Технологии и инструмент синтеза вариантов
В качестве инструмента синтеза различных вариантов ИССПН и исследования их эффективности используется имитационная компьютерная модель на основе геоинформационной базы океанологических данных, моделей формирования сигналов и помех на входе приемных элементов и алгоритмов обработки данных и принятия решения [ 6 – 11 ]. Такая модель была разработана и реализована в виде программно-алгоритмического комплекса с интерфейсом для интерактивного управления. Результаты вычислений представлены в ней в виде распределений вероятностей правильного обнаружения при заданных вероятностях ложных тревог в заданной акватории. Характеристики акватории представлены параметрами ветра, течений, шумов судоходства и т. д., что позволяет количественно оценить зависимость эффективности наблюдения от указанных параметров. С помощью имитационной модели проведены расчеты оптимальной структуры и параметров ИССПН, в том числе в зависимости от ее назначения и конкретной морской акватории.
Одним из ключевых параметров ИССПН, определяющих ее эффективность в заданной акватории, является частотный диапазон зондирующих сигналов. При использовании относительно низкочастотных сигналов( до первых сотен Гц) размеры зоны наблюдения парциальных систем( отдельных приемно-излучающих модулей) возрастают и могут составлять ~ 100 км, однако сами модули становятся более габаритными и сложными в обслуживании. Повышение рабочих частот требует использования большего количества модулей для покрытия эквивалентной зоны наблюдения. Таким образом, выбор оптимального частотного диапазона является одной из целей работы.
Имитационное моделирование позволяет количественно оценить влияние на эффективность наблюдения и таких важных факторов, как расположение самих решеток в подводном канале и их волновой размер. Выбор последних является компромиссом между эффективностью управления полем зондирующего сигнала в волноводе и общими габаритами( технологической сложностью) антенных систем. При этом необходимо учитывать и такие факторы, как искажение геометрии антенн в поле подводных течений, сезонная изменчивость свойств канала распространения и др. Таким образом, задача оптимизации ИССПН представляется довольно сложной и не всегда имеющей однозначное решение.
С использованием указанного инструмента были рассмотрены варианты построения акустических пассивной и активно-пассивной подсистем ИССПН как ключевых ее составляющих. Эти варианты соответствуют различным рабочим диапазонам частот и, следовательно, ориентированы на различные масштабы акватории, свойства наблюдаемых в ней объектов и используемых технических средств.
Свойства различных вариантов пространственно-распределенных систем
Известно, что наиболее рациональным с точки зрения количества пассивных станций при заданной эффективности обнаружения объекта является линейный барьер [ 14 ]. Здесь общее протяженное поле наблюдения формируется с помощью набора различных антенных решеток: линейных горизонтальных или вертикальных, планарных и объемных. Решетки располагаются непосредственно на дне или устанавливаются с помощью якорей. Ряд пассивных систем такого рода выпускается промышленностью и апробирован [ 6 ]. В частности, описанные в [ 6 ] горизонтальные антенные системы реализованы на базе подводного оптоволоконного кабеля и позволяют выполнить когерентное накопление сигналов от пространственно распределенных гидрофонов. Расстояние между сенсорами равно половине средней длины волны регистрируемого акустического поля. При совместной обработке сигналов от всех решеток в центр обработки передается достаточно большой поток измеренных данных. Обычно пассивные системы наблюдения барьерного типа с линейными донными решетками и передачей данных по кабелю обеспечивают эффективное наблюдение в пределах ширины барьера. Однако для функционирования таких систем требуется достаточно большая энергия, а для их постановки необходимо использование специальных кабельных судов, также установлено, что эти системы подвержены риску повреждения. Ослабление влияния недостатков может быть достигнуто путем использования иных вариантов. Когерентная обработка внутри локальной пассивной станции может быть обеспечена при любой из упомянутых видов геометрии антенн, в том числе вертикальных, но осуществляться она должна автоматически внутри станций с формированием ограниченного набора выходных результатов. А обработка данных от различных разнесенных антенн может основываться на методах некогерентного накопления. Одним из приемлемых для рассмотрения вариантов обработки является накопление вероятностей обнаружения объектов отдельными сенсорами.
В этих случаях в центр совместной обработки может передаваться существенно меньший поток информации, в результате чего оказывается возможным использование для связи между элементами системы акустической подводной связи. В таких подсистемах наблюдения( в частности гидроакустических) могут быть организованы поля приемных сенсоров, расположенных произвольным образом и образующих сеть.
42 Морские информационно-управляющие системы, 2016 / No. 2( 10)