Модель параметрической антенны для морской среды с изменяющимся параметром нелинейности Текст научной статьи по специальности «Физика»

Очевидно, что для решения данной проблемы наряду с предложенной в данной статье концепцией ее анализа и структурной декомпозиции многоуровневой интегрированной информационной системы управления предприятием с позиции системотехнического подхода требуется также применение теории больших систем, в том числе для минимизации сроков внедрения, минимизации риска и максимизации вероятности успеха.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Волкова В.Н., Денисов А.А. Основы теории систем и системного анализа. - СПб.: СпбГУ, 1999.

2. Варфоломеев В.И., Воробьев С.Н. Принятие управленческих решений. - М.: Куди-цобраз, 2001.

3. Ларичев О.И., Мошкович Е.М. Качественные методы принятия решений. - М.: Наука, 1996.

4. Трахтенгерц Э.А. Компьютерная поддержка принятия решений. - М.: Синтег, 1998.

5. Трахтенгерц Э.А. Субъективность в компьютерной поддержке принятия решений.

- М.: Синтег, 2001. - 256 с.

6. Ларичев О.И. Проблемы построения эффективных систем поддержки принятия решений. - М.: ВНИИСИ, 1988.

7. Бушуев С.И., Осадчий А.С., Фролов В.М. Теоретические основы создания информационно-технических систем. - СПб: ВАС, 1998.

8. Воскресенский В.В., Доценко С.М., Чудаков О.Е. Информационное обеспечение управления и флот/ Под ред. Королькова Г.Н. - СПб: Ника, 2002.

9. ГОСТ 15.001-88. Система разработки и постановки продукции на производство. Продукция производственно-технического назначения. - М.: Идз-во стандартов, 1988.

МОДЕЛЬ ПАРАМЕТРИЧЕСКОЙ АНТЕННЫ ДЛЯ МОРСКОЙ СРЕДЫ С ИЗМЕНЯЮЩИМСЯ ПАРАМЕТРОМ НЕЛИНЕЙНОСТИ

С. А. Борисов, М. А. Раскита

Таганрогский государственный радиотехнический университет

Гидроакустические параметрические антенны (ПА), обладая такими характеристиками, как широкополосность и постоянство высоких направленных свойств в широкой полосе частот излучаемых сигналов, являются уникальным инструментом в изучении дистанционными методами гидрофизических полей океана. Одной из наиболее значимых для ПА характеристик морской среды является параметр нелинейности є . При расчетах характеристик ПА параметр нелинейности принимают обычно за постоянную величину [1]. Однако, как показано в работах некоторых авторов, например [2], параметр нелинейности є в морской среде может существенно зависеть от ее микроструктуры. Особенно сильно эта взаимосвязь проявляется в верхних слоях океана из-за повышенной концентрации в этих слоях парогазовых пузырьков [2].

В данной работе предложена расчетная модель параметрической антенны, учитывающая пространственную изменчивость параметра нелинейности. В отличие от модели авторов [3], в основе которой лежит принцип аппроксимации функциональной зависимости параметра нелинейности от координаты ступенчатой функции и соответствующего суммирования амплитуд звуковых давлений, создаваемых от-

дельными парциальными параметрическими антеннами (со своими парциальными постоянными коэффициентами нелинейности), данная модель получена непосредственно из уравнения ХЗК с переменным параметром нелинейности. Решение уравнения ХЗК находилось для круглого гауссова звукового пучка по той же технологии (с преобразованиями Фурье-Бесселя), что и для случая с постоянным параметром нелинейности [1].

Гидрофизические поля океана, в том числе и параметр нелинейности [2], имеют вертикальную стратификацию, поэтому можно считать, что е зависит только от глубины, то есть е = е(г). В результате решения уравнения ХЗК с переменным параметром нелинейности е(г) получим выражение для расчёта характеристик ПА при вертикальном зондировании морской среды (1).

Учитывая, что параметрические антенны представляют собой узкие звуковые пучки в пространстве, расчетную модель (1) можно использовать и в случае наклонного зондирования (при этом неравномерностью распределения параметра нелинейности поперек звукового пучка пренебрегаем):

е(У)ехр

Р-= А •{-

—Ру

2 Г 2 ([ + 1уЬд /1 Д11 Д 2)

1 - 1 (г - у) + у

211

Д

(1)

йу

где

А = /-

2с0 Ро

р 01 р02

Преимуществом рассматриваемой модели является то, что нет необходимости представлять ПА как сумму многих парциальных параметрических антенн с различным значением параметра нелинейности. Некоторая упрощённость модели, как и в [3], заключается в предположении о постоянстве таких характеристик среды, как плотность, скорость и затухание звука.

Рассмотрим на некоторых примерах влияние зависимости параметра нелинейности от глубины на поведение осевого распределения амплитуды звукового давления параметрической антенны. При линейной зависимости параметра нелинейности от глубины его можно представить выражением (при произвольном угле зондирования морской среды)

г

2

а

, ч т (е, — е2)

е(г) = е1 ±-------------2 008а , (2)

к

где е1 и е2 - значения параметра нелинейности у поверхности излучателя и на расстоянии к, соответственно, причем, верхние знаки в выражении (2) относятся к случаю, когда е1 < е2, а нижние - наоборот, е1 > е2.

На рис. 1 представлены осевые распределения амплитуды ВРЧ для случая линейно убывающего с глубиной параметра нелинейности в пределах от е=40 до е=4 при увеличении глубины от к=0 м до к=20 м (при дальнейшем увеличении глубины параметр нелинейности считается постоянным и равным е=4). Причем, кривые на рис. 1,а получены для ПА, излучающей акустические сигналы в направлениях от морской поверхности в глубину, а на рис. 1,6 - при излучении акустических сигналов с глубины к=20 м в сторону поверхности. Кривые 1 на рисунках получены для случаев вертикальных направлений излучения, а кривые 2, 3 и 4 - при излучении под углами к вертикальной оси: 45°, 75° и 90°, соответственно. Очевидно, что кривая 4 на рис. 1,а соответствует постоянному значению параметра нелинейности по трассе

распространения ВРЧ е=40, а кривая 4 на рис. 1,6 соответствует постоянному значению е = 4.

Расчёт проводился для волны разностной частоты ^_=8 кГц, центральной частоты накачки /0=50 кГц, амплитуд звукового давления р01=р02=2-105 Па, при ширине характеристики направленности @0>7=3°.

а б

Рис. 1. Осевые распределения амплитуды давления ВРЧ

Из сравнения кривых на рисунках видно, что направление излучения, а фактически величина и знак пространственного градиента параметра нелинейности, оказывает существенное влияние на характер осевого распределения и уровни амплитуд звукового давления в волне разностной частоты. Особенно интересны зависимости на рис. 1,б, из которых видно, что уровни звукового давления в волне разностной частоты могут расти и после окончания ближней зоны, т.е. в области сферического расхождения (где в параметрических антеннах с постоянным коэффициентом нелинейности всегда наблюдается спад уровней звукового давления). Вертикальными пунктирными линиями на рис. 1,б обозначены расстояния, которые проходят звуковые пучки, излученные под разными углами с глубины 20 м вплоть до поверхности раздела вода-воздух.

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 г, м 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 г, м

Рис. 2. Осевое давление ВРЧ Рис. 3. Распределения параметра нели-

нейности

На рис. 2 приведены для сравнения кривые 1, 2 осевого распределения амплитуд звукового давления в волнах разностной частоты, которым соответствуют законы распределения параметра нелинейности по глубине моря, приведенные на рис. 3 в виде графиков 1 и 2. Кривой 3 на рис. 2 соответствует кривая 3 на рис. 3, полученная экспериментально в работе [2]. Видно, что даже сильные осцилляции параметра нелинейности около своего среднего значения несущественно сказываются на характере поведения осевого распределения амплитуды звукового давления в параметрическом источнике - это является следствием того, что нелинейный эффект генерации волны разностной частоты является накапливающимся эффектом. Кривая 4 на рис. 2 соответствует постоянному значению е=40.

В результате анализа полученных характеристик ПА можно сделать вывод, что рассматриваемая модель расчёта позволяет проследить динамику изменения осевого распределения давления ВРЧ в условиях изменяющегося вдоль трассы распространения акустических волн нелинейного параметра по любому закону.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Новиков Б.К., Руденко О.В., Тимошенко В.И. Нелинейная гидроакустика. - Л.: Судостроение, 1981.- С.264.

2. Буланов В.А.. Введение в акустическую спектроскопию микронеоднородных жидкостей. - Владивосток: Дальнаука, 2001.- 280 с.

3. Воронин В.А., Коновалова С.С., Куценко Т.Н., Тарасов С.П. Модель расчёта характеристик параметрической антенны в приповерхностном слое моря // Известия ТРТУ. Тематический выпуск «Нелинейные акустические системы НЕЛАКС-2003». Материалы научно-технической конференции. - Таганрог, 2003. №6 (35). - С. 111.

ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ ГИДРОАКУСТИЧЕСКОГО ВООРУЖЕНИЯ НАДВОДНЫХ КОРАБЛЕЙ

А. И. Машошин

НИЦ РЭВ ВМФ, г. Пушкин

Целью доклада является изложение существа современных требований к гидроакустическому вооружению (ГАВ) надводных кораблей (нк) и путей их выполнения.

Требования к ГАВ нк должны:

- соответствовать оперативно-тактическим требованиям к кораблю -носителю образца;

- достаточно просто проверяться в ходе морских испытаний;

- быть реализуемыми.

На ГАВ нк в зависимости от класса корабля-носителя возлагается решение следующих задач:

- освещение подводной и надводной обстановки, под которой понимается обнаружение, классификация и определение координат целей заданных классов в интересах решения задач выдачи целеуказания (ЦУ) оружию, противолодочной обороны, противоторпедной защиты, противоминной обороны, противоподводнодивер-сионной обороны;

- обеспечение гидроакустической связи и взаимное опознавание с отечественными подводными лодками (пл);

- поиск мин;