поверхностную, определяемую рассеиванием звука водной поверхностью и неоднородностями в приповерхностном слое;

донную, характеризующуюся рассеяниями от неровностей дна.

С точки зрения математического описания законов убывания среднего уровня реверберации с расстоянием (или во времени), ее можно разделить на: объемную, граничную (рассеяние звука границей раздела двух сред) и реверберацию от слоя (рассеиватели сконцентрированы в слое).

Результаты экспериментов свидетельствуют о том, что в некоторых случаях донная и поверхностная реверберации характеризуется одними и теми же закономерностями, присущими рассеянию либо от границы, либо от слоя.

Тем не менее задача данной научной работы состоит в классическом разделении на виды и последовательном рассмотрении особенностей энергетических характеристик объемной и поверхностной ревербераций в черноморском подводном звуковом канале (ПЗК), а также влияния донной реверберации на обнаружение подводных объектов.

Объемная реверберация в черноморском ПЗК. Объемная реверберация обусловлена наличием в морской воде взвешенных частиц, пузырьков, планктона и других неоднородностей. Она имеет место уже в момент излучения сигнала. Для изучения свойств реверберации в черноморских ПЗК была разработана методика проведения экспериментов по изучению свойств реверберации. Суть ее состояла в следующем. После предварительных зондирований, уточняющих профиль скорости звука, совмещенный источник -- приемник звука (антенна опускаемого гидролокатора) -- размещался на оси ПЗК. Район проведения эксперимента выбирался таким образом, чтобы предельные лучи не выходили к поверхности и морскому дну. После излучения гидроакустических сигналов на выходе приемного устройства гидролокатора фиксировались данные о реверберации: интенсивность и протяженность засветки на индикаторах, вызванная реверберационной помехой, продолжительность и характер спада интенсивности реверберации на самописцах и других регистраторах (рис. 1).

По результатам экспериментов были выявлены следующие закономерности, отличающие объемную реверберацию в черноморском ПЗК.

Рис. 1. Схема проведения эксперимента по изучению свойств реверберации

Если перепад скорости звука подводного звукового канала был равен (10 2) м/с, то протяженность засветки на индикаторах и отметок на самописцах от реверберации не превышала 5-7 км.

Увеличение перепада скорости звука до 15-20 м/с приводило к увеличению продолжительности реверберации. Протяженность засветок и отметок от нее увеличивалась до 9-11 км.

Рост контрастности черноморского ПЗК в летний период до 25-30 м/с, а затем до 35-40 м/с вызывал увеличение протяженности этих засветок до 12-15 км и 16-22 км соответственно. Поэтому первой особенностью реверберации в черноморском ПЗК является ее зависимость от перепада скорости звука. Чем больше этот перепад, тем продолжительнее объемная реверберация.

Второй особенностью является зависимость от ширины ПЗК. Чем уже канал при одинаковых перепадах скорости звука, тем продолжительность реверберации больше. По результатам экспериментов с профилями, сглаженными и искривленными за счет перегиба в верхней части ПЗК (рис. 2), была получена следующая устойчивая зависимость.

Рис. 2. Влияние перегиба верхней части ПЗК на реверберацию

Уменьшение ширины ПЗК на 20-30 м за счет перегиба его верхней части увеличивает продолжительность реверберации в два раза. Так, при величине перепада скорости звука 10 м/с уменьшение ширины ПЗК на 20-30 м приводит к устойчивому увеличению засветки на индикаторах с 5-7 км до 9-14 км. Если перепад скорости звука равен 20 м/с, аналогичное уменьшение ширины ПЗК приводит к увеличению протяженности отметок от реверберации с 9-11 км до 20-22 км.

Деформации (искажения) верхней части ПЗК мезомасштабными неоднородностями скорости звука, например, в результате интенсивного волнения и других, так же приводит к увеличению продолжительности реверберации.

Многолетняя статистика позволила установить, что, если наибольшие деформации верхней части ПЗК отличаются от фона на 1 м/с, то продолжительность реверберации увеличивается в 2-2,5 раза. В случае, если максимальные искажения превышают фоновый профиль на 1,5 м/с то продолжительность реверберации возрастает в 3-4 раза. Например, для ПЗК с перепадом скорости звука 10 м/с искажение верхней границы мелкомасштабными неоднородностями относительно фона до 1 м/с приводит к возрастанию засветки на индикаторах до 12-15 км. Если же искажения равны 1,5 м/с то отметки от реверберации увеличатся до 17-22 км (рис. 3). Это -- третья особенность, характеризующая объемную реверберацию в черноморском ПЗК.

Рис. 3. Воздействие мелкомасштабных неоднородностей на реверберацию в ПЗК

Заметим, что изменения заглубления антенн относительно оси ПЗК на 15-30 м (при условии невыхода предельных лучей к поверхности и дну) не приводит к изменению реверберационной картины.

Энергетическая характеристика поверхностной реверберации. Действие поверхностной реверберации начинается с момента прихода эхо-сигнала от поверхности. Поэтому наиболее интересными аспектами поверхностной реверберации являются ее энергетические характеристики в дальней зоне акустической освещенности (ДЗАО).

Методика и схема проведения экспериментов по изучению поверхностной реверберации осталась практически без изменений. Отличие состояло в том, что использовались подкильные гидролокаторы средней и большой мощности, позволяющие выходить в дальние зоны акустической освещенности. Районы проведения экспериментов выбирались таким образом, чтобы исключить влияние дна и минимизировать влияние других неоднородностей ПЗК. По результатам выполненных экспериментов установлена следующая зависимость интенсивности поверхностной реверберации от состояния водной поверхности.

Во время штилевой погоды интенсивность реверберации в первой ДЗАО достигает 38-45 дБ, ярко засвечиваясь на экранах индикаторов. Во второй ДЗАО поверхностная реверберация неустойчиво регистрировалась только на самописцах. Ее уровень не превышал 155 дБ. Волнение водной поверхности в виде зыби силой в 2-3 балла приводит к тому, что интенсивность реверберации возрастает до 22-36 дБ. Во второй ДЗАО она устойчиво наблюдается на индикаторах гидролокаторов и равна 105-145 дБ. Это объясняется тем, что в штилевую погоду у водной поверхности наилучшие отражающие характеристики. Рассеянный в обратном направлении сигнал во второй ДЗАО настолько мал, что обнаруживается неустойчиво. В случае волнения водной поверхности в виде зыби, с одной стороны сохраняются благоприятные условия для отражения звуковых волн, с другой гораздо большая их часть переизлучается в обратном направлении.

Статистические данные интенсивности поверхностной реверберации в глубоководном сглаженном ПЗК (С = 15-20 м/с).

При ветровом волнении силой 2-3 балла интенсивность реверберации в первой ДЗАО практически не изменяется (см. таблицу). Но, уменьшение длины волн с 50-80 м при зыби до 20-30 м при ветровом волнении, по всей видимости, изменяет условия отражения и рассеяния так, что интенсивность реверберации во второй ДЗАО не превышает 125 дБ.

Увеличение высоты ветровых волн до двух метров незначительно увеличивает интенсивность реверберации в первой ДЗАО. Во второй ДЗАО она только эпизодически регистрировалась на самописцах. Как пример на рис. 4 изображена рекордограмма с записью поверхностной реверберации.

Рис. 4. Фрагмент рекордограммы с записью поверхностной реверберации

Влияние донной реверберации на обнаружение подводных объектов. Донная реверберация обусловлена наличием дна. Ее интенсивность зависит от глубины моря, типа грунта, рельефа морского дна. Среднестатистические значения донной реверберации в шельфовых районах не превышают 40-50 дБ. Но в районах, где морское дно имеет устойчивый подъем примерно 5-10 м на километр и более вдоль акустических трасс, интенсивность реверберации резко возрастает до 15-25 дБ. Здесь образуются устойчивые зоны маскирования, которые не позволяют обнаружить подводные объекты. Для проверки этих теоретических выводов был спланирован и проведен следующий эксперимент.

В одном из районов моря с уклоном дна 10 м на километр в точке с глубиной 400 м располагалась научно-исследовательская станция (НИС). Гидрологическим разрезом, выполненным по маршруту движения подводного аппарата из шести станций, был зафиксирован одинаковый сглаженный профиль скорости звука. Ось ПЗК на глубине 70 м, перепад скорости звука -- 25 м/с. Грунт -- ил. Гидрометеообстановка в период проведения эксперимента не изменялась и характеризовалась слабым ветром переменных направлений и отсутствием волнения.

Предварительными измерениями, при размещении антенн на горизонте 40 м, была определена интенсивность донной реверберации, которая не превышала 25-30 дБ, и протяженность зон маскирования (интенсивной яркостной засветки на индикаторе кругового обзора) от 14 до 30 км.

Заглубление антенн на семидесятиметровую глубину привело к увеличению интенсивности до 15-20 дБ и приблизило зону маскирования на 3 км. Погружение антенн на стометровую глубину практически не привело к изменению интенсивности донной реверберации, но зона маскирования сместилась и теперь располагалась на удалении 8 км от НИС.

Подводный аппарат должен был занять горизонт 60 м и со скоростью 3-5 узлов удаляться от НИС в сторону берега, через два часа всплыть в надводное положение на сеанс радиосвязи, а затем снова следовать на глубине 40-50 м.

После погружения подводного аппарата, с ним был установлен гидроакустический контакт на удалении 6,8 км. Акустическая антенна располагалась на глубине 100 м. На расстоянии 8,2 км, когда подводный аппарат вошел в зону маскирования, контакт с ним был потерян -- интенсивность реверберации превышала полезный сигнал от подводного аппарата. Размещение антенны на горизонте 70 м привело к восстановлению устойчивого надежного контакта. На дистанции 12,5 км, когда аппарат вошел в зону маскирования, расположенную на 70 метровой глубине, контакт повторно был потерян.

Подъем антенны на сорокаметровую глубину позволил восстановить контакт и устойчиво поддерживать его, пока подводный аппарат третий раз не вошел в зону маскирования на расстоянии 14,1 км (рис. 5).

При всплытии подводного аппарата и его повторном погружении на индикаторе кругового обзора он не обнаруживался.

Рис. 5. Схема проведения эксперимента в мае 1985 года

Выводы

реверберация черноморский подводный звуковой

1. Параметры объемной реверберации определяются характеристиками черноморского подводного звукового канала: его шириной, перепадом скорости звука, стратификационными неоднородностями.

2. Интенсивность поверхностной реверберации в дальней зоне акустической освещенности зависит от степени волнения водной поверхности и достигает максимального значения при высоте поверхностных волн около одного метра.

3. В районах, где морское дно имеет устойчивый подъем, за счет интенсивной донной реверберации образуются зоны маскирования, затрудняющие обнаружение подводных объектов.

Литература

1. Андреева И.В., Волкова А.Б., Копыл Е.А. Энергетические спектры сигналов, рассеянных в обратном направлении взволнованной поверхностью // Акуст. гидр. -- 1983. -- Т. 29. -- № 2. -- С. 146-151.

2. Дивизинюк М.М. Акустические поля Черного моря. -- Севастополь: Гос. Океанариум, 1998. -- 352 с.

3. Ольшевский В.В. Статистические свойства морской реверберации. -- М.: Наука, 1966. -- 202 с.

Размещено на Allbest.ru