СПОСОБ ОБНАРУЖЕНИЯ ПОДВОДНЫХ ОБЪЕКТОВ
METHOD OF DETECTING UNDERWATER OBJECTS

Изобретение относится к области звуколокации и радиолокации и может быть использовано для решения прикладных задач, в частности для обнаружения косяков рыб, рифов и других подводных объектов.
Область техники
Известен, [1], метод смещения (искажения) интерференционного минимума, образующегося при сложении опорного и исследуемого сигналов. Предварительно, при помощи фазовращателя и аттенюатора сигналы в двух каналах складываются в противофазе, так что образуется минимум или нуль интерференционной картины, который обычно наблюдают с помощью измерительной линии.
Когда в одно из плеч вносится неоднородность (исследуемый объект), то положение минимума (нуля) смещается на определенную величину и, таким образом, можно определить параметры неоднородности: ее электрическую длину и комплексный коэффициент передачи. Благодаря тому, что этот метод является разностным, он характеризуется очень высокой чувствительностью, таким способом можно наблюдать очень слабые искажения в исследуемом сигнале. Однако электромагнитные волны быстро затухают в воде и практически не применимы для обнаружения подводных объектов.
Известен способ обнаружения подводных объектов с помощью звуковых волн, называемый гидролокация, [2], стр.120. В этом способе излученный источником звуковой сигнал отражается от объекта и регистрируется приемником, например, в перерывах между излученными импульсами. По известной скорости распространения звуковой волны в воде и по времени прихода отраженного сигнала, можно определить наличие подводного объекта и расстояние до него. Этот способ обнаружения подводных объектов может быть выбран за прототип.
Недостатки прототипа
Однако такой способ определения подводных объектов имеет малую дальность обнаружения, это связано с его низкой чувствительностью.
2
Физическая величина, характеризующая звук, - это его интенсивность I, она измеряется в единицах: Вт/м. Для плоской синусоидальной волны имеем:
<mrow><mi>I</mi><mo>=</mo><msup><mi>p</mi><mn>2</mn></msup><mo>/</mo><mn>2</mn><mi>ρ</mi><mi>c</mi><mo>,</mo><mtext>                                                                                     </mtext><mrow><mo>(</mo><mtext>1</mtext><mo>)</mo></mrow></mrow>
3
3
где p - амплитуда звукового давления, ρ - плотность среды, с - скорость звука в среде. Для морской воды имеем: ρ=10 кг/м, c=1.5 км/с.
5
2
Обычные излучатели имеют интенсивность, [2], стр.119, порядка 10 Вт/м и звуковое давление, согласно формуле (1) равно:
<mrow><msub><mi>p</mi><mn>1</mn></msub><mo>=</mo><msup><mrow><mrow><mo>(</mo><mrow><mi>I</mi><mo>*</mo><mn>2</mn><mi>ρ</mi><mi>c</mi></mrow><mo>)</mo></mrow></mrow><mrow><mn>1</mn><mo>/</mo><mn>2</mn></mrow></msup><mo>=</mo><mn>5</mn><mo>*</mo><msup><mrow><mn>10</mn></mrow><mn>5</mn></msup><mtext> Па</mtext><mtext>.                                                          </mtext><mrow><mo>(</mo><mtext>2</mtext><mo>)</mo></mrow></mrow>
4
звука
2
Пусть излучатель имеет радиус 1 м, волна от излучателя идет сферическая, давление в ней ослабевает как 1/r, на расстоянии в 30 км звуковое давление в волне уменьшится в 3*10 раз. Для частоты звуковой волны f= 10 кГц давление еще уменьшится в 10 раз за счет затухания, [3], так, что интенсивность падающей на объект волне составит примерно р=1.7 Па.
отр
3
4
-2
-2
4
-8
При коэффициенте отражения звуковой волны от объекта к=10давление в отраженной волне составит: р=1.7*10 Па. После возвращения в исходную точку давление в звуковой волне упадет еще в 3*10 раз и с учетом затухания составит: р=5*10 Па, что невозможно детектировать.
-4
4
Чувствительность лучших гидрофонов, [4], составляет величину порядка 10 В/Па так, что давления порядка р для них недоступны.
-5
-3
4
0
Минимальное звуковое давление, воспринимаемое нормальными людьми в возрасте от 18 до 25 лет, составляет величину порядка, [5], 10 Па. Электроакустические преобразователи (гидрофоны) пока еще не достигли чувствительности людей. Видно, что давление р много меньше, чем p≈10 Па, - минимальное давление в звуковой волне, которое может быть зарегистрировано техникой, этим, собственно и ограничивается чувствительность метода.
Техническая задача, которую решает данный способ, состоит в устранении этого недостатка, то есть в повышении чувствительности способа, а именно в увеличении дальности обнаружения подводных объектов.
Сущность настоящего изобретения заключается в том, что отраженную звуковую волну регистрируют, облучая поверхность воды радиоволнами, получаемыми от генераторов, расположенных на одной группе самолетов, а детектируют отраженные от поверхности воды радиоволны приемниками, расположенными на другой группе самолетов, на Допплеровски сдвинутой частоте, при этом по радиоволнам, отраженным от поверхности воды, определяют координаты подводного объекта.
Связь отличительных признаков с положительным эффектом
Распространяться звуковые волны в воде могут на достаточно большие расстояния, [3], причем, чем ниже частота звука, тем дальше он распространяется. Ослабление давления в звуковой волне в данном случае определяется как затуханием, так и тем, что волна, распространяясь, «захватывает» все большее пространство.
звук
звук
звук
звук
1
<mi>Λ</mi>
Пусть в океане находится корабль, который излучает звуковую волну, с частотой f, создавая тем самым вокруг себя некоторое звуковое поле. Для определенности пусть частота звука равна: f=10 кГц, так что длина звуковой волны при этом равна: =с/f=15 см. Пусть подводный объект цилиндрической формы находится примерно на глубине h=400 м от поверхности.
<mi>Λ</mi>
звук
Рассеяние плоской звуковой волны на цилиндре хорошо известно, [6]. Наиболее эффективно рассеяние, когда длина волны звука  примерно равна периметру цилиндра. В этом случае интенсивность рассеянной волны примерно в 2 раза меньше падающей, полярные диаграммы рассеяния приведены в [6]. Для коротких, по сравнению с периметром объекта, длин волн, в обратную полусферу также рассеивается достаточно большая часть мощности падающей волны, [6].
Давление звуковой волны будет создавать, за счет сжимаемости воды, периодические изменения плотности и, в конечном итоге, периодические изменения относительной диэлектрической проницаемости ε.
Осуществление изобретения. Работа комплекса аппаратуры
На Фиг.1 приведена схема комплекса аппаратуры. Находящийся в океане корабль 1, с помощью специального излучателя 2, генерирует звуковые волны 3. Рассеиваясь на подводном объекте 4, волны трансформируются в цилиндрические 5. Эти звуковые волны образуют дифракционную решетку 6. Самолеты 7, на которых находятся излучатели электромагнитных волн, облучают различные участки поверхности воды радиоволнами 8. Радиоволны 9, рассеянные на решетке, созданной звуковой волной, регистрируются приемной аппаратурой, расположенной на другой группе самолетов 10.
1. Отражение радиоволн от поверхности воды
Формулы Френеля, [2], стр.833, связывают коэффициент отражения электромагнитной волны по мощности с параметрами среды. Для нормального падения имеем, [2],
<mrow><msub><mi>r</mi><mrow><mi>о</mi><mi>т</mi><mi>р</mi></mrow></msub><mo>=</mo><msup><mrow><mrow><mo>(</mo><mrow><msub><mi>n</mi><mn>2</mn></msub><mo>−</mo><msub><mi>n</mi><mn>1</mn></msub></mrow><mo>)</mo></mrow></mrow><mn>2</mn></msup><mo>/</mo><msup><mrow><mrow><mo>(</mo><mrow><msub><mi>n</mi><mn>2</mn></msub><mo>+</mo><msub><mi>n</mi><mn>1</mn></msub></mrow><mo>)</mo></mrow></mrow><mn>2</mn></msup><mo>,</mo><mtext>                                                            </mtext><mrow><mo>(</mo><mtext>3</mtext><mo>)</mo></mrow></mrow>
1
2
1
2
где n - показатель преломления первой среды, n - показатель преломления второй среды. В нашем случае n=1 - воздух, n=10 - вода, [7].
Подставляя цифры в формулу (3), найдем, что из-за разности показателей преломления воздуха и воды, для случая нормального падения только 1/3 часть падающей из воздуха мощности пройдет в воду. Такие же потери мощности будут, когда радиоволны будут выходить из воды в воздух, поскольку коэффициент отражения не зависит от того, с какой стороны границы раздела приходит падающая радиоволна.
2. Преломление радиоволн
Пусть, для определенности, угол падения на водную поверхность радиоволн с нормалью составляет 30°. Тогда, из-за разности показателей преломления воздуха и воды преломленный луч будет распространяться под углом к нормали, синус которого в 10 раз меньше, чем sin 30°=0.5. Этот угол с нормалью будет составлять 3°.
радио
радио
радио1
8
Выберем длину волны радиоволн λ=3 м, соответственно частота радиоволн будет равна: f=10 Гц. За счет десятикратной разницы в показателях преломления воды и воздуха, длина волны радиоволн в воде будет равна: λ=0.3 м.
3. Условие Брэгговского отражения
Нетрудно видеть, что в этом случае выполняется условие Брэгговского отражения радиоволн от звуковых:
<mrow><mn>2</mn><msub><mi>Λ</mi><mrow><mi>з</mi><mi>в</mi></mrow></msub><mo>*</mo><mi>sin</mi><msub><mi>Θ</mi><mi>Б</mi></msub><mo>=</mo><msub><mi>λ</mi><mrow><mi>р</mi><mi>а</mi><mi>д</mi><mi>и</mi><mi>о</mi><mn>1</mn></mrow></msub><mo>,</mo><mtext>                                                                   </mtext><mrow><mo>(</mo><mtext>4</mtext><mo>)</mo></mrow></mrow>
Б
Б
зв
радио1
<mi>Λ</mi>
где Θ=87° - угол падения радиоволн на звуковую волну, sinΘ≈1, =15 см, λ=30 см.
Таким же будет угол отражения радиоволн от звуковых волн и, выйдя из воды в воздух, эти радиоволны будут распространяться под углом 30° к нормали, и могут быть зарегистрированы приемником.
4. Интенсивность Брэгговского отражения
1
Формула для интенсивности Брэгговского отражения I в первом порядке хорошо известна, [8],
<mrow><msub><mi>I</mi><mn>1</mn></msub><mo>=</mo><msub><mi>I</mi><mrow><mn>00</mn></mrow></msub><mo>*</mo><msup><mrow><mi>sin</mi></mrow><mn>2</mn></msup><mrow><mo>(</mo><mrow><mi>π</mi><mi>p</mi><msup><mi>n</mi><mn>3</mn></msup><msub><mi>S</mi><mn>0</mn></msub><mi>L</mi><mo>/</mo><mn>4</mn><msub><mi>λ</mi><mrow><mi>р</mi><mi>а</mi><mi>д</mi><mi>и</mi><mi>о</mi></mrow></msub></mrow><mo>)</mo></mrow><mo>,</mo><mtext>                                                      </mtext><mrow><mo>(</mo><mtext>5</mtext><mo>)</mo></mrow></mrow>
00
0
0
0
0
2
где I - интенсивность падающего радиоизлучения, p=(ε-ε)/ε S, упругооптическая постоянная, ε - диэлектрическая проницаемость невозмущенной среды, ε - диэлектрическая проницаемость среды, в которой распространяется звуковая волна. S - амплитуда деформации в звуковой волне, L - длина области акустооптического взаимодействия, n - показатель преломления для радиоволны.
0
2
Диэлектрическая проницаемость для воды на этой частоте, [7], равна: ε=10. Диэлектрическую проницаемость ε воды, в которой распространяется звуковая волна можно определить из следующих соображений.
воды
1
Па
звук
-10
-1
2
Для воды коэффициент сжимаемости равен, [9], стр.71, k=5*10 Па. Для звукового давления P=1 Па=10 дн/см, на частоте f=10 кГц, можно найти скорость частиц из соотношения:
<mrow><msub><mi>P</mi><mrow><mn>1</mn><mtext> Па</mtext></mrow></msub><mo>=</mo><mn>1</mn><mtext> Па</mtext><mo>=</mo><msub><mi>ρ</mi><mrow><mtext>воды</mtext></mrow></msub><msup><mrow><mtext>*V</mtext></mrow><mtext>2</mtext></msup><mo>/</mo><mn>2.</mn><mtext>                                                              </mtext><mrow><mo>(</mo><mtext>6</mtext><mo>)</mo></mrow></mrow>
Откуда найдем, что скорость смещения частиц в звуковой волне равна:
<mrow><mi>V</mi><mo>=</mo><mrow><mo>(</mo><mrow><mn>2</mn><msub><mi>P</mi><mrow><mn>1</mn><mtext> Па</mtext></mrow></msub><mo>/</mo><msub><mi>ρ</mi><mrow><mi>в</mi><mi>о</mi><mi>д</mi><mi>ы</mi></mrow></msub></mrow><mo>)</mo></mrow><mo>=</mo><mn>4,5</mn><mtext> см/с</mtext><mtext>,                                                           </mtext><mrow><mo>(</mo><mtext>7</mtext><mo>)</mo></mrow></mrow>
соответствующее смещение S может быть найдено из соотношения:
<mrow><mi>V</mi><mo>=</mo><mi>S</mi><mo>*</mo><mn>2</mn><mi>π</mi><msub><mrow><mtext> f</mtext></mrow><mrow><mtext>звук</mtext></mrow></msub><mo>,</mo><mtext>                                                                                </mtext><mrow><mo>(</mo><mtext>8</mtext><mo>)</mo></mrow></mrow>
звук
0
3
0
-5
-2
-5
и оно равно: S=V/2πf=7.1*10 см. Смещение S в цилиндрической, рассеянной на подводном объекте, звуковой волне, с давлением р=1.7*10 Па, будет равно: S=2.8*10 см.
0
0
0
2
-10
Теперь можно вычислить упругооптическую постоянную p=(ε-ε)/ε S. Для звукового давления P=1 Па плотность воды, а с ней и диэлектрическая проницаемость будут отличаться от ε на величину 5*10. Упругооптическая постоянная для воды, таким образом, может быть оценена как:
<mrow><mi>p</mi><mo>=</mo><mrow><mo>(</mo><mrow><msub><mi>ε</mi><mn>0</mn></msub><mo>−</mo><mi>ε</mi></mrow><mo>)</mo></mrow><mo>/</mo><msub><mi>ε</mi><mn>0</mn></msub><msup><mrow /><mn>2</mn></msup><mi>S</mi><mo>=</mo><mn>5</mn><mo>*</mo><msup><mrow><mn>10</mn></mrow><mrow><mo>−</mo><mn>10</mn></mrow></msup><mo>/</mo><mrow><mo>(</mo><mrow><msup><mrow><mn>10</mn></mrow><mn>4</mn></msup><mo>*</mo><mn>7.1</mn><mo>*</mo><msup><mrow><mn>10</mn></mrow><mrow><mo>−</mo><mn>5</mn></mrow></msup></mrow><mo>)</mo></mrow><mo>=</mo><mn>7</mn><mo>*</mo><msup><mrow><mn>10</mn></mrow><mrow><mo>−</mo><mn>10</mn></mrow></msup><mo>.</mo><mtext>                  </mtext><mrow><mo>(</mo><mtext>9</mtext><mo>)</mo></mrow></mrow>
0
0
-14
Значение величины pS, входящей в аргумент синуса, равно: pS=2*10.
При малых значениях аргумента функцию sin x можем заменить на х и, таким образом, выражение (4) для интенсивности радиоволн в первом порядке дифракции может быть записано в виде:
<mrow><msub><mi>I</mi><mn>1</mn></msub><mo>=</mo><msub><mi>I</mi><mrow><mn>00</mn></mrow></msub><mo>*</mo><msup><mrow><mrow><mo>(</mo><mrow><mi>π</mi><mi>p</mi><msup><mi>n</mi><mn>3</mn></msup><msub><mi>S</mi><mn>0</mn></msub><mi>L</mi><mo>/</mo><mn>4</mn><msub><mi>λ</mi><mrow><mi>р</mi><mi>а</mi><mi>д</mi><mi>и</mi><mi>о</mi></mrow></msub></mrow><mo>)</mo></mrow></mrow><mn>2</mn></msup><mo>,</mo><mtext>                                                         </mtext><mrow><mo>(</mo><mrow><mtext>10</mtext></mrow><mo>)</mo></mrow></mrow>
из этой формулы видно, что эта интенсивность очень мала, по сравнению с падающей на поверхность воды интенсивностью радиоволн.
5. Глубина проникновения радиоволн в морскую воду
Оценим величину L - длину области взаимодействия радиоволн со звуком, фактически глубину проникновения звука в морскую воду.
-1
-2
3
морс.воды
Проводимость морской воды, в единицах (Ом*м) [9], стр.1000, равна: 5*10. Это значит, что удельное электрическое сопротивление морской воды, при солености 4 промилле (4 грамма соли на литр) равно: ρ=2*10 Ом*см и ее проводимость в единицах 1/с равна:
<mrow><msub><mi>σ</mi><mrow><mi>м</mi><mi>о</mi><mi>р</mi><mi>с</mi><mo>.</mo><mi>в</mi><mi>о</mi><mi>д</mi><mi>ы</mi></mrow></msub><mo>=</mo><mn>9</mn><mo>*</mo><msup><mrow><mn>10</mn></mrow><mrow><mn>11</mn></mrow></msup><mo>/</mo><msub><mi>ρ</mi><mrow><mi>м</mi><mi>о</mi><mi>р</mi><mi>с</mi><mo>.</mo><mi>в</mi><mi>о</mi><mi>д</mi><mi>ы</mi></mrow></msub><mo>=</mo><mn>4.5</mn><mo>*</mo><msup><mrow><mn>10</mn></mrow><mn>8</mn></msup><mtext> 1/c</mtext><mtext>.                                         </mtext><mrow><mo>(</mo><mrow><mtext>11</mtext></mrow><mo>)</mo></mrow></mrow>
Теперь можно вычислить глубину скин слоя.
<mrow><mi>L</mi><mo>=</mo><msub><mi>δ</mi><mrow><mi>м</mi><mi>о</mi><mi>р</mi><mi>с</mi><mo>.</mo><mi>в</mi><mi>о</mi><mi>д</mi><mi>ы</mi></mrow></msub><mo>=</mo><mn>1</mn><mo>/</mo><mn>2</mn><mi>π</mi><mrow><mo>(</mo><mrow><msub><mi>σ</mi><mrow><mi>м</mi><mi>о</mi><mi>р</mi><mi>с</mi><mo>.</mo><mi>в</mi><mi>о</mi><mi>д</mi><mi>ы</mi></mrow></msub><mo>*</mo><msub><mi>f</mi><mrow><mi>р</mi><mi>а</mi><mi>д</mi><mi>и</mi><mi>о</mi></mrow></msub></mrow><mo>)</mo></mrow><mo>=</mo><mn>0.22</mn><mtext> м</mtext><mtext>.                                   </mtext><mrow><mo>(</mo><mrow><mtext>12</mtext></mrow><mo>)</mo></mrow></mrow>
радио
-2
Таким образом, отношение L/λ=7*10, то есть глубина проникновения радиоволн в соленую воду на этой частоте составляет примерно 0.1 длины волны в вакууме. Для случая пресной воды, из-за большого поглощения радиоволн этого диапазона молекулами воды, глубина проникновения составит, [7], несколько длин волн.
Такое маленькое отношение дифрагированной мощности к падающей получилось по двум причинам. Первая - очень мала интенсивность отраженных от подводного объекта звуковых волн, что связано с малой величиной падающей звуковой мощности и малым коэффициентом отражения звука от подводного объекта. Вторая причина, это малая область взаимодействия радиоизлучения с рассеянными звуковыми волнами, что связано с малой глубиной проникновения радиоволн в морскую воду.
Вычислим интенсивность дифрагированных радиоволн по формуле (10),
1
00
0
радио
00
00
3
2
-14
3
-2
2
-24
I=I*(πpnSL/4λ)=I*(3.14*2*10*10*7*10/4)=I*10,
где n=10 показатель преломления воды для радиоволн этой частоты, [7].
Интересно, отметить, что в нашем случае, интенсивность дифрагированного излучения, рассчитанная по формуле Рамана-Ната
<mrow><msub><mi>I</mi><mn>1</mn></msub><mo>=</mo><msub><mi>I</mi><mrow><mn>00</mn></mrow></msub><mo>*</mo><msub><mi>J</mi><mn>1</mn></msub><msup><mrow /><mn>2</mn></msup><mrow><mo>(</mo><mrow><mi>π</mi><mi>p</mi><msup><mi>n</mi><mn>3</mn></msup><msub><mi>S</mi><mn>0</mn></msub><mi>L</mi><mo>/</mo><mn>2</mn><msub><mi>λ</mi><mrow><mi>р</mi><mi>а</mi><mi>д</mi><mi>и</mi><mi>о</mi></mrow></msub></mrow><mo>)</mo></mrow><mo>,</mo><mtext>                                                         </mtext><mrow><mo>(</mo><mrow><mtext>13</mtext></mrow><mo>)</mo></mrow></mrow>
1
даст точно такое же значение для дифрагированного излучения, рассчитанного по формуле Брэгга. Это связано с тем, что асимптотическое разложение функции Бесселя первого порядка при малом значении аргумента J(x) равно x/2, а асимптотическое разложение sin (x/2) также равно x/2. Двойной угол Брэгга - угол отклонения луча от первоначального направления, равен углу дифракции в случае дифракции Рамана-Ната.
6. Принимаемая мощность
Пусть диаметр излучающей радиоволны антенны, равен:
ант
d=30 м, так, что угол раствора конуса радиоизлучения равен:
рад
радио
ант
сам
Θ=λ/d=0.1. Тогда, при высоте полета самолета h=3 км, облучаемый радиоволнами участок будет иметь диаметр
уч
сам
рад
d=h*Θ=300 м.
радио
имп
триод
8
Пусть импульсная мощность генератора равна: I=5*10 Вт, длительность импульса τ=10 мс, частота следования импульсов F=10 Гц. Как мы помним, только 1/3 падающей мощности пройдет в воду и 1/3 дифрагированного излучения из воды выйдет, из-за отражения от границы раздела воздух - вода и вода - воздух. Тогда дифрагированная мощность радиоволн составит величину:
<mrow><msub><mi>I</mi><mrow><mi>д</mi><mi>и</mi><mi>ф</mi></mrow></msub><mo>=</mo><msub><mi>I</mi><mrow><mi>р</mi><mi>а</mi><mi>д</mi><mi>и</mi><mi>о</mi></mrow></msub><mo>*</mo><msup><mrow><mn>10</mn></mrow><mrow><mo>−</mo><mn>25</mn></mrow></msup><mtext>.                                                                               </mtext><mrow><mo>(</mo><mrow><mtext>14</mtext></mrow><mo>)</mo></mrow></mrow>
Чувствительность метода. Возможные помехи
исс
кв
4
В данном способе обнаружения подводных объектов требуется, чтобы самолеты облучали поверхность воды и принимали отраженные сигналы. Видно, что корабль в океане способен генерировать излучение, занимающее в пространстве область порядка d=30 км. Цилиндрическая звуковая волна наиболее сильно проявится в квадрате со стороной примерно d=300 м. Таким образом, всю исследуемую область можно представить себе как 10 небольших квадратов, от каждого из которых, за время пролета самолета, нужно зарегистрировать отраженные радиоволны.
рад
сам
радио
рад
сам
ант
ант
радио
ант
2
2
-3
Поскольку ширина луча радиоизлучения составляет Θ=0.1, то, при расстоянии между излучающими радиоволны и принимающими их самолетами, вдоль направлений распространения радиоволн, равном: S=6 км, уширение радиолуча составит Δh=Θ*S=600 м. Пусть принимающая антенна имеет такой же диаметр, как и излучающая, d=30 м, то есть ее площадь равна S=700 м. Такая антенна принимающая антенна поглотит π*Δh /4S=2*10 дифрагированного излучения.
Окончательно, принимаемая мощность будет равна:
<mrow><msub><mi>I</mi><mrow><mi>д</mi><mi>и</mi><mi>ф</mi></mrow></msub><mo>=</mo><msub><mi>I</mi><mrow><mi>р</mi><mi>а</mi><mi>д</mi><mi>и</mi><mi>о</mi></mrow></msub><mo>*</mo><msup><mrow><mn>10</mn></mrow><mrow><mo>−</mo><mn>25</mn></mrow></msup><mo>*</mo><mn>2</mn><mo>*</mo><msup><mrow><mn>10</mn></mrow><mrow><mo>−</mo><mn>3</mn></mrow></msup><mo>=</mo><mn>5</mn><mo>*</mo><msup><mrow><mn>10</mn></mrow><mn>8</mn></msup><mo>*</mo><mn>2</mn><mo>*</mo><msup><mrow><mn>10</mn></mrow><mrow><mo>−</mo><mn>28</mn></mrow></msup><mo>=</mo><msup><mrow><mn>10</mn></mrow><mrow><mo>−</mo><mn>19</mn></mrow></msup><mtext> Вт</mtext><mtext>,                  </mtext><mrow><mo>(</mo><mrow><mtext>15</mtext></mrow><mo>)</mo></mrow></mrow>
-23
2
-21
рез
Можно определить минимальную мощность шумов приемника как: ΔW=kTΔf, где k - постоянная Больцмана: k=1.38*10 Дж/град для Т=2 градуса Кельвина (жидкий гелий) и Δf=10 Гц, имеем: ΔW=3*10 Вт, так что для приемника, у которого входной контур является сверхпроводящим резонатором, собственные шумы помехой являться не будут. Видно, что в этом случае мощность принимаемого сигнала (15) будет превосходить мощность шумов в резонаторе.
из
уч
общ
4
4
3
Делать полосу приема уже, чем Δf=100 Гц нецелесообразно, так как она соответствует длительности импульса излучения: τ=1/Δf=10 мс. Пусть время, затрачиваемое на просмотр одного участка, составляет τ=0.1 с. Тогда, общее время обследования всей области с размерами 30×30 км, состоящей из 10 небольших участков составит: τ=10*0.1=10 с или примерно 20 минут.
радио
звук
рез
2
Не вызовет проблем и зеркальное отражение радиоволн от водной поверхности. Коэффициент такого зеркального отражения может составлять десятки процентов, что примерно на 25 порядков превосходит мощность дифракционного отражения радиоволн от дифракционной решетки, созданного рассеянной на подводном объекте цилиндрической звуковой волной. Однако благодаря тому, что дифракция происходит на бегущей решетке, отраженные от нее радиоволны будут иметь Допплеровский сдвиг на частоту звуковой волны, [7], то есть на Δf=f=10 кГц, что при ширине полосы приемника Δf=10 Гц, проблемы с помехами от зеркального отражения не составит.
10
рез
0
Современные сверхпроводящие резонаторы имеют добротность порядка Q=10, [10]. Это означает, что собственная полоса такого резонатора составляет сотые доли Герца, Δf=f/Q, и потребуется специальное ее расширение для того, чтобы принимаемые сигналы можно было достаточно быстро обработать. Что касается регистрации без помех излучения, сдвинутого на 100 Гц, относительно резонансной частоты такого контура, то эта задача представляется технически вполне разрешимой.
Литература
1. Ф.Тишер, Техника измерений на сверхвысоких частотах, Государственное издательство физико-математической литературы, Москва, 1963, стр.190.
2. Физический энциклопедический словарь, под ред. А.М. Прохорова, Москва, Советская энциклопедия, 1983, стр.120.
3. http://www.akin.ru/spravka/s_ocean.htm.
4. http://www.zetms.ru/catalog/vibrodats/hydrophone.php.
5. Дж.Кэй и Т.Лэби, Таблицы физических и химических постоянных, ГИФМЛ, Москва, 1962, стр.73.
6. http://corpuscul.net/teoriya-zvuka-2/rasseyanie-zvuka/.
7. http://www.meteolab.ru/projects/dielectric/.
8. http://www.femto.com.ua/articles/part_1/1076.html.
9. Таблицы физических величин. Справочник под ред. И.К. Кикоина, Москва, Атомиздат, 1976.
10. http://www.linearcollider.org/about/Publications/Reference-Design-Report.