12. Моделирование характеристики направленности антенны гбо

Гидроакустические антенны, используемые в ГБО, в большинстве случаев имеют плоскую прямоугольную апертуру. Пространственная характеристика направленности (ХН) таких антенн по давлению в сферической системе координатах (активная поверхность антенны совпадает с плоскостью ) представляется в виде следующего выражения /2, 21/

, (52)

где - размер апертуры антенны по оси ;

- размер апертуры антенны по оси ;

- угол места (угол между осью и направлением на точку наблюдения);

- азимутальный угол (угол между осью и проекцией радиус-вектора на плоскость ).

При моделировании составляющих результирующего эхосигнала в ГБО более удобно пользоваться плоскостными ХН, представляющими собой сечения пространственной ХН в вертикальной и горизонтальной плоскостях. Для плоскостных ХН выражение (52) значительно упрощается и принимает следующий вид /18, 21/

, (53)

где - размер апертуры антенны в плоскости, совпадающей с рассматриваемой плоскостной ХН.

Следует отметить, что выражения (52) и (53) соответствуют зоне Фраунгофера, называемой дальней зоной.

При используемых в ГБО узких в горизонтальной плоскости ХН даже в высокочастотных ГБО дальняя зона начинается с дистанций в несколько метров. Так для комплекса ПЭВ-К, если воспользоваться приведенным в /18/ критерием (где - максимальный размер апертуры), граница дальней зоны начинается с дистанции приблизительно 6 м. В работе /22/ было показано, что в ближней зоне в основном лепестке ХН появляются флуктуации уровня. Однако, так как размеры объектов лоцирования в высокочастотных ГБО сравнимы или даже превышают на таких дистанциях линейные размеры сечения ХН в горизонтальной плоскости, этими флуктуациями можно пренебречь. По этим же причинам ХН антенны тракта ГБО комплекса ПЭВ-К в горизонтальной плоскости можно аппроксимировать идеальной ХН с одним главным лепестком с плоской вершиной. Ширина главного лепестка на уровне минус 3 дБ может быть определена из следующего выражения /21/

. (54)

Так как в ГБО используются антенны с широкой ХН в вертикальной плоскости и подводные объекты могут регистрироваться и за пределами традиционного уровня в минус 3 дБ, то для подстановки в выражения, используемые для расчета составляющих результирующего сигнала, следует использовать величины, рассчитываемые в соответствии с выражением (53).

13. Формирование акустических теней

Так как наличие и расположение гидроакустических теней на сонограммах ГБО является важным классификационным признаком, следует уделить особенное внимание вопросу моделирования эффекта экранирования. Эффект экранирования проявляется в следующих явлениях:

а) наличии гидроакустических теней, связанных с неровностью дна. Этот эффект учитывается автоматически алгоритмом формирования парциальных лучей, описанным в пункте 6.

б) наличии гидроакустических теней от объектов расположенных на дне (камней и трубопроводов).

в) наличии гидроакустических теней от объектов, расположенных над донной поверхностью (рыб).

г) полном или частичном экранировании одного объекта другим (экранирование рыбой рыбы, рыбой камня, рыбой трубопровода).

Для каждого из этих случаев, задача моделирования сводится к отысканию коэффициента (см. 2). Ширина ХН в горизонтальной плоскости составляет 1,5⁰ или 3⁰. Поэтому считать облучаемые объекты однородными вдоль горизонтальной плоскости в пределах ширины ХН нельзя. Нахождение требуемого коэффициента в этом случае является сложной и ресурсоемкой задачей. Поэтому более применимым является другой подход: каждый парциальный луч разбивается на подлучей в горизонтальной плоскости таким образом, чтобы можно было считать все объекты однородными вдоль продольной оси в пределах каждого подлуча. Представим в следующем виде:

, (55)

где - коэффициент найденный для каждого подлуча.

Учитывая однородность объектов в продольном направлении, выражение для будет иметь вид:

, (56)

где - угловой размер подлуча в вертикальной плоскости, - угловой размер в сечения экранирующего объекта в вертикальной плоскости. В случае, когда происходит экранирование несколькими объектами, в качестве надо брать объединение угловых размеров всех экранирующих объектов.

13.1 Акустические тени от камней

Для моделирования этого явления необходимо:

- сформировать парциальные лучи для донной поверхности в соответствии с п.6.;

- определить угол на основание камня и угол на последнюю видимую точку камня ;

- определить индекс первого порционного луча , который заканчивается дальше (по углу) чем ;

- определить индекс порционного луча , в который попадает угол . Для него

,

где - конечный угол парциального луча;

- если > , то для всех порционных лучей с индексами [ , ) положить .

13.2 Акустические тени от трубопроводов

Моделирование данного явления осуществляется аналогично п.13.1.

13.3 Акустические тени от рыб

Моделирование данного эффекта должно производиться после моделирования эффектов 13.1 и 13.2. Нахождение для каждого подлуча выполняется следующим образом:

- определяются все рыбы, пересекаемые подлучом;

- для каждой рыбы вычисляется угол на ее нижнюю точку и угловой размер ;

- находится параметр как пересечение угловых секторов, найденных на предыдущем шаге;

- вычисляется по формуле 56.

13.4 Экранирование объектов

Моделирования эффекта экранирования также сводится к расчету коэффициента .Для этого:

- находятся объекты попадающий в парциальный сектор;

- найденные объекты сортируются в порядке возрастания дальности до антенны;

- массив инициализируется единицами;

- последовательно перебираются все объекты, для каждого из которых выполняются следующие операции:

а) определяется подмножество подлучей, в которые попадает объект;

б) Вычисляется как сумма соответствующих деленная на количество подлучей;

в) перевычисляется массив в соответствии с пунктом 13.3 для всех предыдущих и текущего объекта.