RU2012070C1 - Method for determining coefficient of volumetric acoustic dispersion in oceanic medium - Google Patents

Method for determining coefficient of volumetric acoustic dispersion in oceanic medium Download PDF

Info

Publication number
RU2012070C1
RU2012070C1 SU5028455A RU2012070C1 RU 2012070 C1 RU2012070 C1 RU 2012070C1 SU 5028455 A SU5028455 A SU 5028455A RU 2012070 C1 RU2012070 C1 RU 2012070C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
sea
noise
coefficient
directional
sound
Prior art date
Application number
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Александр Вадимович Фурдуев
Лев Евгеньевич Шейнман
Original Assignee
Александр Вадимович Фурдуев
Лев Евгеньевич Шейнман
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Александр Вадимович Фурдуев, Лев Евгеньевич Шейнман filed Critical Александр Вадимович Фурдуев
Priority to SU5028455 priority Critical patent/RU2012070C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2012070C1 publication Critical patent/RU2012070C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Measurement Of Velocity Or Position Using Acoustic Or Ultrasonic Waves (AREA)

Abstract

FIELD: measurement technology, hydraulic acoustics. SUBSTANCE: method involves directional receiving a dispersed acoustic field by a receiving circuit, use of sea noise with a magnitude of 2 and more as a dispersed acoustic field by conducting two kinds of spatial filtration of the sea noise received at the same time by means of a high-directional antenna circuit, forming a directional characteristic with the principal maximum aperture smaller than an angle of refraction minimum of sea noise in vertical plate, which lies in the same plane within the same angle, and with subordinate maxima at which the noise energy received is at least one-tenth that at the principal maximum, and by a slight - directional antenna circuit with the directional characteristic of near-hemisphere shape of which the axis is forwardly directed in the sense of movement of the submarine device in horizontal plane, and squaring voltages
Figure 00000005
and
Figure 00000006
obtained from outputs of the high- and slight-directional antenna circuits. As the starting operation, the same circuits are used for taking measurements of noises produced by the submarine device at speeds with which it moves at sea-way of magnitude less than 1 during reception of sea noise, and output voltages
Figure 00000007
and

Description

Изобретение относится к акустике океана, а именно к гидроакустическим измерениям рассеяния звука в океанической среде. The invention relates to the acoustics of the ocean, namely to hydroacoustic measurements of sound scattering in an oceanic environment.

Определение коэффициента объемного рассеяния необходимо для прогноза морской реверберации, являющейся одним из основных видов помех работе активных гидроакустических средств. В зависимости от неоднородностей, вызывающих рассеяние звука, различают объемную, поверхностную и донную реверберации. В настоящем техническом решении рассматривается только определение коэффициента объемного рассеяния звука, характеризующего объемную реверберацию. The determination of the volume scattering coefficient is necessary for predicting marine reverberation, which is one of the main types of interference with the operation of active hydroacoustic means. Depending on the inhomogeneities causing sound scattering, volumetric, surface and bottom reverberations are distinguished. In this technical solution, only the determination of the volumetric scattering coefficient of sound characterizing volumetric reverb is considered.

Все известные способы определения коэффициента объемного рассеяния в глубоком море включают излучение звука с помощью остронаправленного излучателя, наклоненного вниз от поверхности воды, прием послезвучания (объемной реверберации) на отрезке времени от окончания импульсной посылки до прихода донной реверберации и определение по соотношению между интенсивностью излученной посылки и интенсивностью принятого послезвучания с учетом спада уровня реверберации, пропорционального расстоянию во второй степени, коэффициента объемного рассеивания [1] . Эти данные необходимы для оценки объемной реверберации, что, в свою очередь, необходимо для прогноза дальности действия и выбора оптимальных параметров гидролокатора подводного аппарата. All known methods for determining the coefficient of volumetric scattering in the deep sea include the emission of sound using a pointed emitter tilted down from the surface of the water, receiving after-sounding (volume reverberation) over the time interval from the end of the pulse transmission to the arrival of the bottom reverb, and determining the ratio between the intensity of the transmitted radiation and the intensity of the received aftertaste taking into account the decline in the reverb level, proportional to the distance to the second degree, of the volume factor seivaniya [1]. These data are necessary for assessing volumetric reverberation, which, in turn, is necessary for predicting the range and selecting the optimal parameters for the underwater sonar.

В качестве наиболее близкого технического решения выбран способ, который включает излучение звука и прием рассеянного поля с помощью приемника, располагаемого рядом с излучателем, измерение по многим реализациям средней величины квадрата амплитуды давления послезвучания

Figure 00000009
, являющегося мерой средней мощности W, рассеиваемой элементом среды в единицу телесного угла в локационном направлении, где
W=
Figure 00000010
R2, где ρc - акустическое сопротивление среды;
R - расстояние, и определение коэффициента обратного объема рассеивания как отношения мощности W, рассеянной статистически однородным объемом V, к произведению интенсивность звука I, падающего на рассеивающий объем V:
mоб=
Figure 00000011
, после чего в предположении, что малые рассеивания, вычисляют коэффициент объемного рассеивания
αоб= 4 π mоб, имеющий размерность длины в минус первой степени (м-1). Коэффициент объемного рассеивания, характеризующий мощность, рассеиваемую единичным объемом среды, понимается как среднее по многим неперекрывающимся объемам, выделенным в статистически однородной среде, при размерах этих объемов существенно больше радиуса пространственной корреляции неоднородностей [2] .As the closest technical solution, a method was chosen that includes radiation of sound and reception of a scattered field using a receiver located next to the radiator, measurement of the average square of the after-pressure pressure amplitude over many realizations
Figure 00000009
, which is a measure of the average power W dissipated by an element of the medium per unit solid angle in the location direction, where
W =
Figure 00000010
R 2 , where ρ c is the acoustic resistance of the medium;
R is the distance, and the definition of the coefficient of the inverse scattering volume as the ratio of the power W scattered by a statistically homogeneous volume V to the product of the intensity of sound I incident on the scattering volume V:
m about =
Figure 00000011
then assuming that small scatterings, calculate the coefficient of volumetric scattering
α about = 4 π m about having a dimension of length minus the first degree (m -1 ). The volume dispersion coefficient characterizing the power dissipated by a unit volume of the medium is understood as the average over many non-overlapping volumes allocated in a statistically homogeneous medium, with the sizes of these volumes significantly larger than the radius of spatial correlation of inhomogeneities [2].

Недостатками известного технического решения являются необходимость использования активных акустических посылок, демаскирующих выполняемые измерения, необходимость набора данных по большому ансамблю наблюдений, сложная статистическая обработка в предположении убывания интенсивности пропорционально квадрату расстояния с усреднением результатов по большому количеству активных посылок. The disadvantages of the known technical solution are the need to use active acoustic parcels that unmask the measurements performed, the need to collect data from a large ensemble of observations, complex statistical processing assuming that the intensity decreases in proportion to the square of the distance, and the results are averaged over a large number of active parcels.

Целью изобретения является определение коэффициента объемного рассеяния без активного излучения гидроакустическими средствами, т. е. в пассивном режиме без демаскирования подводного аппарата. The aim of the invention is to determine the coefficient of volumetric scattering without active radiation by hydroacoustic means, that is, in a passive mode without unmasking the underwater vehicle.

Поставленная задача решается следующим образом. По способу определения коэффициента объемного рассеяния звука, включающему направленный прием рассеянного звукового поля приемным трактом, установленным на погруженном подводном движущемся аппарате, в качестве рассеянного звукового поля используют шумы моря при волнении два балла и более, выполняют два вида пространственной фильтрации принятых шумов моря одновременно посредством тракта с остронаправленной антенной, формируя характеристику направленности с раствором главного максимума, меньшим угла рефракционного минимума шумов моря в вертикальной плоскости, расположенным в пределах этого угла, и добавочными, максимумами при которых принятая энергия шумов по крайней мере в десять раз меньше энергии шума моря, принятого в пределах главного максимума, а также приемным трактом со слабонаправленной антенной, формируя характеристику направленности, близкую к полусфере с осью, направленной вперед по направлению движения аппарата в горизонтальной плоскости, и измеряют на выходах трактов с остронаправленной и слабонаправленной антенной средние квадраты электрических напряжений

Figure 00000012
и
Figure 00000013
соответственно, предварительно с помощью тех же трактов производят прием шумов подводного аппарата на скоростях его движения тех же, что при приеме шумов моря и при волнении моря менее 1 балла и измеряют квадрат электрического напряжения на выходе трактов с остронаправленной и слабонаправленной антенной
Figure 00000014
и
Figure 00000015
, а коэффициент объемного рассеяния определяют по формуле
αоб=
Figure 00000016
·
Figure 00000017
-1
Figure 00000018
, (1) где β - коэффициент затухания звука в океанической среде, табулированный для данной акватории; Кпр, Кпс, γпр, γпс - коэффициенты концентрации и чувствительности трактов с остронаправленной и слабонаправленной антенной соответственно.The problem is solved as follows. According to the method for determining the volumetric scattering coefficient of sound, including the directional reception of the scattered sound field by a receiving path mounted on an immersed underwater moving vehicle, sea noise with a wave score of two or more is used as a scattered sound field, two types of spatial filtering of the received sea noise simultaneously through the path are performed with a highly directional antenna, forming a directivity characteristic with a solution of the main maximum smaller than the angle of the refractive minimum of noise In the vertical plane located within this angle, and additional maximums at which the received noise energy is at least ten times less than the sea noise energy received within the main maximum, as well as the receiving path with a weakly directed antenna, forming a directivity pattern close to the hemisphere with the axis directed forward in the direction of the apparatus in the horizontal plane, and measure the average squares electrically at the outputs of the paths with a highly directional and weakly directional antenna x stress
Figure 00000012
and
Figure 00000013
accordingly, previously using the same paths, the noise of the underwater vehicle is received at the speeds of its movement the same as when receiving sea noise and sea waves less than 1 point and the square of the voltage at the output of the paths with a highly directional and weakly directed antenna is measured
Figure 00000014
and
Figure 00000015
and the volumetric scattering coefficient is determined by the formula
α about =
Figure 00000016
·
Figure 00000017
-1
Figure 00000018
, (1) where β is the sound attenuation coefficient in the ocean environment, tabulated for a given water area; K ol , K ps , γ ol , γ ps are the concentration and sensitivity coefficients of paths with a highly directional and weakly directional antenna, respectively.

Прием шумов моря производят в интервалах времени Т, ограниченных неравенством

Figure 00000019
≪ T<Tст, (2) где εcл - требуемая средняя квадратическая погрешность определения шумов моря; Тст - минимальный интервал времени, на котором шум моря является стационарным; ΔF - полоса частот, в которой определяют коэффициент объемного рассеяния.The noise of the sea is received in time intervals T limited by the inequality
Figure 00000019
≪ T <T st , (2) where ε cl is the required mean square error in determining the noise of the sea; T article - the minimum time interval at which the noise of the sea is stationary; ΔF is the frequency band in which the volume scattering coefficient is determined.

Решение задачи достигается за счет использования в качестве рассеянного звукового поля шумов морской среды, несущих информацию об объемных рассеивателях в море и идентификации этой информации. The solution to the problem is achieved by using the noise of the marine environment as the scattered sound field, carrying information about volumetric diffusers in the sea and identifying this information.

Для обоснования причинно-следственных связей между существенными признаками и конечным результатом решения задачи по пассивному определению коэффициента объемного рассеивания приведено теоретическое обоснование предлагаемого способа. To justify the cause-effect relationships between the essential features and the end result of solving the problem of passively determining the coefficient of volumetric dispersion, the theoretical justification of the proposed method is given.

Анизотропия шумового поля океана в вертикальной плоскости имеет рефракционный минимум при углах, близких к горизонту, обусловленный тем, что при углах, меньших θ1 и θ2 , динамические шумы поверхности моря, переотраженные от дна моря, не поступают на приемник из-за рефракции лучей, где θ1 и θ2 - углы рефракционных минимумов шумов моря; θ1 в верхней полу плоскости, θ2 в нижней.The anisotropy of the ocean noise field in the vertical plane has a refraction minimum at angles close to the horizon, due to the fact that at angles less than θ 1 and θ 2 , dynamic noise of the sea surface, reflected from the bottom of the sea, does not arrive at the receiver due to refraction of rays where θ 1 and θ 2 are the angles of refraction minima of the noise of the sea; θ 1 in the upper floor of the plane, θ 2 in the lower.

Однако полного нуля в области рефракционного минимума не наблюдается, что обусловлено рассеянием звука на объемных неоднородностях в толще моря. Отношение лучевой интенсивности I рассеянного шума к лучевой интенсивности Iэкв изотропного поля шумов моря, эквивалентного анизотропному, может быть записано в виде

Figure 00000020
Figure 00000021
, (3) что позволяет извлечь информацию о коэффициенте объемного рассеивания αоб.However, a complete zero in the region of the refraction minimum is not observed, which is due to the scattering of sound by volume inhomogeneities in the thickness of the sea. The ratio of the radiation intensity I of the scattered noise to the radiation intensity I equiv of the isotropic field of sea noise equivalent to the anisotropic can be written as
Figure 00000020
Figure 00000021
, (3) which allows one to extract information on the coefficient of volumetric dispersion α vol .

Для определения лучевой интенсивности I необходимо отфильтровать шумы в области рефракционного минимума. Для этого необходимо применять направленную антенну с главным максимумом в вертикальной плоскости, не превышающим угол θ0= θ1+θ2. Меньшая ширина главного максимума может быть использована, так как в пределах угла θ0 шум практически изотропен. Большая ширина недопустима, так как затрагивает области в вертикальной плоскости, в которых шум моря обусловлен нерассеиванием на объемным неоднородностях. Необходимый эффект достигается только при малых добавочных максимумах характеристики направленности приемной антенны. Уточним понятие малых добавочных максимумов. Условием можно считать

Figure 00000022
(360°-θ0)δR ≪
Figure 00000023
, где δ R - средний уровень ореола добавочных максимумов.To determine the radiation intensity I, it is necessary to filter out noise in the region of the refraction minimum. For this, it is necessary to use a directional antenna with a main maximum in the vertical plane not exceeding the angle θ 0 = θ 1 + θ 2 . The smaller width of the main maximum can be used, since within the angle θ 0 the noise is almost isotropic. A large width is unacceptable, since it affects areas in the vertical plane in which the noise of the sea is caused by non-scattering on volumetric inhomogeneities. The necessary effect is achieved only with small additional maxima of the directivity characteristics of the receiving antenna. We clarify the concept of small additional maxima. The condition can be considered
Figure 00000022
(360 ° -θ 0 ) δR ≪
Figure 00000023
where δ R is the average level of the halo of additional maxima.

Заменяя неравенство равенством с коэффициентом три, находим, что средний уровень ореола не должен превышать в вертикальной плоскости
δR=

Figure 00000024
Figure 00000025
.Replacing the inequality by equality with a coefficient of three, we find that the average level of the halo should not exceed in the vertical plane
δR =
Figure 00000024
Figure 00000025
.

На практике θ0

Figure 00000026
30о, I/Iэкв
Figure 00000027
0,1, что требует среднего уровня добавочных максимумов меньше одного процента, что технически достижимо.In practice, θ 0
Figure 00000026
30 about , I / I equiv
Figure 00000027
0.1, which requires an average level of additional highs of less than one percent, which is technically feasible.

Далее следует измерить квадрат электрического напряжения

Figure 00000028
на выходе такта с остронаправленной антенной и определить лучевую интенсивность рассеянного шума моря с учетом коэффициента концентрации этого тракта Кпр, чувствительности γкр и компенсации помех корабельного происхождения Uок по формуле
I=
Figure 00000029
Figure 00000030
(4) где ρc - среднее акустическое сопротивление морской среды.Next, measure the square of the voltage
Figure 00000028
at the output of the clock with a highly directional antenna and determine the radiation intensity of the scattered noise of the sea, taking into account the concentration coefficient of this path K pr , sensitivity γ kr and compensation for shipborne interference U ok by the formula
I =
Figure 00000029
Figure 00000030
(4) where ρ c is the average acoustic resistance of the marine environment.

Для определения Iэкв необходимо осуществить всенаправленный прием шумов моря. Для этого используется примерно полусферическая характеристика направленности. Проведенное математическое моделирование показало, что для малонаправленного приема с коэффициентом концентрации от двух до трех и при главном максимуме характеристики направленности, ориентированном в горизонтальном направлении, коэффициент концентрации Кnс(t) совпадает с коэффициентом помехоустойчивости в анизотропном поле шумов моря с точностью до 5-7% . Это позволяет использовать коэффициент концентрации для определения Iэкв. После измерения напряжения на выходе этого приемного тракта и компенсации помехи от шумов объектов появляется возможность определить эквивалентную лучевую интенсивность шумов моря как
Iэкв=

Figure 00000031
Figure 00000032
, (5) где Uоок, Кnс, γnc - соответственно уровень корабельных помех на выходе тракта, коэффициент концентрации и чувствительность. Коэффициент объемного рассеяния αоб получают подстановкой в формулу (2) выражений (4) и (5).To determine I equiv, it is necessary to carry out omnidirectional reception of sea noise. For this, an approximately hemispherical directivity pattern is used. The mathematical modeling showed that for low-directional reception with a concentration coefficient from two to three and with the main maximum directivity characteristics oriented in the horizontal direction, the concentration coefficient K nс (t) coincides with the noise immunity coefficient in the anisotropic field of sea noise with an accuracy of 5-7 % This allows you to use the concentration coefficient to determine I equiv . After measuring the voltage at the output of this receiving path and compensating for interference from object noise, it becomes possible to determine the equivalent radiation intensity of sea noise as
I eq =
Figure 00000031
Figure 00000032
, (5) where U ook , K ns , γ nc - respectively, the level of ship noise at the output of the tract, concentration coefficient and sensitivity. Bulk scattering coefficient α of substitution obtained in (2) of expressions (4) and (5).

Прием шумов моря целесообразно производить при
εсл=

Figure 00000033
, причем Т не может быть меньше (при заданном εcл.) величины
T=
Figure 00000034
, где εcл - требуемая средняя квадратическая погрешность определения шумов моря.Reception of sea noise is advisable to produce when
ε sl =
Figure 00000033
, and T cannot be less (for a given ε c. ) of the quantity
T =
Figure 00000034
, where ε SL is the required mean square error of determining the noise of the sea.

Однако значение Т нельзя увеличивать более нижнего предела стационарности шума моря Тст, обычно составляющего 2-3 мин для частот, традиционных для гидролокации.However, the value of T cannot be increased above the lower limit of the stationary noise of the sea T st , usually 2-3 minutes for frequencies traditional for sonar.

Для определения величины лучевой интенсивности рассеянного шума моря необходимо осуществить прием шума моря, поступающего в пределах углов рефракционного минимума. Для этого нужно определить углы этого минимума, для чего определяют скорости звука у поверхности сп и дна моря сд и на глубине погружения аппарата со. После этого пределы рефракционного минимума могут быть найдены по формулам
θ0= θ1+θ2, где
θ1= arccos

Figure 00000035
;
θ2= arccos
Figure 00000036
. На фиг. 1 показано распределение скоростей; на фиг. 2 - расчетное пространственное распределение интенсивности динамического шума моря в вертикальной плоскости (без учета объемного рассеивания в области рефракционного минимума): угол θ отсчитывается от горизонта, fо= 1 кГц; на фиг. 3 - устройство для реализации способа, где 1 - электроакустический преобразователь, 2 - гидроакустическая антенна из n электроакустических преобразователей-приемников звука, 3 - n предварительных усилителей и фильтров, ограничивающих полосу Δ F, 4 - формирователь характеристики направленности, 5 - первый аналого-цифровой преобразователь (АЦП), 6 - вычислитель
Figure 00000037
- среднего квадрата напряжения на выходе формирователя характеристики направленности, 7 - вычислитель лучевой интенсивности I, 8 - вычислитель коэффициента объемного рассеивания αоб, 9 - второй АЦП, 10 - вычислитель
Figure 00000038
- среднего квадрата напряжения на выходе приемного тракта с полусферической характеристикой направленности, 11 - вычислитель Iэкв - эквивалентной лучевой интенсивности, 12 - блок памяти помех аппарата-носителя гидролокатора -
Figure 00000039
на выходе приемного остронаправленного тракта, 13 - блок памяти параметра антенны, отнесенного к акустическому сопротивлению среды, Кпр/γпр 2 4 πρc , 14 - блок памяти среднего квадрата напряжения
Figure 00000040
помех аппарата-носителя гидролокатора на выходе приемного тракта с полусферической характеристикой направленности, 15 - блок памяти параметра приемника с полусферической характеристикой направленности, отнесенного к акустическому сопротивлению среды
Figure 00000041
, 16 - блок памяти затухания звука в морской среде, 17 - блок управления устройством определения αоб (на фиг. 3 для упрощения графика не показаны синхросвязи блока 17 управления с блоками устройства, в качестве слабонаправленной антенны используются один (на схеме четвертый) электроакустический преобразователь антенны); на фиг. 4 приведена блок-схема 17 управления, где 18 - генератор тактовых сигналов, 9, 20, 21, 22, 23 - соответственно первая, вторая, третья, четвертая, пятая линии задержки (цифры у выходов блока 17 следует считать связями).To determine the magnitude of the radiation intensity of the scattered noise of the sea, it is necessary to receive the noise of the sea coming within the angles of the refraction minimum. To do this, you need to determine the angles of this minimum, for which they determine the speed of sound at the surface from n and the bottom of the sea with d and at a depth of immersion of the apparatus with about . After that, the limits of the refraction minimum can be found by the formulas
θ 0 = θ 1 + θ 2 , where
θ 1 = arccos
Figure 00000035
;
θ 2 = arccos
Figure 00000036
. In FIG. 1 shows the distribution of speeds; in FIG. 2 - calculated spatial distribution of the intensity of dynamic sea noise in the vertical plane (excluding volumetric scattering in the region of the refraction minimum): angle θ is measured from the horizon, f о = 1 kHz; in FIG. 3 - a device for implementing the method, where 1 is an electro-acoustic transducer, 2 is a hydro-acoustic antenna of n electro-acoustic transducers-sound receivers, 3 - n pre-amplifiers and filters limiting the Δ F band, 4 - directivity driver, 5 - the first analog-to-digital converter (ADC), 6 - calculator
Figure 00000037
- the average square of the voltage at the output of the driver of the directivity characteristic, 7 - a beam intensity computer I, 8 - a volume scattering coefficient calculator α rev , 9 - a second ADC, 10 - a computer
Figure 00000038
- the average square of the voltage at the output of the receiving path with a hemispherical directivity, 11 - calculator I eq - equivalent radiation intensity, 12 - memory block interference device carrier sonar -
Figure 00000039
at the output of the receiving directional channel, 13 — memory unit of the antenna parameter, referred to the acoustic impedance of the medium, K pr / γ pr 2 4 πρ c , 14 — memory unit of the mean square voltage
Figure 00000040
interference apparatus carrier sonar at the output of the receiving path with a hemispherical directivity, 15 - memory unit of the parameter of the receiver with a hemispherical directivity related to the acoustic resistance of the medium
Figure 00000041
, 16 - memory block of sound attenuation in the marine environment, 17 - control unit of the α ob determination device (in Fig. 3, to simplify the graph, the synchronization of the control unit 17 with the device units is not shown, one (in the diagram fourth) electroacoustic transducer is used antennas); in FIG. 4 is a control block diagram 17, where 18 is a clock signal generator, 9, 20, 21, 22, 23 are the first, second, third, fourth, fifth delay lines, respectively (the numbers at the outputs of block 17 should be considered links).

П р и м е р. На подводном аппарате, оснащенном гидролокатором, необходимо произвести измерение дистанции до цели, обнаруженной в режиме шумопеленгования. Для прогноза дальности действия гидролокатора возникла необходимость оценить объемную реверберацию, интенсивность которой на выходе приемного устройства описывается выражением
Iоб=

Figure 00000042
e
Figure 00000043
, (6) где Ра - акустическая мощность излучателя;
с - скорость звука;
τ- продолжительность импульса;
ηo- коэффициент, учитывающий влияние направленных свойств излучающей и приемной антенн на интенсивность реверберации.PRI me R. On an underwater vehicle equipped with a sonar, it is necessary to measure the distance to the target detected in the noise detection mode. To predict the sonar range, it became necessary to evaluate volumetric reverberation, the intensity of which at the output of the receiving device is described by the expression
I about =
Figure 00000042
e
Figure 00000043
, (6) where P a is the acoustic power of the emitter;
c is the speed of sound;
τ is the pulse duration;
η o - coefficient taking into account the influence of the directed properties of the emitting and receiving antennas on the intensity of the reverberation.

В формуле (6) все параметры: акустическая мощность излучателя Ра, коэффициент направленности ηo, километрическое затухание звука β, скорость звука с, длительность импульса τ, расстояние R заведомо известны. Необходимо только определить коэффициент объемного рассеяния αоб.In the formula (6), all parameters: the acoustic power of the emitter P a , directivity coefficient η o , kilometer attenuation of sound β, speed of sound c, pulse duration τ, distance R are known. It is only necessary to determine the volume scattering coefficient α vol .

В соответствии с предлагаемым способом измерено вертикальное распределение скорости звука с помощью скоростомера (фиг. 1). Было определено, что при глубине погружения аппарата-носителя гидролокатора 200 м, значение угла рефракионного минимума составляет θo = 30о (от 75 до 105о относительно направления на поверхность). Расчетные пространственные спектры без учета объемного рассеивания приведены на фиг. 2. Производился прием шума моря в полосе частот Δ F= 100 Гц в течение интервалов времени Т= 60с. Выбор интервала Т сделан, исходя из неравенства (3) из заданного значения εсл= 1% . Была сформирована характеристика направленности приемной антенны с раствором 5о на средней частоте работы гидролокатора fо= 1200 Гц при расположении главного максимума характеристики направленности по горизонту. На выходе этого тракта измерялся средний квадрат напряжения, по формуле (4) была определена I. Предварительно были измерены помехи

Figure 00000044
и
Figure 00000045
, обусловленные движением и жизнеобитанием подводного аппарата. В соответствии с руководствами по нормированию и контролю этих помех измерения осуществлялись при волнении моря менее 1 балла, при удалении от берега не менее 30 миль в акватории с илистым грунтом глубиной не менее 200 м. Эти помехи определяются для разных скоростей хода аппарата. Одновременно формировалась характеристика направленности, близкая к полусфере (использовался один приемный элемент антенны), и была определена Iэкв по формуле (5). По формуле (1) было найдено, что коэффициент объемной реверберации
αоб= 10-8 1/м.In accordance with the proposed method, the vertical distribution of the speed of sound was measured using a speed meter (Fig. 1). It was determined that the immersion depth sonar carrier apparatus 200 m, a minimum value of the angle is refrakionnogo θ o = 30 ° (from 75 to 105 relative to the direction of the surface). The calculated spatial spectra without volume scattering are shown in FIG. 2. Sea noise was received in the frequency band Δ F = 100 Hz for time intervals T = 60 s. The choice of the interval T is made on the basis of inequality (3) from the given value ε sl = 1%. A directivity characteristic of the receiving antenna with a solution of 5 о was formed at the average sonar frequency f о = 1200 Hz with the main maximum horizontal directivity being located. At the output of this path, the average square of the voltage was measured, I was determined by formula (4) I. Interferences were previously measured
Figure 00000044
and
Figure 00000045
due to the movement and life of the underwater vehicle. In accordance with the guidelines for the regulation and control of these disturbances, measurements were taken at sea waves of less than 1 point, at a distance of at least 30 miles from the shore in muddy areas with a depth of at least 200 m. These disturbances are determined for different speeds of the apparatus. At the same time, a directivity pattern was formed that was close to the hemisphere (one receiving element of the antenna was used), and I equiv was determined by formula (5). By the formula (1), it was found that the volume reverberation coefficient
α rev = 10 -8 1 / m.

Измерительные тракты предварительно были отградуированы по чувствительности методом сравнения с рабочим гидрофоном. Кроме того, были измерены характеристики направленности и по ним графическим методом определены значения коэффициентов концентрации. The measuring paths were previously calibrated for sensitivity by comparison with a working hydrophone. In addition, the directivity characteristics were measured and the concentration coefficients were determined using the graphical method.

Анализ погрешности показал, что случайная составляющая погрешности εсл при выбранном усреднении Т= 60 с пренебрежимо мала:
εсл=

Figure 00000046
Figure 00000047
1,5% , методические погрешности обусловлены принятыми предположениями о неизменности уровня помех от шумов аппарата, предположением о сферической индикатрисе рассеивания. Они характерны и для способа-прототипа и не превышают εм= 8% .An analysis of the error showed that the random component of the error ε sl for the selected averaging T = 60 s is negligible:
ε sl =
Figure 00000046
Figure 00000047
1.5%, methodological errors due to accepted assumptions about the invariance of the level of interference from apparatus noise, the assumption of a spherical scattering indicatrix. They are typical for the prototype method and do not exceed ε m = 8%.

Кроме того, оценивались и погрешности εуи из-за изменения условий измерений, в частности при внезапном набеге шквала суммарная погрешность
εΣ=

Figure 00000048
16% .Furthermore, estimated error ε and yi due to changes in the measurement conditions, particularly when a sudden squall raid total error
ε Σ =
Figure 00000048
sixteen% .

Сопоставление определения αоб по предлагаемому способу и по способу-прототипу показали удовлетворительное совпадение (20% ).Comparison of the definition of α about the proposed method and the prototype method showed a satisfactory match (20%).

Таким образом, предлагаемый способ практически реализуем. Thus, the proposed method is practically feasible.

Реализация способа осуществлялась с помощью устройства, блок-схема которого приведена на фиг. 3. Устройство содержит параллельно-последовательно соединенные гидроакустическую антенну 2, состоящую из n электроакустических преобразователей 1, блок 3 предварительных усилителей и фильтров, блок 4 формирования характеристики направленности, первый АЦП 5, вычислитель 6

Figure 00000049
, вычислитель 7 I, вычислитель 8, а также содержит последовательно соединенные второй АЦП 9, вход которого соединен с выходом предварительного усилителя центрального в антенне электроакустического преобразователя, вычислитель 10
Figure 00000050
, вычислитель 11 Iэкв, выход которого соединен с вторым входом вычислителя 8 αоб. Кроме того, устройство содержит блок 12 памяти
Figure 00000051
и блок 13 памяти
Figure 00000052
, выходы которых соединены соответственно с вторым и третьим входами вычислителя 7, блок 14 памяти
Figure 00000053
и блок 15 памяти
Figure 00000054
, выходы которых соединены соответственно с вторым и третьим входами вычислителя 11 Iэкв, блок 16 памяти β, выход которого соединен с третьим входом вычислителя αоб, а также блок 17 управления, синхровходы которого соединены соответственно с синхровходами АЦП 5 и 9, вычислителей 6 и 10, блоков 12 и 13 и 14 и 15, вычислителей 7 и 11, блока 16, вычислителя 8.The method was implemented using a device, a block diagram of which is shown in FIG. 3. The device contains a parallel-series-connected sonar antenna 2, consisting of n electro-acoustic transducers 1, block 3 pre-amplifiers and filters, block 4 for the formation of directivity, the first ADC 5, calculator 6
Figure 00000049
, a calculator 7 I, a calculator 8, and also contains a second ADC 9 connected in series, the input of which is connected to the output of a pre-amplifier of an electro-acoustic transducer central in the antenna, a calculator 10
Figure 00000050
, the calculator 11 I equiv , the output of which is connected to the second input of the calculator 8 α about . In addition, the device comprises a memory unit 12
Figure 00000051
and memory unit 13
Figure 00000052
the outputs of which are connected respectively with the second and third inputs of the calculator 7, the memory unit 14
Figure 00000053
and memory block 15
Figure 00000054
Whose outputs are connected respectively to second and third inputs of the calculator 11 Iekv unit 16 Memory β, whose output is connected to the third input of the calculator α error, and the control unit 17, the clock of which are respectively connected to the clock the ADC 5 and 9, the calculators 6 and 10 , blocks 12 and 13 and 14 and 15, calculators 7 and 11, block 16, calculator 8.

Блок 17 управления содержит последовательно соединенные генератор 18 пеленговых сигналов, синхровыход которого соединен с синхровходами АЦП 5 и 9, первую линию 19 задержки, синхровыход которой соединен с синхровходами вычислителей 6 и 10, вторую линию 20 задержки, синхровыход которой соединен с синхровходами блоков 12, 13, 14 и 15, третью линию 21 задержки, синхровыход которой соединен с синхровходами вычислителей 7 и 11, четвертую линию 22 задержки, синхровыход которой соединен с синхровходом блока 16, пятую линию 23 задержек, синхровыход которой соединен с синхровходом вычислителя 8. The control unit 17 contains a serially connected generator 18 of direction-finding signals, the sync output of which is connected to the sync inputs of the ADC 5 and 9, the first delay line 19, the sync output of which is connected to the sync inputs of the computers 6 and 10, the second delay line 20, the clock output of which is connected to the sync inputs of the blocks 12, 13 , 14 and 15, the third delay line 21, the sync output of which is connected to the synchro inputs of the computers 7 and 11, the fourth delay line 22, the sync output of which is connected to the sync input of the block 16, the fifth delay line 23, the sync output of which is connected n with the sync input of the transmitter 8.

Работает устройство следующим образом. The device operates as follows.

По результатам измерений помех аппарата-носителя гидролокатора по правилам руководства по контролю и нормированию шумности в блоки 12 и 14 памяти заносятся данные о помехах-шумах аппарата для разных скоростей хода. В блоки 13 и 15 памяти заносятся паспортные параметры градуировки приемных трактов, а также средние значения ρc для данной акватории. В блок 16 памяти заносятся табличные данные о затухании звука в море β. В вычислителе 7 формируется характеристика направленности с малым уровнем добавочных максимумов обычно за счет использования Чебышевского распределения. Раствор главного максимума располагается по горизонту. Он выбирается заведомо уже, чем угол рефракционного минимума θo. В вычислителях 6 и 10 дискретизованные значения преобразуются в

Figure 00000055
и
Figure 00000056
.According to the results of measurements of the noise of the sonar carrier vehicle according to the rules of the noise control and noise regulation, data on the noise-noise of the device for different speeds are entered into memory blocks 12 and 14. In the blocks 13 and 15 of the memory are entered passport calibration parameters of the receiving paths, as well as the average values of ρ c for this area. In the block 16 of the memory is entered tabular data on the attenuation of sound in the sea β. In calculator 7, a directivity characteristic is formed with a low level of additional maxima, usually due to the use of the Chebyshev distribution. The solution of the main maximum is horizontal. He is obviously chosen narrower than the angle of the refraction minimum θ o . In calculators 6 and 10, the sampled values are converted to
Figure 00000055
and
Figure 00000056
.

В вычислителях 7 и 11 с учетом данных блоков 12, 13, 14, 15 памяти вычисляются I и Iэкв. В вычислителе вычисляется αоб с учетом данных о I и Iэкв и значения β для средней частоты гидролокации. Блок 17 управления обеспечивает синхронизацию работы всего устройства. Данные об αоб подаются на блок прогнозирования дальности действия гидролокатора.In calculators 7 and 11, taking into account the data of memory blocks 12, 13, 14, 15, I and I eq . In the calculator, α vol is calculated taking into account data on I and I equiv and β value for the average sonar frequency. The control unit 17 provides synchronization of the operation of the entire device. Data on α ob are fed to the sonar range prediction unit.

Claims (4)

1. СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТА ОБЪЕМНОГО РАССЕЯНИЯ ЗВУКА В ОКЕАНИЧЕСКОЙ СРЕДЕ, включающий направленный прием рассеянного звукового поля приемным трактом, установленным на погруженном движущемся аппарате, отличающийся тем, что в качестве звукового поля используют шумы моря при волнении моря два балла и более, осуществляют два вида пространственной фильтрации принятых шумов моря одновременно, посредством тракта с остронаправленной антенной формируют характеристику направленности с раствором главного максимума меньшим угла рефракционного минимума шумов моря в вертикальной плоскости, расположенным в пределах этого угла, и добавочными максимумами, при которых принятая этими добавочными максимумами энергия шумов по крайней мере в десять раз меньше энергии шума моря, принятого в пределах главного максимума, а также посредством приемного тракта со слабонаправленной антенной формируют характеристику направленности, близкую к полусфере с осью, направленной вперед по направлению движения аппарата в горизонтальной плоскости, и измеряют на выходах трактов с остронаправленной и слабонаправленной антеннами средние квадраты электрических напряжений
Figure 00000057
и
Figure 00000058
соответственно, предварительно с помощью тех же трактов производят прием шумов подводного аппарата на скоростях его движения тех же, что и приеме шумов моря, и при волнении моря менее одного балла, и измеряют средние квадраты электрического напряжения на выходе трактов с остронаправленной и слабонаправленной антенной
Figure 00000059
и
Figure 00000060
соответственно, а коэффициент объемного рассеяния определяют по формуле
λоб=
Figure 00000061
·
Figure 00000062
-1
Figure 00000063
,
где β - коэффициент затухания звука в океанической среде, табулированный для данной акватории;
Kпp , Kпс , γпp , γпс- - коэффициент концентрации и чувствительность трактов с остронаправленной и слабонаправленной соответственно.1. METHOD FOR DETERMINING THE VOLUME SCATTERING SOUND COEFFICIENT IN THE OCEANIC ENVIRONMENT, including the directional reception of the scattered sound field by a receiving path mounted on an immersed moving apparatus, characterized in that two or more sea noise are used as the sound field for sea waves, they carry out two types of spatial filtering the received noise of the sea at the same time, by means of a path with a highly directional antenna form a directivity characteristic with a solution of the main maximum smaller than the angle of ref of the minimum sea noise in the vertical plane located within this angle, and additional maxima at which the noise energy received by these additional maxima is at least ten times less than the sea noise energy accepted within the main maximum, as well as through a weakly directed receiving path the antenna form a directivity characteristic close to the hemisphere with the axis directed forward in the direction of the apparatus in the horizontal plane, and measure at the outputs of the paths from average and square antennas
Figure 00000057
and
Figure 00000058
accordingly, previously using the same paths, the noise of the underwater vehicle is received at the speeds of its movement the same as the reception of noise of the sea, and when the sea is less than one point, and the average squares of the voltage at the output of the paths with a highly directional and weakly directed antenna are measured
Figure 00000059
and
Figure 00000060
respectively, and the volume scattering coefficient is determined by the formula
λ about =
Figure 00000061
·
Figure 00000062
-1
Figure 00000063
,
where β is the sound attenuation coefficient in the ocean environment, tabulated for a given water area;
K pp , K ps , γ pp , γ ps - is the concentration coefficient and sensitivity of the paths with highly directed and weakly directed, respectively. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что прием шумов моря осуществляют в интервалах времени T, ограниченных неравенством
Figure 00000064
≅ T<Tст,
где εсл - требуемая средняя квадратическая погрешность определения шумов моря;
Tст - минимальный интервал времени, на котором шум моря является стационарным;
ΔF - полоса частот, которое определяют коэффициент объемного рассеяния.2. The method according to p. 1, characterized in that the reception of sea noise is carried out in time intervals T, limited by the inequality
Figure 00000064
≅ T <T Art
where ε SL - the required mean square error of determining the noise of the sea;
T article - the minimum time interval at which the noise of the sea is stationary;
ΔF is the frequency band that determines the volume scattering coefficient. 3. Способ по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что для определения угла рефракционного минимума шумов моря в вертикальной плоскости измеряют скорость звука у поверхности, дна моря и на глубине определения коэффициента приводного рассеяния. 3. The method according to PP. 1 and 2, characterized in that to determine the angle of the refractive minimum of the noise of the sea in the vertical plane measure the speed of sound at the surface, bottom of the sea and at a depth of determining the coefficient of drive scattering. 4. Способ по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что дополнительно производят усреднение средних квадратов напряжений
Figure 00000065
и
Figure 00000066
, ранее усредненных в интервале времени T, по ансамблю n реализации за время Tобщ = nТ.4. The method according to PP. 1 and 2, characterized in that they additionally average the average square of the voltage
Figure 00000065
and
Figure 00000066
, previously averaged over the time interval T, over the ensemble n of implementation for the time T total = nT.
SU5028455 1992-02-24 1992-02-24 Method for determining coefficient of volumetric acoustic dispersion in oceanic medium RU2012070C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU5028455 RU2012070C1 (en) 1992-02-24 1992-02-24 Method for determining coefficient of volumetric acoustic dispersion in oceanic medium

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU5028455 RU2012070C1 (en) 1992-02-24 1992-02-24 Method for determining coefficient of volumetric acoustic dispersion in oceanic medium

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2012070C1 true RU2012070C1 (en) 1994-04-30

Family

ID=21597446

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
SU5028455 RU2012070C1 (en) 1992-02-24 1992-02-24 Method for determining coefficient of volumetric acoustic dispersion in oceanic medium

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2012070C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2776959C1 (en) * 2021-07-05 2022-07-29 Акционерное Общество "Концерн "Океанприбор" Method for determining the speed of sound

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2776959C1 (en) * 2021-07-05 2022-07-29 Акционерное Общество "Концерн "Океанприбор" Method for determining the speed of sound

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7330399B2 (en) Sonar system and process
JP5801527B2 (en) Method and apparatus for characterizing sea fish populations
US5122990A (en) Bottom tracking system
Dalen et al. The influence of wind‐induced bubbles on echo integration surveys
US20030076742A1 (en) Acoustic doppler channel flow measurement device
US20130235699A1 (en) System and method of range estimation
RU75062U1 (en) DOPPLER LOCATION SYSTEM
RU2451300C1 (en) Hydroacoustic navigation system
RU2559159C1 (en) Ice thickness measuring method
RU2541435C1 (en) Method of determining iceberg immersion
RU2460088C1 (en) Method of detecting local object on background of distributed interference
RU2012070C1 (en) Method for determining coefficient of volumetric acoustic dispersion in oceanic medium
Schock et al. Spatial and temporal pulse design considerations for a marine sediment classification sonar
Sathishkumar et al. Echo sounder for seafloor object detection and classification
Foote et al. Standard-target calibration of an acoustic backscatter system
Menakath et al. k-Wave as a Modelling Tool for Underwater Acoustical Imaging
Gavande et al. Review on Ultrasonic Techniques for Underwater Object Classification
JP7429448B2 (en) underwater detection device
RU98254U1 (en) MULTI-FREQUENCY CORRELATION HYDROACOUSTIC LAG
RU2795577C1 (en) Multi-frequency correlation method for measuring current velocity
MacLennan et al. Simple calibration technique for the split-beam echo-sounder
KR101928799B1 (en) Acoustic Backscatter Data Processing device of Bathymetric Sonar For material information generation
RU2029314C1 (en) Method of measuring directional characteristic of hydroacoustic aerial
RU2664981C2 (en) Parametric ice fathometer
Voloshchenko et al. The Underwater Ultrasonic Equipment with the Nonlinear Acoustics Effect’s Application