1.Расчет энергетической дальности действия гидролокатора

1. Уравнение гидролокации

Для расчета энергетической дальности действия используется уравнение гидролокации в логарифмической форме, обеспечивающее наиболее удобные и экономичные расчеты, которые позволяют избежать вычислительных ошибок. При этом следует учитывать, что в современной гидроакустике основные физические величины приводятся в относительных единицах децибелах, являющихся производными от логарифмов тех же гидрофизических понятий.

Как известно, основное уравнение гидролокации в логарифмической форме имеет вид:

DL = SL - 2TL + ТS - NL, (1.1),

где DL -уровень обнаружения сигнала (Detektion Level),дБ ;

SL-уровень источника (Source Level),дБ ;

TL- потери на распространение (Transmission Loss),дБ ;

TS-сила цели (Target Strength),дБ ;

NL-уровень шумовой помехи (Noise Level),дБ.

Основные элементы уравнения (1.1) определяются по выражениям, приведенным ниже.

1.2. Уровенъ источника излучения.

Уровень источника акустического излучения можно определить из выражения

SL=10*lg W+DI + 170,9,дB/мкПa,

где W -акустическая мощность источника, Вт;

DI-индекс направленности, дБ. Значение индекса направленности гидроакустической антенны определяется ее физическими размерами и длинной акустической волны излучаемой ею и определяется выражением:

DI=10 lg S - 20 lg 1+10,99 ,

где S - площадь антенны, кв.м ; 1-длина звуковой волны, м.

1.3. Расчет силы цели

Отражательная способность промысловых объектов характеризуется логарифмически выраженным уровнем эхосигнала- силой цели. Значение силы цели в децибелах вычисляется из выражения -

TS= 10 lg(Io/In ) ,

где 1о и In - соответственно интенсивности отраженного и падающего сигналов, измеренные на расстоянии 1 метра от объекта эхолокации. Так как отраженная интенсивность эхосигнала существенным образом зависит от свойств объекта (его размеров, формы, плотности, шероховатости и т. п.), то для рыбных объектов получены эмпирические выражения для расчетов силы цели. Наиболее используемым является выражение величины силы цели для одиночного промыслового объекта приве­денное в источнике [3.стр.292], для различных пород рыб. Усердное значение силы цели - для одиночной рыбы с размерами, находящимися в' интервале

0,7<L/ 1 <90,имеет вид :

TS = lg L- 0,9 lg. F -62 ,

где J.- длина рыбы, см;

F - частота сигнала, кГц.

Если известны плотность скопления промысловых объектов s (к) и, озвученный акустическим сигналом объем V(l) или объем косяка V (2), то можно вычислить количество одиночных рыб N. Общая сила цели косяка в этом случае будет рассчитываться как:

TS = 19 lgL-0,9 lgF+10 lgN-62.

Это же выражение для известных s (к) и V (1); или V(2) будет иметь вид :

TS = 19 IgL -0,9 lgF +10 lgV+10 lg S(k) - 62.

4. Расчет уровня шумовой помехи

Величина интенсивной шумовой помехи 1ш, воспринимаемая гидроакустической аппаратурой, зависит от ряда причин [1,с.18], Для анализа влияния шумовой помехи на работоспособность гидроакустической системы необходимо оценить шумы основных источников. К наиболее существенным следует отнести два вида шумов - гидродинамические шумы, обусловленные движением судна и шумы, обусловленные гидрометеорологическими факторами (ветер, волнение) - так называемые шумы моря. Гидродинамические шумы, обусловленные обтеканием наружной обшивки судна водой и вращением гребных винтов, создают помехи в работе гидроакустических приборов. Этот вид шумов особенно возрастает в диапазоне скоростей, превышающих 10 узлов. Достаточно подробный анализ причин и функциональные зависимости уровней шума изложен в [1, с.47-92], [9, с. 118-132], [10, с.342-392], [2, с.68-70]. В общем случае, можно оценить уровень шумовой помехи, создаваемой движением судна, по эмпирическому выражению, аппроксимирующему ряд экспе­риментальных данных, которое приведено в [110, с.363]. В данное выражение входит расстояние от судна, на котором производится измерение шума. Принимая во внимание, что для гидролокаторов эта дистанция равна примерно 1 м, можно преобразовать данное выражение для учета уровня помех, создаваемого промысловым судном [9,с.120] ,в результате получим выражение:

NL = 30 lg V + 9 lg W - 20 lg F + 23.46 ,

где NL - уровень шумовой помехи, дБ

V -скорость судна, уз;

W -водоизмещение судна, т;

F - частота работы гидроакустического прибора, кГц.

Так судно водоизмещением 2500 т при скорости 10 уз создаёт на частоте 19,7 кГц уровень шума –

NL = 30 lg *10 + 9 lg (2500) - 20 lg (19.7) + 23.46 = 61.16

Следует учесть, что выражение для оценки NL достаточно общее. Кроме того, по различным курсовым углам излучения и приема гидроакустических приборов уровень шумовой помехи будет различным. Наибольший уровень шума наблюдается с кормовых курсовых углов. Необходимо помнить, что для каждого типа судна круговая диаграмма распределения шумовой помехи индивидуальна. Вместе с тем для ряда аналогичных проектов судов шумовое поле имеет одинаковое распределение. В заданиях на курсовую работу приведены диаграммы типовых распределений уровней шума по курсовым углам, которые позволяют определить значение шумовой помехи NL в функции и от курсового угла. В случае уровень шумовой помехи от движения судна возрастает на DNL [1, с.88],[9, с. 120].

Кроме шумовой помехи, обусловленной движением судна, необходимо учитывать влияния гидродинамических помех создаваемых шумами моря. Для оценки уровня шумовых помех следует проанализировать причины, порождающие гидродинамические шумы моря[1, с.71],[10, с. 211].В основном значение шумовой помехи NLм зависит от состояния моря и скорости ветра и определяется графическими данными [10, с. 220].Количественную оценку шумовой помехи моря можно также получить, используя эмпирическую формулу акустического давления, приведенную в пособии [9, с. 115]. Преобразуя это выражение, в логарифмическую форму, получаем зависимость, позволяющую вычислить ветровой шум моря:

NLм = 65,1 + 30 lg Vв – 50.4 lg F,

где Vв - скорость ветра м/с;

F – рабочая частота гидроакустической станции, кГц.

Например: при Vв = 10 м/с и F= 19.7 Кгц NLм = 49.85 дБ, общая величина шумовой помехи представляет собой сумму рассмотренных помех

NLs = NL + lg ( )