Один из важных результатов, полученных с использованием разработанного оборудования, показан на рисунке 4. Уровень концентрации энергии при использовании согласованного с волноводом возбуждения ограниченного числа первых мод оказался близким расчетному( 7-10 дБ). Это проявилось и в существенном уменьшении переходного расстояния для случая такого возбуждения сигнала по сравнению со случаем одиночного излучателя, возбуждающего сигнал с широким модовым спектром( рис. 4 б). При этом маломодовый сигнал, возбуждаемый решеткой, оказался существенно более стабильным и практически не испытывал флуктуаций на временных интервалах ~ 15 – 30 мин, что обусловлено малым влиянием взволнованной поверхности на распространение мод первых номеров( это зависит от типа канала, но является достаточно характерным эффектом). Кроме того, была продемонстрирована высокая когерентность принимаемых сигналов на значительных расстояниях( более ~ 100 км), что обеспечило практическую возможность их пространственно-частотного накопления в полосе ~ 10 – 20 Гц для апертур протяженностью ~ 1 км. Было также показано( численными расчетами и экспериментально), что уменьшение размеров излучающих решеток и связанное с этим расширение модового спектра сигнала приводит к существенному( в десятки раз) уменьшению площади зоны уверенного наблюдения [ 9 ].
Поскольку рассмотренный вариант построения ИССПН для относительно протяженных акваторий основан на использовании низкочастотных акустических импульсов с управляемым модовым составом, то для его практической реализации необходимо использовать пространственно развитые многоэлементные решетки излучателей. В тех случаях, когда необходимо обеспечить наблюдение в акваториях значительно меньшей протяженности( до единиц километров), более целесообразным представляется другой вариант ИССПН, основанный на применении относительно высокочастотных( единицы кГц) акустических пучков [ 11 ].
Коэфф. возбуждения
0.8
0.6
0.4
0.2
0.0
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Номер моды
Рис. 4. Модовый состав сигнала, принятого на расстоянии 10 км от излучающей решетки, располагавшейся в интервале глубин от 44 до 89 метров( слева). Зависимость уровня сигнала от дистанции для излучающей антенной решетки и одиночного излучателя( пунктирные линии соответствуют цилиндрическому, а сплошная линия( 1) – сферическому закону спадания, кружком на оси ординат обозначен уровень излучаемого сигнала в случае монополя)
Активно-пассивная организация систем в мелком море. Высокие частоты
В состав такого варианта системы также входят вертикально ориентированные излучающие решетки, формирующие сложномодулированные импульсы, но в данном случае согласование с подводным звуковым каналом осуществляется в терминах волновых пучков, а не мод дискретного спектра. Здесь также излучение отдельных решеток фокусируется в заданную область наблюдения, а парциальные вероятности наблюдения при принятии интегрального решения о значениях параметров наблюдаемого рассеивающего объекта накапливаются.
Для анализа возможностей зонального наблюдения с помощью высокочастотных акустических пучков и синтеза рациональных вариантов была разработана соответствующая имитационная модель, основанная на лучевом представлении излучаемых и принимаемых сигналов [ 11, 12 ]. На рисунке 5 приведен пример такого моделирования. В качестве модели прибрежной акватории рассмотрен придонный плоскослоистый волновод с жидким дном и с переменным рельефом дна. Донная поверхность аппроксимировалась бикубическим сплайном из эмпирических данных двумерной таблицы глубин, отражающей
46 Морские информационно-управляющие системы, 2016 / No. 2( 10)