Пред.
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165 166 167 168 169 170 171 172 173 174 175 176 177 178 179 180 181 182 183 184 185 186 187 188 189 190 191 192 193 194 195 196 197 198 199 200 201 202 203 204 205 206 207 208 209 210 211 212 213 214 215 216 217 218 219 220 221 222 223 224 225 226 227 228 229 230 231 232 233 234 235 236 237 238 239 240 241 242 243 244 245 246 247 248 249 250 251 252 253 254 255 256 257 258 259 260 261 262 263 264 265 266 267 268 269 270 271 272 273 274 275 276 277 278 279 280 281 282 283 284 285 286 287 288 289 290 291 292 293 294 295 296 297 298 299 300 301 302 303 304 305 306 307 308 309 310 311 312 313 314 315 316 317 318 319 320 321 322 323 324 325 326 327 328 329 330 331 332 333 334 335 336 337 338 339 340 341 342 343 344 345 346 347 348 349 350 351 352 353 354 355 356 357 358 359 360 361 362 363 364 365 366 367 368 369 370 371 372 373 374 375 376 377 378 379 380 381 382 383 384 385 386 387 388 389 390 391 392 393 394 395 396 397 398 399 400 401 402 403 404 405 406 407 408 409 410 411 412 413 414 415 416 417 418 419 420 421 422 423 424 425 426 427 428 429 430 431 432 433 434 435 436 437 438 439 440 441 442 443 444 445 446 447 448 449 450 451 452 453 454 455 456 457 458 459 460 461 462 463 464 465 466 467 468 469 470 471 472 473 474 475 476 477 478 479 480 481 482 483 484 485 486 487 488 489 490 491 492 493 494 495 496 497 498 499 500 501 502 503 504 505 506 507 508 509 510 511 512 513 514 515 516 517 518 519 520 521 522 523 524 525 526 527 528 529 530 531 532 533 534 535 536 537 538 539 540 След.
Макеты страниц
Распознанный текст, спецсимволы и формулы могут содержать ошибки, поэтому с корректным вариантом рекомендуем ознакомиться на отсканированных изображениях учебника выше Также, советуем воспользоваться поиском по сайту, мы уверены, что вы сможете найти больше информации по нужной Вам тематике ДЛЯ СТУДЕНТОВ И ШКОЛЬНИКОВ ЕСТЬ
ZADANIA.TO
6.2.2. ШумПрисутствие шума в конечном счете ограничивает возможности любой системы обработки гидролокационных сигналов даже при наличии очень качественной информации об окружающей водной среде, которую можно использовать для прогнозирования характеристик распространения акустических волн. В общем случае шумы делятся на внешние, собственные и реверберационные. Внешний шум является фоновым, как правило аддитивным и образуется многочисленными посторонними источниками акустической энергии, не представляющими интереса для оператора гидролокатора. Его можно наблюдать в пассивном режиме без излучения энергии. Собственный шум представляет собой шум ближней зоны, поступающий в гидролокационную систему при движении судна. Он может состоять из машинных, кавитационных или струйных шумов, возбуждаемых двигательной установкой и гидродинамическими силами. Реверберационный шум создается в активной системе за счет ложных отражателей, или целей. Чтобы наблюдать реверберационный шум, нужно излучить энергию, поэтому характеристики этого шума сильно зависят от вида излучаемого колебания. При описании внешнего шума основное внимание уделяется пространственной и временной зависимостям этого шума. Хотя при измерениях в различные времена года и в разных географических районах наблюдаются заметные вариации шумов, в целом характер зависимостей для различных источников шумов изучен уже достаточно хорошо. Для описания частотной зависимости Рис. 6.9. (см. скан) Спектр внешнего шума в океане [23]. акустических шумов часто используется обобщенный график Венца [23], изображенный на рис. 6.9. В диапазоне 1 —10 Гц внешний шум часто обусловлен турбулентностью в океане и сейсмической активностью океанического дна. В диапазоне 10—300 Гц основными источниками шума являются корабли, причем за последние годы в связи с возросшей интенсивностью судоходства средний уровень шума ,на таких частотах возрос. Форма спектра в этом диапазоне очень сильно зависит от близости к судоходным линиям и может соответствовать тональным сигналам, так как основная часть шумов возбуждается вращающимися частями двигательных установок. В качестве примера отметим, что в любой момент времени в Северной Атлантике одновременно находится приблизительно две-три тысячи судов. На частотах выше 300 Гц важную роль начинают играть воздействие ветра и поверхностные волнения, поэтому шум в данном диапазоне подвержен влиянию погоды. Наконец, на высоких частотах (порядка 100 кГц), расположенных за пределами частотного диапазона большинства (хотя и не всех) гидролокационных систем, преобладает тепловой шум молекул воды. Что касается пространственной зависимости внешнего шума, т. е. его направленности, то в открытой печати этот вопрос подробно не освещается. Однако принято считать, что на низких частотах максимум интенсивности ориентирован по горизонтали, так как основными источниками шума (в этом диапазоне являются жорабли, находящиеся на большом удалении. На более высоких частотах максимум интенсивности шума направлен по вертикали, поскольку сам шум является результатом воздействия погодных факторов на водную поверхность [24—26]. Если прием производится вблизи судов, то зачастую по акустическим шумам судов удается определить как направления на отдельные суда, так и спектры их шумов. Описание пространственной структуры внешнего шума возможно в спектральной области; обычно для этой цели используется волновая векторная функция от волнового числа. Свойства этой функции аналогичны свойствам спектров временных функций. Оценки временной и пространственной структур поля внешнего шума через его энергетический спектр и (или) функцию волнового числа имеют особенно важное значение для пассивных гидролокационных систем. Ниже этот вопрос будет рассмотрен значительно подробнее, Реверберационный шум образуется за счет того, что энергия, излучаемая активной системой, отражается от посторонних объектов, отличных от Представляющих интерес целей. С точки зрения Происхождения реверберационный шум часто подразделяют на граничный и объемный. Объемная реверберация создается за счет рассеяния на частицах или пузырьках, содержащихся в воде. Существует несколько источников объемного рассеяния в воде. Чаще всего приходится иметь дело с глубинным рассеивающим слоем, пузырьками воздуха и взвешенными частицами. Глубинное рассеяние имеет биологическое происхождение. В течение дня глубинный рассеивающий слой перемещается на 200—1000 км; в диапазоне частот 1,5-25 кГц он имеет несколько селективных резонансов. Пузырьки воздуха образуются в воде за счет работы двигателей судов и турбулентности поверхностного слоя водьг Хотя доля пузырьков воздуха в воде очень незначительна, создаваемое ими рассеяние достаточно велико за счет того, что их плотность сильно отличается от плотности воды. Пузырькам воздуха также свойственны ярко выраженные резонансные эффекты, обусловленные колебаниями пузырьков. Кроме того, в воде содержится большое количество различных взвешенных частиц, начиная с больших, таких, как рыбы, и заканчивая малыми — типа планктона, причем все они могут рассеивать энергию. Главный вывод заключается в том, что объемная реверберация существует всегда и может сильно ограничить возможности гидролокационных систем. Причиной граничной реверберации является наличие отражений от водной поверхности и дна океана. На больших расстояниях по горизонтали от источников звука граничная реверберация вообще начинает играть преобладающую роль, так как акустическая волна распространяется посредством многократных отражений от границ водной среды. Характеристики этих границ оказывают существенное влияние на характер распространения акустических сигналов, поэтому ниже они будут рассмотрены отдельно. Хотя для понимания природы реверберации важно знать ее истинные механизмы, с точки зрения обработки сигналов нас будет прежде всего интересовать, как акустическая энергия, рассеянная при реверберации, связана с дальностью, доплеровским смещением частоты и направлением в пространстве. В качестве модели реверберационного рассеяния удобнее всего использовать линейный фильтр со случайными коэффициентами, зависящими от времени и, возможно, от направления в пространстве. Для статистического описания таких фильтров, моделирующих реверберационное рассеяние, часто применяются функции рассеяния. С помощью этих функций или подобных им и применяя статистический подход, делается попытка количественно описать рассеяние акустической энергии в среде в зависимости от дальности и доплеровского смещения частоты. Эти функции играют важную роль при выборе эффективных сигналов активных гидролокационных систем, поэтому они будут рассмотрены ниже в разделе, посвященном активным системам.
|
1 |
Оглавление
|