Моделирование работы параметрических антенн в условиях статистически неоднородной водной экосистемы

7. Л. Бьёрнё. Неоднородности и нестабильность распространения звука под водой. В кн.:Подводная акустика и обработка сигналов, под ред. Бьёрнё, пер. с англ., М., Мир, 1985.

8. Бабий В.И. Мелкомасштабная структура поля скорости звука в океане. Л., Гидрометеоиздат, 1983.

9. Матвиенко В.Н., Тарасюк Ю.Ф. Дальность действия гидроакустических средств. Л., Судостроение, 1981.

10. Борисов С.А. Оценка уровней сигналов, отраженных слоем скачка скорости звука при вертикальном зондировании параметрическим источником. В настоящ. сборн. трудов.

МОДЕЛИРОВАНИЕ РАБОТЫ ПАРАМЕТРИЧЕСКИХ АНТЕНН В УСЛОВИЯХ СТАТИСТИЧЕСКИ НЕОДНОРОДНОЙ ВОДНОЙ ЭКОСИСТЕМЫ

И.Б. Старченко

The scheme anti operator model of parametric hydTolocation were constructed. On transition from operator description to probable model one may use different models of hydroacoustical signals: canonical and parametric - for the case of inhomogeneous medium of propagation; additive-multiplicative - in conditions of wave-scattering and moving of locating objects; complex form - for overall analysis.

Рассмотрение работы параметрических антенн в составе гидроакустического комплекса для целей дистанционного зондирования водной среды необходимо проводить с учетом вероятностных характеристик гидроакустических сигналов. В этом случае особую важность приобретает моделирование процессов распространения звука, т.к. проведение экспериментов в натурных условиях не всегда возможно и имеет определенные ограничения [I]. Водная экосистема представляет собой сложную среду, характеризующуюся совокупностью параметров, которые зачастую имеют не детерминированный, а постоянно изменяющийся характер. Поэтому вероятностный подход к оценке характеристик антенн, которые напрямую зависят от свойств среды распространения звука, в данном случае оправдан и является единственно правильным.

Гидролокациоиная система представляет собой совокупность средств гидролокации и среды распространения звука. В линейном случае среда учитывается искажениями, вносимыми в сигнал, реверберационной помехой и др. [2]. В случае параметрической гидролокации на среду накладывается дополнительная важная функция формирования самой параметрической антен-

133

ны. Схему параметрической гидролокации можно изобразить в виде, изображенном на рис. 1.

Здесь с/1. р)-Ас,(і) - сигнал, излученный в среду; И - оператор излучателя; с,- электрический сигнал, подаваемый на гидроакустический преобразователь; р—р(х, у, 2) - переменная плотность.

Пусть ?А - оператор, учитывающий нелинейное взаимодействие. Тогда ?А ~[Сі

- модель двухчастотного взаимодействия; с_(ир) - сигнал разностной частоты.

Рис. 1

С учетом искажений сигналов по пути распространения пл[М.1 с 1 (!, р) МтС? * (1, р)] р) =с^'(г, р),

где М}, М?. М - операторы, учитывающие искажение сигналов по пути распространения.

Объект локации вызывает отражение и рассеяние сигнала с__м(1,р), так что эхо-сигнал з"!((,р) вблизи объекта

/и'(гр)=Тс_м(1,р). где Т- оператор свойств объекта.

Принимаемый сигнал &_(1,р) с учетом искажений по мере обратного распространения будет определяться как

5^,р)=М'Уа(1,р)^М1Тс_К1(1,р)=М’_ГМ_с_(1,р).

134

Для упрощения можно в ряде случаев считать, что М'_=Л/_. Однако для дальней локации необходимо учитывать пространственно-временную изменчивость среды. Поэтому в общем случае М'_*М_.

В вышеописанном примере рассматривается случай, когда объект располагается в дальней зоне, т.е. лоцирование осуществляется сигналом разностной частоты.

Схема значительно усложняется, когда объект локации располагается в ближней зоне, т.е. эхо-сигнал складывается из суммы отраженных первичных сигналов, отраженного сигнала разностной частоты и результата взаимодействия отраженных первичных сигналов (рис. 2).

Рис. 2

При локации в ближней зоне на объект Т попадают сигналы как разностной с_м((,р), так и исходных частот С]М(1,р) и с2м(/,р), которые можно записать как

с,м(1,р)=М,с,(г,р);

с2м(1,р)=М2с2(1,р).

Вблизи объекта Т после отражения и рассеяния будет существовать набор сигналов: эхо-сигнал разностной частоты з_м(1,р) и эхо-сигналы частот накачки, которые определятся как

51мт(1,р)=Тс1м0,р);

Лй)=7' с2м(ир).

Сигналы частот накачки х/и1С1.р) из^О.р), взаимодействуя друг с другом, образуют сигнал разностной частоты $_'(1,р). С учетом искажений сигналов М/ и М/, а также оператора нелинейного взаимодействия РА, можно последовательно записать

5,(1.р)=м, /51Ш«.Р)= М, Тс,м(1.р)=М> 7М,С,0,Р);

5}(1,р) =М? 'з2мт((,р) =М2 ТС2м(1,р) ТМ&Ж.р);

*_'0,р)=Рл[*/(1.р) $ 2(1,р)]=РА[М, ТМ,с,0.р) М2ТМ2с2(1р)]^М_М с_(1,р)=

=Г’ М_'с_м(I,,р),

где 5/0,р) и 52(г,р) - эхо-сигналы исходных частот с учетом искажений;

5 '(1,р) - результат взаимодействия сигналов х/(1,р) и з2(1,р).

Суммарный сигнал разностной частоты на приемнике П_ определится

как

$^,р) =5_(7,р) +$_%р)=ТМ'_с_м«,р) + Т2 М_ 'с_м(1,р)=ТМ'_с_м(1,р)[7+37=

=х_0,р)[1+Т]

При переходе от операторного описания к вероятностной модели можно использовать различные модели гидроакустических сигналов: каноническую и параметрическую - для случая неоднородной среды распространения; аддитивно-мультипликативную - в условиях рассеяния волн и движения объектов локации; комплексное представление - для всестороннего анализа.

ЛИТЕРАТУРА

1. Новиков Б.К, Тимошенко В.И. Параметрические антенны в гидролокации. Л.: Судостроение. -1990. -256 с.

2. Ольшевский В.В. Статистические методы в гидролокации. Л.: Судостроение.-1973.-184 с.

136