолучевые эхолоты( МЛЭ) – для картирования дна, поиска объектов на дне и в водной толще;
• гидролокаторы бокового обзора( ГБО) – для поиска объектов на дне в широкой полосе обзора; а при использовании интерферометрического ГБО( ИГБО) – и для площадной съемки рельефа дна;
• гидролокаторы секторного обзора( ГСО) – для обеспечения навигационной безопасности и поиска объектов по курсу движения подводного аппарата.
Особой разновидностью гидролокаторов секторного обзора являются 2D- и 3D-звуковизоры, отличающиеся повышенной разрешающей способностью по углу( не хуже 1 °) и по дистанции( порядка 1 см). Эти звуковизоры могут использоваться для поиска, допоиска, обследования и распознавания подводных объектов по их акустическому изображению.
АО « Акустический институт имени академика Н. Н. Андреева » имеет определенный опыт разработки всех перечисленных типов гидролокаторов. Однако все эти гидролокаторы, за исключением звуковизоров, имеют значительные весогабаритные характеристики и рассчитаны на консольное крепление к борту судна либо на буксировку с помощью кабель-троса. Для более легких телеуправляемых и автономных необитаемых подводных аппаратов необходима разработка новых гидроакустических средств основных типов: МЛЭ, ГБО, ИГБО и ГСО.
Многофункциональная гидроакустическая система
Востребованность различных гидролокаторов для подводных аппаратов учитывалась при разработке многофункциональной гидроакустической системы( МФГС), предназначаемой для проведения промерных, навигационных и поисковых целей. Общий вид МФГС представлен на рисунке 1.
Рис. 1. Многофункциональная гидроакустическая система
В состав многофункциональной гидроакустической системы входят многолучевой эхолот, гидролокатор бокового обзора, интерферометрический гидролокатор бокового обзора и впередсмотрящий гидролокатор секторного обзора. Все эти гидролокаторы размещаются на одном носителе, который может либо жестко крепиться к борту судна, либо буксироваться за кабель-трос. Для обеспечения возможности использования отдельных гидролокаторов, входящих в состав МФГС, на телеуправляемых или автономных подводных аппаратах были предприняты следующие меры:
• антенны и электронные узлы каждого гидролокатора размещены в отдельных корпусах;
• минимизированы весогабаритные характеристики каждого гидролокатора;
• унифицированы электрический и программный интерфейсы.
Каждый из гидролокаторов предусматривает обмен информацией по стандарту Ethernet. Для обеспечения обмена
15