СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ СОСТАВЛЯЮЩИХ СУММАРНОЙ ПОМЕХИ РАБОТЕ ПАССИВНОЙ ГИДРОАКУСТИЧЕСКОЙ СТАНЦИИ
METHOD OF MEASURING COMPONENTS OF TOTAL INTERFERENCE TO WORK OF PASSIVE HYDROACOUSTIC STATION

Изобретение относится к гидроакустике и может быть использовано для определения составляющих суммарной помехи, воздействующей на гидроакустическую станцию (ГАС), с целью выяснения вклада каждой из составляющих и возможного их уменьшения.
Способ предлагается использовать в ходе подготовки и проведения швартовных испытаний корабля-носителя ГАС.
Помехи, воздействующие на станцию, складываются из следующих составляющих (см. Р. Дж. Урик «Основы гидроакустики», 1978 г., стр. 373):
- шумовой составляющей помехи, излучаемой механизмами корабля-носителя ГАС и воздействующей на антенну ГАС через воду непосредственно или после отражения от дна моря;
- вибрационной составляющей помехи, вызванной вибрацией стенок обтекателя;
- структурной составляющей помехи, вызванной вибрацией элементов крепления антенны;
- электрической составляющей помехи, вызванной шумами предварительных усилителей, подключенных к элементам антенны.
Для каждой из составляющих характерен свой путь проникновения в ГАС. Только после того, как определены вклады каждой из составляющих и, тем самым, определены основные пути проникновения помех в ГАС, можно переходить к следующему этапу - выявлению наиболее шумящих механизмов и решать вопрос о способе уменьшения помех: либо путем подавления их в источнике, либо перекрывая пути проникновения. Поэтому разделение суммарной помехи на составляющие является первой и важнейшей задачей в борьбе с корабельными помехами.
Известен энергетический способ определения составляющих суммарной помехи, основанный на выявлении различий в интенсивности помехи при поочередном включении и выключении механизмов [В.М. Болгов, Д.Д. Плахов, В.Е. Яковлев. Акустические шумы и помехи на судах. - Л.: Судостроение, 1984. - с. 176]. Недостатком этого способа является невозможность определить составляющие суммарной помехи: шумовую, вибрационную, структурную, электрическую.
Известен спектральный способ определения составляющих суммарной помехи, при котором по несущей и огибающей энергетического спектра помехи определяют отличительные признаки спектров источников помех при работающих и отключенных механизмах [А.П. Евтютов и др. Справочник по гидроакустике. - Л.: Судостроение, 1988. -с. 199]. Недостатком спектрального способа является невозможность определить составляющие помехи: шумовую, вибрационную, структурную, электрическую.
Известен корреляционный способ, который позволяет измерить "бегущую" составляющую спектра суммарной помехи, создаваемую удаленными и близко расположенными источниками помех [А.П. Евтютов и др. Справочник по гидроакустике. -Л.: Судостроение, 1988. - с. 199]. Этот способ также не позволяет различить помехи по способу их распространения, т.е. не позволяет выделить составляющие помехи: шумовую, вибрационную, структурную, электрическую.
Однако наиболее полным и близким к предлагаемому по количеству общих признаков является способ определения составляющих помех, подразумевающий конкретную реализацию измерений, изложенный в патенте РФ №2256886 на «Способ измерения составляющих суммарной помехи работе гидроакустической системы на швартовных испытаниях судна», авторами которого являются Шейнман Л.Е. и Гулиянц Р.Ц. Этот способ принят нами за прототип. Суть способа прототипа состоит в следующем:
- от приемного тракта отключается антенна и вместо нее подключаются эквиваленты антенны. На выходе приемного тракта ГАС измеряется энергетический спектр помех. Этот спектр является вкладом электрических помех в суммарную помеху;
- на апертуру антенны устанавливается звукопоглощающий акустический экран и измеряется выходной спектр. Из выходного спектра вычитается спектр электрических помех, в результате получаем спектр структурных помех;
- акустический экран переносится на звукопрозрачную часть обтекателя акустической антенны ГАС. Из выходного спектра вычитаются спектры электрической и структурной помех, в результате получаем спектр вибрационных помех;
- в штатной работе ГАС (в отсутствие экранов) измеряется выходной спектр, из которого вычитаются спектры электрической, структурной и вибрационной помех. В результате получаем энергетический спектр шумовой помехи.
Уровень каждой из составляющих помехи может быть приведен к стандартным условиям (к спектральной плотности помех в полосе 1 Гц на частоте 1 кГц при ненаправленном приеме) по методике, изложенной в книге А.П. Евтюнов и др. «Справочник по гидроакустике», стр. 196).
Недостатком изложенного способа измерения составляющих суммарной помехи является необходимость установки экранов, что достаточно сложно, а при больших размерах антенны просто невозможно.
Задачей изобретения является упрощение способа (не требуются специальные приспособления, индивидуальные для каждого проекта корабля), создание универсального способа, пригодного для кораблей разных проектов. Конечной целью изобретения является повышение эффективности использования ГАС.
Технический результат изобретения заключается в упрощении способа, снижении затрат на его осуществление и распространение его на любые типы антенн, что особенно важно при использовании крупногабаритных антенн.
Для достижения указанного технического результата в способ измерения составляющих суммарной помехи работе приемной гидроакустической системы, выполненной в виде последовательно соединенных гидроакустической антенны, размещенной в корабельном обтекателе, и приемного тракта, содержащий определение энергетического спектра суммарной помехи на выходе приемной гидроакустической системы, определение энергетического спектра электрической составляющей помехи на выходе приемного тракта после замены гидроакустической антенны ее электрическим эквивалентом, определение энергетического спектра гидроакустической составляющей помехи в виде разности энергетических спектров суммарной помехи и электрической составляющей помехи, определение вибрационной, структурной и шумовой помехи и приведение уровней помех к стандартным условиям, введены новые признаки, а именно откачивают воду из обтекателя, энергетический спектр структурной составляющей помехи измеряют как разность энергетического спектра помехи, полученного после откачки воды из обтекателя, и энергетического спектра электрической составляющей помехи, заполняют обтекатель водой и устанавливают корабль в док, измеряют полученный энергетический спектр помех, и энергетический спектр вибрационной составляющей помехи определяют как результат вычитания из энергетического спектра помехи, определенной при нахождении судна в доке при заполненном обтекателе, энергетического спектра структурной составляющей помехи и энергетического спектра электрической составляющей помехи, а энергетический спектр шумовой составляющей помехи определяют как разность энергетических спектров суммарной помехи и суммы энергетических спектров структурной, вибрационной и электрической составляющих помехи.
В отличие от прототипа предлагается вместо установки звукопоглощающего экрана на антенну производить откачку воды из обтекателя антенны при нахождении корабля на плаву на стопе (для измерения структурной помехи), а вместо установки экрана на обтекатель антенны производить измерение помех при нахождении корабля в доке (в период подготовки к швартовным испытаниям) при заполненном водой обтекателе (для измерения вибрационной помехи).
Это предельно упрощает процедуру определения составляющих помехи, поскольку используются штатные средства корабля и ГАС.
Предложенный способ реализуется следующим образом:
в ГАС программным способом с использованием цифрового вычислительного комплекса (ЦВК), входящего в приемный тракт, с использованием процедуры быстрого преобразования Фурье (БПФ) производится измерение энергетических спектров. Спектры индицируются на экране монитора и считываются с него оператором (выводятся на цифропечать). Измерение спектров составляющих помех имеет следующую последовательность операций:
- от приемного тракта отключают гидроакустическую антенну и подключают к его выходу ее электриеский эквивалент;
эл
- измеряют G - энергетический спектр электрической составляющей помехи (при отключенной гидроакустической антенне и подключенном ее эквиваленте);
- при нахождении корабля в море на стопе осушают обтекатель;
ос обт
эл
стр
- измеряют G - энергетический спектр суммы электрической G и структурной G составляющих помех, измеренный при осушенном обтекателе:
- ставят корабль в док с заполненным обтекателем;
док
эл
стр
вибр
- измеряют G - энергетический спектр суммы электрической G, структурной G и вибрационной G составляющих помех, измеренный при нахождении корабля в доке при заполненном обтекателе:
- при заполненном обтекателе производят измерение суммарной помехи на корабле, находящемся в море на стопе:
∑
эл
стр
вибр
ш
∑
эл
стр
вибр
ш
измеряют G - энергетический спектр суммарной (электрической G, структурной G, вибрационной G и шумовой G) составляющей помехи, измеренный при нахождении корабля в море на стопе при заполненном обтекателе: G=G+G+G+G.
ос
обт
док
∑
После измерения спектров GG, О, G производится вычисление спектров структурной, вибрационной и шумовой помех:
По полученным спектрам рассчитываются значения приведенных помех. Измерения в доке могут производиться одновременно с другими корабельными работами в доке (ремонтом забортных устройств, покраской корпуса и т.д.) и не требуют монтажных работ. Это делает способ технологически простым и легко осуществимым при любых формах и размерах корабельных антенн.
В реальных условиях при размещении гидроакустической антенны ГАС в бульбовом стеклопластиковом обтекателе надводного корабля были получены следующие результаты:
эл
-4
- приведенное значение электрической составляющей помехи Р=3⋅10 Па/√Гц;
стр
-3
- приведенное значение структурной составляющей помехи Р=2,7⋅10 Па/√Гц.
В связи с тем, что предлагаемый способ определения составляющих суммарной помехи был сформулирован после того, как все доковые работы были закончены, не удалось произвести измерение помех в доке с заполненным водой обтекателем и тем самым выделить вибрационную составляющую. По экспертным оценкам вибрационная составляющая помехи при использовании стеклопластикового обтекателя не оказывает влияния на значение суммарной помехи.
∑
-2
Приведенное значение суммарной помехи составило Р=2,2⋅10 Па/√Гц. Из чего можно сделать вывод, что наибольший вклад в уровень суммарной помехи сделан шумовой составляющей. Планируются мероприятия по ее снижению.