Рис. 1. Комплексная система связи и мониторинга арктических морей. Красным цветом выделены, синим – ожидаемые зоны томографического мониторинга морской обстановки с помощью низкочастотных стационарных гидроакустических систем
в условиях мелкого моря. Накоплен значительный опыт эксплуатации стационарной системы подводного наблюдения в Баренцевом море. Это позволило собрать представительную статистику по моделям сигналов с учетом распространения их в гидроакустическом волноводе и помех( шумов моря, судоходства и реверберации) для режимов шумопеленгации и активной низкочастотной гидролокации. Следует отметить, что большинство арктических морей относятся к мелководным, в них велико влияние дна моря на распространение гидроакустических сигналов, как полезных, так и помеховых.
Повышение эффективности распределенной приемно-излучающей системы, осуществляющей диагностику и томографическую реконструкцию неоднородностей в мелком море, требует согласования пространственновременной структуры низкочастотных зондирующих сигналов с каналом их распространения, представляющего собой неоднородный волновод с относительно небольшим количеством(~ 10) мод дискретного спектра [ 1 ]. Как показывают теоретические и натурные экспериментальные исследования, выполненные с начала 2000‐х годов, в качестве оптимальных при построении подобных систем гидроакустической томографии могут рассматриваться зондирующие импульсные сигналы, содержащие малое количество мод первых номеров( в предельном случае – одну моду) в инфранизком частотном диапазоне. При этом ширина полосы сигналов должна быть относительно небольшой для минимизации эффекта внутримодовой дисперсии( импульсы должны быть узкополосными). Основанный на этом подход получил название метод маломодовой импульсной томографии [ 1, 2 ].
Круг задач формирования и пространственно-временной фильтрации маломодовых сигналов в мелководных каналах, связанных с реализацией и практическими возможностями маломодовой импульсной томографии
достаточно широк. Среди них наиболее важными представляется оптимизация положения и апертурных распределений излучающих антенных решеток [ 1,2 ]. И их адаптивная коррекция в условиях изменяющихся характеристик канала распространения и возможных вариаций формы антенных решеток в поле подводных течений, а также оптимизация методов пространственной селекции и обработки модовых сигналов на фоне реверберационных помех, содержащих мощную компоненту модового спектра. По существу, речь идет об эффективном формировании в подводном гидроакустическом волноводе когерентной маломодовой структуры звукового поля, сохраняющей свою когерентность и помехоустойчивость на достаточно больших дистанциях в результате минимального влияния как дисперсионных искажений, так и взаимодействия полезного сигнала со взволнованной поверхностью и поглощающим дном.
В качестве одного из способов селекции мод можно рассматривать метод, основанный на стробировании модовых импульсов по времени прихода, что становится возможным благодаря межмодовой дисперсии в гидроакустическом волноводе.
Такой метод может быть относительно просто реализован в технологическом смысле. Однако его эффективность ограничивается тем, что из-за внутримодовой дисперсии, модовые импульсы могут существенно расплываться и деформироваться. При этом формируется сложная, существенно растянутая во времени хаотическая структура низкочастотных гидроакустических импульсов [ 1, 2 ]. Длина такого растянутого импульса растет по мере увеличения дистанции наблюдения и полосы спектра излучаемых сигналов. Интерференционная структура импульсов определяется фазовыми набегами различных частотных компонент мод при распространении в гидроакустическом-волноводе с меняющимися в пространстве и во вре-
No. 1( 4) / 2014, Морские информационно-управляющие системы 95