Бистатический сонар - Bistatic sonar

Наиболее сонар системы являются моностатическими, поскольку передатчик и приемник находятся в одном месте. Бистатический сонар описывает, когда передатчик и приемник (-ы) разделены расстоянием, достаточно большим, чтобы быть сопоставимым с расстоянием до цели.

Бистатический против моностатического

Потери при распространении (передаче)

Это потеря уровня звука, которая происходит во время прохождения звукового импульса от проектора к цели и от цели к приемнику. Есть 3 разных механизма, вызывающих потеря передачи: сферическое (или цилиндрическое на мелководье) растекание, поглощение и рассеяние на неоднородностях среды океана. Потери при передаче (TL) пропорциональны дальности (чем дальше распространяется звук, тем больше потери) и частоте звука. В моностатическом сонаре звук сначала распространяется от проектора к цели, а затем таким же образом обратно от цели к приемнику, поэтому двусторонние потери составляют всего 2TL, где TL - односторонние потери. В бистатическом сонаре общие потери (в децибелах) равны сумма TLpt (от проектора к цели) и TLtr (от цели к приемнику).

Мертвая зона бистатического сонара

Мертвая зона

В моностатическом сонаре первое, что слышит приемник, - это звук передаваемого сигнала. Этот уровень звука очень высок, и невозможно обнаружить эхо в течение периода времени τ. Это означает, что цели не обнаруживаются в пределах круга радиуса Cτ / 2, где C - скорость звука в воде. Эту зону обычно называют «мертвой зоной». Если гидролокатор находится близко к поверхности, дну или к обоим (что может случиться на мелководье), мертвая зона может быть больше Cτ / 2 из-за высокого уровня реверберации.

В бистатическом сонаре расстояние перемещения от проектора до цели и от цели до приемника составляет R = Rpt + Rtr . Поскольку проектор отделен от ресивера Rпр расстояние, первый Rпр / C секунд после начала пинга, получатель просто ждет. По истечении этого времени он получает прямой сигнал от проектора (часто называемый «прямой поток»,[1]), который длится τ секунд. Таким образом, гидролокатор не может обнаруживать цели внутри эллипса R = Rpr + Cτ, как показано на рисунке. Высокий уровень реверберации в области проектора не влияет на мертвую зону.

Диаграмма рассеяния цели

Диаграмма рассеяния цели

Цели не отражают звук во всех направлениях. Механизм отражения звука (или рассеяния на цели) сложен, потому что цель - не просто жесткий шар. Уровень рассеянного звука зависит от угла β, под которым цель освещается проектором, а также изменяется в зависимости от направления рассеяния угла α (см. Локальные оси цели Z {x, y}). Эти углы часто называют аспектами. Эта функция уровня рассеянного звука в зависимости от (α, β) называется диаграммой рассеяния S (α, β). Направление максимального эхо-сигнала (максимум S (α, β)) также зависит от формы и внутренней структуры цели. Так что иногда лучший обволакивающий аспект не совпадает с лучшим аспектом приема.

Это приводит к бистатическому решению. Рассеяние цели становится еще более сложным, если цель закопана (или частично захоронена) в донных отложениях моря. (Это случается с морскими минами, контейнерами для отходов, затонувшими кораблями и т. Д.) В этом случае на механизм рассеяния влияют не только характеристики цели, но также взаимодействие звуковой волны между целью и окружающим дном.

Особые классы бистатических сонаров

Обратное и прямое рассеяние

Моностатический прием сонара
Бистатическое обратное рассеяние
Бистатическое рассеяние вперед

В моностатический сонар приемник слушает эхо, которое отражается (рассеивается) прямо от цели. Статический сонар может работать двумя способами: используя либо обратное рассеяние цели, либо прямое рассеяние. Обратное рассеяние бистатический сонар - это сонар, в котором бистатический угол φ меньше 90 °.Прямое рассеяние физические явления основаны на Принцип Бабине. Бистатический гидролокатор с прямым рассеянием - это гидролокатор, в котором бистатический угол φ больше 90 °.

Псевдомоностатический сонар

Это гидролокатор с небольшим бистатическим углом. Другими словами, оба диапазона от проектора до цели Rpt и от цели к приемнику Rtr намного больше, чем расстояние от проектора до приемника Rпр.

Мультистатический сонар

Это многоузловая система с более чем одним проектором, приемником или обоими.

Приложения

Наблюдение на большом расстоянии
Сеть приемников с одним проектором
Низкочастотный буксируемый гидролокатор
Обнаружение захороненных предметов

Наблюдение на большом расстоянии

Для прибрежного наблюдения большая приемная группа гидрофонов обычно развертывается близко к берегу и соединяется кабелями с наземным центром обработки данных. Для обнаружения цели на большом расстоянии (вдали от берега) можно использовать мощный мобильный проектор, развертываемый с корабля. В системе такого типа используется идея «приблизить проектор к области интереса и уменьшить потери передачи».

Наблюдение за большой площадью с помощью одного проектора и сети приемников

Система этого типа является мультистатической. В нем используется идея «покрыть интересующую область редкой сетью приемников и озвучить всю область с помощью мощного проектора». Приемные узлы могут быть гидроакустические буи (с радиосвязью с центром обработки) или автономными подводными аппаратами (АНПА) с акустической связью.[2] Примером является проект GOATS,[3] использование АНПА в качестве приемных узлов.

Низкочастотный буксируемый гидролокатор

Чем ниже частота, тем меньше компоненты поглощения и рассеяния потерь при передаче. С другой стороны, чем ниже частота, тем больше размер направленного проектора и приемной матрицы. Таким образом, развертываемый на корабле гидролокатор дальнего действия представляет собой низкочастотный гидролокатор с бистатической буксируемой антенной решеткой с пространственно разделенными проектором и приемной решеткой. Примером может служить буксируемый гидролокатор LFATS.[4]

Обнаружение закопанного объекта

Чтобы обнаружить закопанный объект, передаваемый сигнал должен проникать на дно. Для этого требуется мощный и направленный проектор. Затем направленный приемник следует разместить в точке, где отражение «цель + окружающее дно» является наилучшим. Это бистатическая система. Примером является проект SITAR,[5] разработан для поиска таких предметов, как контейнеры с токсичными отходами и мины.

Основные преимущества бистатического и мультистатического гидролокатора:[нужна цитата ]

  • Снижение затрат на закупку и обслуживание (при использовании стороннего передатчика)
  • Работа без частотного разрыва (при использовании передатчика стороннего производителя)
  • Скрытая операция ресивера
  • Повышенная устойчивость к электронным мерам противодействия, поскольку форма используемого сигнала и местоположение приемника потенциально неизвестны
  • Возможное увеличенное радиолокационное сечение цели из-за геометрических эффектов

К основным недостаткам бистатического и мультистатического гидролокатора относятся:[нужна цитата ]

  • Сложность системы
  • Затраты на обеспечение связи между сайтами
  • Отсутствие контроля над передатчиком (при использовании стороннего передатчика)
  • Сложнее развернуть
  • Уменьшение покрытия на низком уровне из-за необходимости прямой видимости из нескольких мест

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Кокс Х. Основы бистатического активного сонара. В кн .: «Обработка подводных акустических данных» Я. Т. Чана (редактор). Спрингер, 1989 г.
  2. ^ Сяолун Ю. Проводная беспроводная связь с использованием высокоскоростных акустических модемов. MTS / IEEE Oceans 2000, Том 1. С. 417-422
  3. ^ Те-Чи Луи, Шмидт Х. Обнаружение и сопровождение целей на морском дне с помощью АНПА. MTS / IEEE Oceans 2002 г., Том 1. С. 474-478
  4. ^ П. К. Сенгупта. Конкурентные преимущества LFATS для подводных боевых действий на мелководье. FORCE, июнь 2005 г., стр. 8-10.
  5. ^ М. Коши, А. Каити, П. Блондель и Н. Жасундре. Возможный алгоритм классификации целей в геометриях бистатического сонара. В: "Граничные воздействия в высокочастотной акустике мелководья", Н.Г. Пейдж и П. Блондель (редакторы), Университет Бата, Великобритания, 2005 г.

Источники

дальнейшее чтение

  • N. K. Naluai et al. Бистатические приложения обработки интенсивности. Журнал акустического общества Америки, 2007, 121 (4), стр. 1909–1915.
  • Дж. Р. Эдвардс, Х. Шмидт и К. Лепейдж, "Обнаружение цели с бистатической синтетической апертурой и формирование изображений с помощью АНПА", IEEE Journal of Oceanic Engineering, 2001, 26 (4): стр. 690–699
  • И. Люцифреди и Х. Шмидт. Докритическое рассеяние на заглубленных упругих оболочках. Журнал акустического общества Америки, 2006 г., 120 (6), стр. 3566–3583, 2006 г.
  • Низкочастотный буксируемый гидролокатор Captas Nano. www.thalesgroup.com/naval
  • J.I. Боуэн и Р.В. Митник. Методология прогнозирования мультистатической производительности. Технический дайджест Johns Hopkins APL, 1999, т.2, № 3, стр. 424–431