§ 10. Основные технические и тактические параметры гидроакустических приборов

Общие сведения. Промысловые и рыбопоисковые на* учно-исследовательские суда оснащаются гидроакустическими приборами различных типов в зависимости от водоизмещения судна, его назначения и т. д. Выбор того или иного прибора за­висит от его параметров, которые делятся на технические и так­тические. Знание параметров позволяет грамотно использовать гидроакустические приборы на промысле, а также правильно оценивать и расшифровывать показания регистрирующих при­боров с учетом конкретных условий плавания и промысла.

К основным тактическим параметрам относятся: максималь­ная дальность действия; мертвая зона; разрешающая способ­ность по дальности; разрешающая способность по направлению; точность измерения расстояний и направлений; скорость обзора пространства и др.

К техническим параметрам относятся: излучаемая мощность; частота акустических волн; длительность излучаемых импуль­сов; ширина характеристики направленности; частота следова­ния импульсов и др.

Максимальная дальность действия гидро­акустической аппаратуры. Основным параметром гид­ролокатора является максимальная дальность (.Отах), которая подразделяется на энергетическую и геометрическую. Апах оп­ределяется тем максимальным расстоянием от антенны до об­наруженного объекта, при котором полезный эхо-сигнал может €ыть выделен в регистрирующих приборах на фоне помех (ре­верберация, шумы моря и т. д.). Изученные свойства акустиче­ских волн и среды, где они распространяются, подтверждают их большое влияние на дальность действия приборов. Следует учи­тывать, что объекты, от которых отражаются акустические волны, могут иметь различные размеры, акустические свойства, структуру и т. д. Зависимость энергетической дальности от тех­нических характеристик аппаратуры и различных факторов ОП' ределяется уравнением гидролокации. В приближенном виде оно записывается так:

УИ—2ПР+ СЦ = УР + ПО,

где УИ — уровень излучения; ПР — потери при распространении; СЦ — ин­тенсивность эхо-сигнала в 1 м от объекта; УР — уровень реверберационной помехи после усиления приемником; ПО — порог обнаружения.

Прогнозируемая дальность действия гидролокатора является приближенной, усредненной величиной. Геометрическая даль­ность действия гидролокатора определяется формулой

о=1/~2с7оГ (У&Г+У~К») >

где С_с = (с₂—^1) (Й2—/г,) —градиент скорости звука.

29

В характеризует влияние на обнаружение объектов рефрак­ции, которая ограничивает возможности аппаратуры незави­симо от энергетической дальности (рис. 16).

Рис. 16. Геометрическая дальность гидролока­тора:

Н\ — глубина погружения ан­тенны; Ла —глубина косяка ^ Э — угол наклона антенны

Разрешающая способность по дальности. Разрешающей способностью по дальности называется то ми­нимальное расстояние между двумя объектами, находящимися

на линии одного акустиче-

~~^Ш^ШЦ^ -^Ц~ ИЦ^~ ского луча, при котором

раздельно

В

эти два объекта будут видны на регистрирующих приборах (рис. 17).

Рис. 17. Разрешающая способность по

дальности:

а — косяки видны слитно; б — косяки видны раздельно; А, Б, В, Г — косяки рыб

Разрешающая способ­ность по дальности зави­сит главным образом от длины / или длительности т импульса. Теоретически два объекта будут видны раздельно, если расстояние между ними будет больше ст/2, так как в этом случае это-сигнал от 2-го объекта приходит в приемное уст­ройство через некоторый промежуток времени после эхо-сигнала от 1-го объ­екта. На разрешающую способность также оказы­вают влияние рельеф дна, расположение рыбы в скоп­лении, угол направленно­сти, бортовая качка и дру­гие факторы, которые ее

увеличивают, т. е. в реальных условиях разрешающая способ­ность отличается от расчетной; в общем случае она равна (0,7—0,8) ст.

30

При низкой разрешающей способности затрудняется обна­ружение придонных рыб. Например, при т=1 мс реальная раз­решающая способность составляет 2—3 м, поэтому рыбные скопления возле дна будут записываться слитно с дном, если не применять специальных схем «Отсечка грунта».

Разрешающая способность по направлению. Ею называется тот минимальный угол между двумя объектами, находящимися на одном расстоянии от антенны судна, при ко­тором эти объекты можно различить на регистрирующих при­борах раздельно. Разрешающая способность зависит от ши­рины диаграммы направленности, при этом угловой размер объекта должен быть во много раз меньше ширины харак­теристики направленности (рис. 18). При а<р объекты сли­ваются.

Мертвая зона. Мертвой зоной называется минимальная дальность обнаружения объекта. Ее величина зависит от длины импульса' /, которая в свою очередь определяется длитель­ностью импульса т. Мертвая зона находится по формуле г_т!п= = ст/2, однако ее величина значительно больше, так как она зависит еще от времени переходных процессов при переходе с излучения на прием, характера сканирования и т. д. и при­мерно равна Гтш~0,9ст.

Точность определения расстояния и на­правлений. Точность определения расстоянии в гидролока­торах зависит в основном от инструментальных погрешностей, возможностей регистрирующих устройств и изменений скорости звуковых волн при различных условиях их распространения. Погрешность в измерениях может достигнуть 3—5 % дальности, которая является слишком большой при прицельном разноглу-бинном тралении. Для увеличения точности измерений приме­няются многоперьевые самописцы с кварцевыми генераторами, регистраторы со специальными стабилизаторами временных разверток и т. д.

В гидролокаторах вертикального действия, навигационных эхолотах погрешности возникают в результате изменения ско­рости распространения волн, наклона дна, качки и т. д. По­грешность в результате изменения скорости акустических волн определяется формулой 6_С = Я (с/с₀—1), погрешность из-за наклона дна 6_н = /г (зесу—1), где •у — угол наклона дна. По­грешность из-за базы между вибраторами определяется фор­мулой б_б = /1—1/^г/г^а+1/4/², где / — база.

Координаты промысловых объектов определяются по трем величинам: расстоянию, глубине залегания и направлению. Глубина погружения объекта при горизонтальном поиске при­ближенно определяется по формуле п — О&т$, где р — угол места (см. рис. 18).

Измерение направлений производится с помощью антенн, об­ладающих направленными свойствами. В рыболокации для

31

|

определения направлений на обнаруженный объект используется максимальный метод, когда направление определяется по мак­симальной величине эхо-сигнала при горизонтальной локации. При таком методе определяется направление на середину об­наруженного скопления рыб, а его границы — по минимуму эхо-сигнала. Для этого диаграмма направленности поворачивается в сторону от объекта, и в момент исчезновения эхо-сигнала оп­ределяется отсчет угловой координаты. В гидролокаторе «Сар­ган» для определения направления имеется две шкалы: ази­мутальная и шкала репитера гирокомпаса (рис. 19). Между шкалами помещается индекс-стрелка, насаженная на ось сель-

Рис. 18. Разрешающая способность по направ­лению:

а — косяки видны слитно; б — косяки видны раздель­но

сина-приемника, синхронно связанного с сельсином-датчиком поворотного устройства антенны. По азимутальному кругу сни­мается КУ, а по шкале репитера — ИП на обнаруженный объ­ект. Особенно удобно определять направления по индикатору с одновременным круговым или крупносекторным обзором.

Скорость обзора подводного пространства. Для успешного промысла необходим оперативный поиск рыбы в окружающем подводном пространстве. Поиск объектов про­мысла заключается в определении координат этих объектов. Поэтому в реальных условиях скорость обзора подводного про­странства— это не только перемещение диаграммы направлен­ности по горизонту с максимально возможной скоростью, но и оценка обнаруженных объектов.

Безусловно важным является возможно более быстрый об­зор всего объема воды, что достигается применением электрон­ного сканирования по горизонту.

При применении гидролокатора с одновременным обзором пространства отметки эхо-сигналов от объектов сохраняются определенное время на экране трубки, что позволяет, не из­меняя скорости, продолжать поиск, при этом за то же время 32

значительно возрастает объем просматриваемого подводного пространства. Для увеличения скорости обзора подводного про­странства применяют дискретный способ, заключающийся в том, что на малой скорости просматривается окружающий объем, после чего судно на максимальной скорости проходит расстояние, равное 1,5Апах (где О_т&* — дальность действия гид­ролокатора), затем вновь просматривается горизонт на малой скорости и т. д.

Нос

Излучаемая мощность. Она определяется величиной электрической мощности, подаваемой на излучающую антенну. Величина мощности ограничивается ка­витацией, т. е. образованием в приле­гающей к антенне жидкости пузырьков, заполненных газом. Кавитация возни­кает за счет местного понижения давле­ния в жидкости во время полупериода разрежения. В полупериод наибольшего сжатия давление увеличивается и кави-тационный пузырек «захлопывается», из­лучая при этом ударную волну. Кави­тация разрушает поверхность антенн.

Рис. 19. Определение направлений в гидроло­каторе «Сарган»

Частота акустических волн. Водная среда оказывает различное дей­ствие на акустические волны разных ча­стот. Так, например, при наличии в сло­ях воды значительного количества пу­зырьков с воздухом дальность действия гидролокаторов на частотах до 50 кГц

значительно уменьшается, а при увеличении частоты до 150— 200 кГц эти пузырьки практически не оказывают никакого вли-. яния на акустические волны. Однако при высоких частотах волн происходит значительное поглощение энергии. Так, напри­мер, коэффициент поглощения на частоте 40 кГц в 15 раз меньше коэффициента поглощения на частоте 400 кГц, поэтому применение той или иной частоты излучения зависит от назна­чения гидроакустической аппаратуры. Например, в навигацион­ных эхолотах применение частот ограничивается пределами от 15 до 100 кГц. В поисковой аппаратуре, траловых зондах ча­стоты могут быть увеличены до 200 кГц, а в лагах — до 1 мГц и более.

33

Длительность излучаемых импульсов. Она определяет мертвую зону и разрешающую способность по даль­ности. Чем больше длительность импульса, тем большее рас­стояние занимает импульс в пространстве и тем больше дол­жно быть расстояние между объектами, чтобы отраженные от них сигналы не сливались в один общий сигнал, а посту­пали на вход прибора раздельно. Длительность импульса также влияет на дальность и глубину обнаружения объектов.

Заказ № 1668

Для повышения разрешающей способности и сокращения мертвой зоны аппаратуры выбирается более короткий импульс. С уменьшением импульса с -соответствующим расширением по­лосы пропускания увеличивается пороговая мощность, прием­ного тракта, но уменьшается дальность действия'прибора. По мере повышения длительности излучаемых импульсов заметно возрастает четкость регистрации отдельных рыб и разрежен­ных скоплений на фоне помех. При длительности импульсов 2—3 мс эхо, например, от одиночных рыб фиксируется на эхо-грамме достаточно длинными штрихами и легко выделяется на фоне помех, при длительности 0,5—1 мс труднее выделять полезные сигналы при наличии значительных импульсных по­мех. В связи с этим в рыболокационной аппаратуре, особенно горизонтального действия, обычно предусматриваются импульсы посылки как короткой, так и большой длительности. В рыболо-каторах вертикального действия длительность зондирующих импульсов обычно находится в пределах от 0,5 до 3—5 мс. В аппаратуре горизонтально-вертикального действия диапазон изменения длительности более широк: обычно от 0,5—1 до 20;— 30 мс. В некоторых станциях для увеличения дистанции обна­ружения достаточно плотных скоплений применяются импульсы с длительностью до 100 мс.

Ширина характеристики н а пр а в ленно ст и. Она значительно влияет на некоторые параметры гидролокаторов и эхолотов. Узкие характеристики направленности обеспечи­вают концентрацию энергии в небольшой зоне, что позволяет увеличивать дальность действия при меньшей излучаемой мощ­ности. Узкие характеристики позволяют более надежно опреде­лять границы скопления рыб, обнаруживать промысловые объ­екты вблизи грунта или на свалах глубин, увеличивать разре­шающую способность по направлению, уменьшать влияние реверберации. В то же время они затрудняют определение глу­бины, поиск и удержание эхо-контакта с обнаруженными объ­ектами при волнении на море. Сужение диаграммы требует также увеличения линейных размеров вибраторов. На судах получили распространение, различные системы стабилизации, которые значительно уменьшают влияние качки. В гидроаку­стических приборах применяется несколько характеристик на­правленности. Ширина характеристики направленности выби­рается в зависимости от условий плавания и промысла.

Частота следования импульсов. Она влияет на скорость и надежность получения информации¹ об объектах. С повышением частоты посылок эта информация становится бо­лее полной, что позволяет без ошибок расшифровывать записи, более точно определять параметры обнаруженных объектов промысла, определять структуру и рельеф дна, уменьшать влия­ние помех. В приборах частота посылок меняется в зависимо­сти от диапазона измерений.

34

Приемные устройства гидроакустической аппаратуры харак­теризуются коэффициентом усиления, полосой пропускания ча­стот, чувствительностью приемника и др.