тирующего многомодового импульса на уровне – 20 дБ составило 3 секунды, при этом среднее количество разрешаемых импульсных откликов оказалось равным 15.
Как показывает анализ приведенных экспериментальных результатов согласованной фильтрации сигналов линейно-частотной модуляции, среднее время принимаемых импульсов нарастало на 0,7 секунды при увеличении дистанции на 10 км. Количество разрешаемых откликов увеличивалось от 9 на относительно малых дистанциях до антенной решетки до 35 для самой большой дистанции. Можно полагать, что для небольших дистанций, а также больших значений задержек при средних и дальних дистанциях выделяемые отклики формировались за счет интерференции групп мод. Стабильность во времени структуры нихкочастотного гидроакустического импульса иллюстрируется распределением сигналов после согласованной фильтрации сигналов линейно-частотной модуляции в течение 15 минут( 30 реализаций по 30 секунд каждая), полученных для дистанции порядка 33 км( рис. 3 б). Видно, что структура импульса по оси задержек сохраняется лишь для нескольких первых 4 – 5 откликов, которые чаще всего соответствуют самым энергонесущим модам низших номеров. По-видимому, именно на использование таких мод целесообразно ориентироваться при построении томографических низкочастотных гидроакустических систем в мелком море, основанных на временном стробировании модовых откликов.
Рисунок 4 иллюстрирует экспериментальные оценки относительных времен задержек прихода взрывного сигнала пневмопушки в тех же условиях по различным модам от частоты. По этим зависимостям были оценены групповые скорости распространения сигналов С гр, по которым рассчитаны фазовые скорости С ф по каждой моде в соответствии с приближенным соотношением [ 3 ]:
Сф = С ²/ Сгр( 1) где: С – средняя скорость звука в воде.
Для сравнения результатов экспериментальных исследований с теоретическими расчетами на рисунке 5 приведен пример расчета пространственных откликов той же антенной решетки на частоте 14 Гц с экспериментально подобранной выше модовой структурой поля в волноводе для одинаковых амплитуд мод. Из рисунка видно, что использование согласованной со средой распространения сигналов пространственной обработки в мелком море убирает смещение оценки пеленга на цель, достигающее иногда 55 ° при нахождении цели в направлении « бегущей волны » линейной антенной решетки, и обеспечивает дополнительный выигрыш в отношении сигнал / помеха.
Другой метод селективного возбуждения и приема зондирующих модовых сигналов при гидроакустической томографии мелкого моря основывается на пространственной согласованной фильтрации с помощью вертикальных решеток.
Частота, Гц
5 10 15 20
0-5-10-15-20-25-30-35-40-45-50-55
Рис. 4. Частотно-временные распределения интенсивности акустического излучения пневматического источника на расстояниях от приемников 44,4 км level( dB)
35
30
25
20
15
10
5
20 10 0-10-20-30-40-50-60-70
Задержка, сек
-150 |
-100 |
-50 |
0 |
50 |
100 |
150 |
|
|
|
angle( deg) |
|
|
|
Рис. 5. Расчетные пространственные отклики антенной решетки на частоте 14 Гц в направлении « бегущей волны » с экспериментально подобранной модовой структурой поля в волноводе при использовании: согласованной со средой когерентной пространственной обработки( когерентное суммирование модовых откликов);
частично согласованной со средой обработки с некогерентным суммированием модовых откликов;
пространственной обработки для модели волновода в виде свободного полупространства с фазовой скоростью 1500 м / с
No. 1( 4) / 2014, Морские информационно-управляющие системы 97