|
|
|
содержание .. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 ..
§ 2.3. Физические поля, используемые в системах
обнаружения
Поглощение звуковой энергии водой обусловливается ее физическими свойствами (вязкостью и теплопроводностью) и молекулярными процессами, протекающими в воде. В такте сжатия колебательного движения происходят молекулярные изменения, ведущие к поглощению звуковой энергии, и если период колебания достаточно длительный, то в такте разряжения происходят обратные изменения, возвращающие поглощенную энергию. С увеличением частоты колебания, когда его период становится соизмерим с постоянной времени молекулярного изменения, энергия, поглощенная на одном из тактов колебания, не будет полностью возвращена на втором такте. На неоднородностях морской среды (твердые взвешенные частицы, газовые пузырьки, микроорганизмы) происходит не только поглощение, но и рассеяние звуковой энергии. Механизм затухания звуковой энергии, обусловленный поглощением и рассеянием, еще недостаточно изучен, поэтому величина затухания определяется по приближенным формулам. Для частот не выше нескольких десятков килогерц удовлетворительные результаты дает выражение для определения коэффициента затухания.
Кроме рассмотренных изменений интенсивности
гидроакустического колебания возможны ее флуктуации, основными причинами
которых являются: нестабильность направленности излучения
гидроакустического колебания, вызванная кренами, дифферентами и
рысканием носителя поисковой аппаратуры; фокусирующее действие
микроструктуры воды, возникающее на неоднородностях се плотности;
интерференция волн, появляющаяся при приходе колебаний в данную точку по
нескольким различным путям.
В последнее время энергично изучается возможность
обнаружения, и особенно опознавания, объекта не только по интенсивности
отраженного сигнала, но также по другим его параметрам (30, 38]. В ряде
работ отмечается, что тонкая структура эхо-сигнала зависит от формы
объекта, материала и конструкции его корпуса. Эхо-сигнал от упругой
сферы (большинство искусственных объектов) длительнее по времени и более
сложен по форме в сравнении с эхо-сигналом от абсолютно жесткой сферы.
Начальная часть импульса эхо-сигнала, однако, по-прежнему носит характер
зеркального отражения от жесткой сферы, а последующая часть образуется
за счет конструкционных и упругих свойств объекта. На рис. 2.5
приводятся осциллограммы.эхо-сигналов, отраженных от объектов разного
типа [27, 30, 38]. Если излученный импульс относительно мал по
продолжительности, т. е. если его протяженность при распространении
излучения в воде меньше радиуса сферы, то зеркально отраженная часть
эхо-сигнала отделяется по времени от остальной его части. С увеличением
длительности импульса начальная и последующие части эхо-сигнала начинают
перекрываться и интерферировать. В результате возникает сложная
структура сигнала. Особенно заметна зависимость структуры отраженного
эхо-сигнала от материала, формы и конструкции объекта для объектов,
имеющих тонкие упругие корпуса со сложной внутренней структурой и
заполненные веществом, которое существенно отличается по своим
акустическим свойствам от воды. Для полной оценки возможности использования
гидроакустического ноля для целей обнаружения объектов необходимо
рассмотреть особенности возникновения помех в этом поле. Основной вид
помех — это реверберационные помехи. Для рассматриваемых СПП главной из
них является донная реверберация, так как объекты поиска располагаются
на грунте или вблизи него, а граница вода — твердый грунт представляет
собой хорошо отражающую границу. Характерной особенностью реверберации
является уменьшение ее интенсивности в зависимости от расстояния, с
которого приходит обратное рассеяние, или, что то же самое, в
зависимости от времени, прошедшего после окончания излучения
зондирующего импульса. На рис. 2.6 приведен график уменьшения
интенсивности реверберации с увеличением времени [21, 26]. В заключение раздела о помехах остановимся на шумовых явлениях в море. Основными источниками шума при поиске объектов являются: волнение моря, морские животные, носитель поисковой аппаратуры (шумы движителя и двигателя, шумы обтекания корпуса носителя водой). Шумы волнения определяются его характером, силой ветра, глубиной места и гидрологическими особенностями района [21, 38]. На рис. 2.9 представлены средние значения шумов вблизи поверхности воды в зависимости от состояния моря в баллах [1]. Шумы других источников зависят от многих причин и оказываются трудно прогнозируемыми. Шумовая помеха распределена в широком частотном спектре и поэтому ее интенсивность на выходе приемного тракта системы обнаружения СПП (на входе решающего устройства) может быть уменьшена за счет сужения полосы пропускания частоты приемного тракта. Такое сужение полосы к уменьшению интенсивности сигнала не приведет, так как его частотный спектр крайне узок.
При сильной донной реверберации из выражений
(2.24), (2.26) и (2.28) видно, что контрастность сигнала не зависит ни
от мощности акустического излучения, ни от расстояния до объекта, ни от
характера затухания звуковой энергии. Единственный путь повышения
контрастности в данном случае состоит в снижении интенсивности донной
реверберации за счет сужения диаграммы направленности, правильного
выбора угла скольжения и длительности зондирующего импульса. При
преобладании объемной реверберации контрастность сигнала в значительной
степени зависит от расстояния г и уменьшается с его увеличением. При
преобладании шумовой помехи контрастность сигнала прежде всего зависит
от мощности излучения и увеличивается пропорционально ее увеличению. Световое поле. Область пространства, в которой
существует световое излучение, называется световым полем. Остановимся на
некоторых физических величинах светового поля.
Энергетическая яркость измеряется в Вт/м2*ср и определяет плотность потока излучения, испускаемого поверхностью в заданном направлении. При подводном поиске обнаружение объектов оптическими системами производится большей частью по отраженному от них свету, излучаемому посторонним источником. В этом случае представляет интерес величина освещенности объекта.
Освещенность измеряется в люксах (лк). Для оценки
возможности использования светового поля в качестве носителя информации
при обнаружении объекта необходимо выяснить характер распространения
света в воде и закономерности переноса оптического изображения от
объекта к приемнику через рассеивающую свет среду в условиях воздействия
на приемник световых помех. Для определения освещенности объекта
известным источником света необходимо рассмотреть характер
распространения в воде световой энергии. Качество оптического изображения в плоскости
приемника в значительной степени зависит от характера излучения и
способа обнаружения объекта. При переносе оптического изображения объекта из плоскости его расположения в плоскость приемника под воздействием окружающей среды происходит ослабление потока, размытие изображения, искажение первоначальных соотношений в распределении яркости.
Локальные изменения прозрачности и плотности воды
приводят к тому, что интенсивность светового потока уже на
незначительном удалении от излучателя не остается постоянной во времени.
Эти изменения относительно медленны, и в пределах времени зондирования
обследуемого пространства одной импульсной посылкой излучения ими можно
пренебречь. При непрерывном облучении зоны обнаружения эти флуктуации
приводят к тому, что яркость принимаемого изображения будет меняться,
затрудняя опознавание объекта. Величина относительного контраста определяется
отражательной способностью объекта (или отдельного его элемента) и
отражательной способностью грунта, а так-же яркостью фона и степенью
размытия границ изображения.
содержание .. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 ..
|
|
|