1.2.Особенности построения тракта и его основные характеристики

Основной задачей обработки гидроакустической информации является выделение полезного сигнала на фоне помех.

При ее решении существенными факторами являются модели сигнала и помехи, тип обнаружителя, условия приема и др.

В теории статистических решений доказывается, что оптимальное обнаружение сигнала на фоне помех сводится к вычислению отношения правдоподобия

Следовательно, знание законов распределения помехи и ее смеси с сигналом является необходимым условием для построения обнаружителя.

Условием, определяющим достаточность, является выбор правила принятия решения (критерия обнаружения). Наибольшее распространение получили критерии Байеса, Котельникова и Неймана-Пирсона.

Алгоритм вычисления отношения правдоподобия определяет структуру оптимального обнаружителя. В основу построения каналов тракта ЩП положена схема так называемого типового тракта обнаружителя (рис 1.3.).

Он включает в себя оптимальный фильтр ПФ (или коррелятор), квадратичный детектор КД, интегрирующее устройство (фильтр нижних частот - ФНЧ) и устройство принятия решения УПР.

Рис. 1. 3. Структура типового тракта обнаружителя

Задачей любого тракта обнаружения является (помимо представления сигнала в виде, удобном для принятия решения), преобразование смеси сигнала и помехи таким образом, чтобы заданное отношение сигнал/помеха на выходе решающего звена (коэффициент надежности приема - ) обеспечивалось при минимальном отношении сигнал/помеха на входе тракта (коэффициент распознавания - ).

Качество тракта обработки характеризуется отношением этих коэффициентов , которое называют коэффициентом помехоустойчивости обнаружителя

Эффективность тракта ШП определяется его тактическими и связанными с ними техническими параметрами.

К основным тактическим параметрам относятся: дальность действия, сектор и способ обзора пространства, точность определения угловых координат, разрешающая способность и др.

Основными техническими параметрами являются: диапазон рабочих частот, параметры амплитудно-частотных и фазовых характеристик, диаграмм направленности и др.

Дальность действия средств шумопеленгования зависит в основном от трех факторов:

• уровня шумности цели,

• условий распространения звука в морской среде;

• энергетического потенциала.

Для пассивных трактов энергетический потенциал определяется, прежде всего, помехоустойчивостью, под которой понимают минимальное отношение сигнал/помеха на входе тракта, обеспечивающее заданные вероятности правильного обнаружения и ложных тревог на его входе с учетом коэффициента различимости индикаторов.

Решение задач обнаружения в широком диапазоне шумности целей от десятых долей до сотен паскалей привело к созданию двух независимых каналов:

первый (ПКО), оптимизирован для обнаружения средне- и сильно шумящих целей в диапазоне до нескольких сотен километров,

второй (ОКО) - для обнаружения малошумящих целей на дистанциях до нескольких десятков километров.

В первом случае для повышения помехоустойчивости рабочий диапазон канала разбит на три поддиапазона с шириной полосы пропускания 1,5 2 октавы и частотами, оптимизированными к БЗАО, - 3-й частотный диапазон (ЧД), 1-й и 2-й ДЗАО - 2-й и 1-й ЧД соответственно.

Во втором случае для уменьшений объема аппаратуры канал ОКО оптимизирован только для 1-й ДЗАО, поэтому его частотный диапазон со­ответствует 2-му ЧД канала ПКО.

В ряде аналоговых и АЦ ГАК используются протяженные (в несколько десятков метров) антенны; расположенные по бортам носителя в зоне с минимальным уровнем помех и обеспечивающие работу каналов обнаружения целей с высокой разрешающей способностью по КУ и каналов автоматического сопровождения.

Каналы БО (ПСО) оптимизированы к работе по сильношумящей групповой цели во 2-й и 1-й ДЗАО и имеют, как правило, два частотных диапазона, приблизительно равных 1-му и 2-му ЧД канала ПКО.

По сравнению с каналами обнаружения, пеленгаторы (каналы АСЦ) имеют более высокий порог принятия решения, обусловленный требованиями к устойчивости сопровождения цели в любом из ЧД, поэтому дальность действия указанных каналов не превышает 0,7 от максимальной дистанции обнаружения.

Каждый канал АСЦ основной носовой цилиндрической антенны может работать в любом из трех диапазонов частот по любой цели, обнаруженной каналами ПКО и ОКО, а канал АСЦ-Д - в любом из двух диапазонов частот канала БО.

При субъективной классификации целей оператором с помощью уст­ройств прослушивания весь рабочий диапазон тракта для выявления классифи­кационных признаков разделяется на два поддиапазона.

В результате, дистанции прослушивания шумов целей составляют 0,7 от максимальной дальности их обнаружения каналами ОКО и ПКО.

Поисковый потенциал каналов обнаружения характеризуется пределами и периодом обзора пространства, зависящими от способа обзора и предъявления информации оператору. При использовании носовой цилиндрической антенны сектор обзора в горизонтальной плоскости составляет в среднем 300° и ограни­чивается корпусом носителя и значительным уровнем помех работе ГАК от гребных винтов. В вертикальной плоскости сектор определяется наиболее веро­ятными углами прихода лучей при разных типах гидрологии и составляет ±(15 20)°.

В каналах с последовательным обзором пространства информация от цели с определенного направления поступает дискретно с периодом вращения ДН. Время поступления информации определяется шириной ДН и скоростью ее вра­щения. В результате, отношение времен обзора пространства и наблю­дения за целью ( ) для разных ЧД находится в пределах от 8 до 32, что при зональной структуре акустического поля может привести к пропуску цели. Для устранения этого необходимо либо повышать скорость вращения ДН, либо уве­личивать число ДН, одновременно осуществляющих обзор пространства. С другой стороны, необходимо, чтобы ( ) было достаточным для обнаружения сигнала с заданными характеристиками. В общем случае ( )определяет время интегрирования процесса или время накопления информации , однако в со­временных аналоговых и АЦ ГАК время накопления ограничивается возможно­стями памяти, нестабильностью параметров устройств обработки, изменением характера сигнала цели, анизатропностью и нестационарностью помехи и др. В общем случае оно не превышает 50…80 с. Поэтому одноканальный обнаружитель с последовательным обзором не в состоянии производить обнаружение малошумных подводных целей на больших дистанциях (1-й ДЗАО).

Для исключения пропуска малошумных целей необходим многоканальный обнаружитель с одновременным обзором пространства, каждый канал которого производит пространственную и частотно-временную обработку информации в телесном угле, определяемом ДН. Тогда время обзора становится равным времен ни наблюдения за целью. Для уменьшения габаритов и массы аппаратуры обзор пространства в вертикальной плоскости производится дискретно с шагом, равным ширине ДН. Выбор требуемого угла наклона (УН) ДН производится опера­тором по рекомендации БИУС или на основе учета гидрологии в соответствии с руководящими документами.

Для канала БО сектop обзора в ГП определяется возможностью сканиро­вания ДН и составляет в среднем (30.. 150)° на каждый борт. Сканирование в ВП, как правило, не производится. Сектор обзора определяется шириной ДН и составляет на низких частотах десятки градусов. С учетом того, что канал рабо­тает по сильношумящей групповой цели, при обнаружении используется после­довательный обзор сектора с малыми скоростями: десятые доли градуса в секун­ду на дистанциях в сотни километров и единицы градусов в секунду на дистан­циях в десятки километров.

Секторы обзора каналов АСЦ в обеих плоскостях, как правило, соответст­вуют пределам обзора каналов обнаружения. При использовании устройств про­странственной обработки каналов АСЦ в трактах гидролокации сектор обзора в ВП увеличивается до (40...50) , что позволяет производить обнаружение целей в зоне тени за счет донных отражений. Скорость сопровождения определяется максимально возможной тангенциальной составляющей скорости цели и не пре­вышает 1 °/с Скорость наведения ДН на цель может достигать десятков граду­сов в секунду и ограничивается техническими возможностями приводов сопро­вождения.

Под разрешающей способностью каналов по КУ ( ) понимают способ­ность раздельного наблюдения двух близкорасположенных целей с равными от­ношениями сигнал/помеха на входе. Потенциальная (предельная) разрешающая способность определяется формой сигнала и отношением сигнал/помеха на вхо­де устройства обработки. Для достаточно больших отношений и аппроксимации ДН гауссовой кривой При прямоугольной аппроксимации где - ширина ДН в ГП.

Наиболее распространенный мерой количественной оценки точности из­мерения КУ является среднеквадратичная ошибка пеленгования. При большом отношении сигнал/помеха на входе индикаторного устройства потенциальная приборная ошибка пеленгования определяется выражениями:

- для максимального метода;

- для фазового метода;

- для фазоамплитудного метода,

где - среднегеометрическая длина волны диапазона; - расстояние между "эквивалентными приемниками" при делении рабочего сектора антенны на две половины и - отношение сигнал/помеха (по мощности) в каналах пеленгатора. Для малых отношений сигнал/помеха при приеме на слух максимальным мето­дом точность пеленгования определяется практически значением . В резуль­тате, приборная ошибка обнаружителей составляет (1...3)⁰. Каналы АСЦ за счет использования нулевых методов пеленгования и большого времени усреднения измерений (порядка 20...30 с) обладают высокой точностью, достигающей не­скольких единиц угловых минут.