Значение гидроакустическая станция в большой советской энциклопедии, бсэ. Радиотехническое и навигационное оборудование Гидроакустическая станция мг 7

Станция Основа погружена во тьму. Ни в станционном здании, ни в пристанционных домиках - ни огонька. Я, наивный, изучил карту, думал, выйду по Вокзальной улице на проспект Гагарина, а там на чем-нибудь доеду до центра, такси поймаю, если что. Да, щас. В этой полной тьме гораздо

Для борьбы с подводными лодками противника США совместно с союзниками по НАТО и Японией создали в Атлантическом и Тихом океанах глубоко эшелонированную систему противолодочного наблюдения. В нее входят разнообразные силы и средства, в том числе стационарные, корабельные и авиационные гидроакустические. Все они предназначены для обнаружения подводных лодок противника и выдачи по ним целеуказания. Их действие основано на использовании главного демаскирующего признака ПЛ — шумов винтов и механизмов.

Шумы винтов наблюдаются в довольно широком диапазоне, а механизмов — в очень узком, в виде отдельных дискретных частот. Спектральный анализ шумов позволяет не только определить местонахождение подводной цели и элементы ее движения, но также довольно точно идентифицировать ее и выявить государственную принадлежность. С увеличением скорости лодки возрастает интенсивность составляющих ее шумов во всем диапазоне частот. Однако максимум излучения приходится на низкочастотную область: наибольшая интенсивность уровня излучения подводных целей и минимум потерь при их распространении. Анализ соотношения данных параметров дал толчок к началу разработки гидроакустических станций, работающих в низкочастотном диапазоне (10-300 Гц).

Принятие на вооружение ВМС многих стран мира современного высокоэффективного противолодочного оружия, управляемого с помощью боевых информационных систем на основе новейшей вычислительной техники, привело к тому, что гидроакустические средства ПЛ большую часть времени должны работать в пассивном режиме. Кроме того, пассивные станции могут обнаружить цель на дальности, превышающей дистанцию применения ею оружия. Так, возникла острая необходимость повышения точности шумопеленгования пассивных ГАС, достаточной для выработки данных стрельбы, а также решения проблемы прослушивания кормовых курсовых углов надводного корабля или подводной лодки, находящихся в области гидроакустической тени. Реализовать данные требования стало возможным за счет использования в гидроакустических комплексах низкочастотных ГАС с буксируемыми антеннами.

Дальность обнаружения подводных лодок зависит от следующих характеристик пассивных ГАС: показатель направленности антенны (от него зависит пространственная избирательность); уровень собственных помех; порог обнаружения (дифференциал распознавания), определяемый для заданной вероятности обнаружения цели и распознавания ложных тревог.

На направленность антенны оказывают влияние характеристики гидрофонов, их количество и взаимное расположение. Поэтому применяются приемные антенны большой длины, работающие в низкочастотном диапазоне, гибкие протяженные буксируемые антенны (ГПБА). Конструктивно ГПБА представляет систему, состоящую из соединенных между собой акустических модулей, содержащих гидрофоны и электронные схемы предварительной обработки сигналов (рис. 2). Чувствительность гидрофонов во многом определяется материалом, из которого они изготовлены. В современных системах используются пьезоэлектрическая керамика и пьезополимеры. На обоих концах гидрофонной секции антенны находятся специальные модули, поглощающие вибрацию, что позволяет значительно повышать скорость буксировки без снижения качества работы.

Каждый гидрофон соединен с кабель-тросом, по которому сигналы через схемы предварительной обработки передаются на борт корабля, где проходят окончательную обработку в бортовой аппаратуре или передаются в береговой центр обработка информации.

Графически характеристику направленности ГПБА можно представить в виде тела, имеющего форму объемного кольца с присоединенными к нему дополнительными конусами, образованными боковыми лепестками характеристики направленности. Трехмерная характеристика направленности круглой плоской антенны имеет более простую форму — прожекторный луч, обладающий симметрией вращения относительно нормали к плоскости и окруженный боковыми лепестками (рис. 3),

Сравнивая графические и аналитические выражения направленности ГПБА и плоской антенны можно сделать вывод, что с увеличением длины у протяженных антенн значительно улучшается показатель характеристики направленности по сравнению с плоскими антеннами, так как характеристики последних в большей степени ограничены их размерами. Пространственной ориентацией характеристики направленности протяженной антенны можно управлять либо механическим ее поворотом, либо путем включения последовательно или параллельно с каждым элементом акустической антенны соответствующих фазирующих цепей, обеспечивающих поворот оси максимальной чувствительности в заданном направлении. С 80-х годов в ГАС стал эффективно внедряться метод цифрового формирования диаграммы направленности.

В обнаружении подводных лодок средства с ГПБА приобрели особое значение, так как применение антенн протяженностью сотни метров позволило сместить их рабочий диапазон в область низких звуковых и инфразвуковых частот, К тому же разнесенность в пространстве антенны и корабля-носителя за счет использования длинных буксиров снижает влияние собственных шумов корабля на рабочие характеристики ГАС.

К числу недостатков ГПБА можно отнести отсутствие возможности непосредственно измерять дальность до цели (для этого прибегают к триангуляционному методу). Положение антенны в пространстве относительно корпуса корабля постоянно меняется. Она может отклоняться от диаметральной плоскости корабля за счет длины гибкого кабель-троса, произвольно изменять заглубление из-за неравномерного хода носителя и плотности воды, вибрировать по причине местных возмущений водной среды, вращаться вокруг собственной оси за счет скручивания буксировочного троса (рис. 4). Это сказывается на точности пеленгования.

Создание первых моделей систем с ГПБА началось в США в 1963 году, а в 1966-м были проведены морские испытания системы TASS (Towed Array Sonar System) с антенной длиной около 100 м и диаметром 7,5 см. Полученные к 1967 году данные испытаний и результаты научных разработок позволили начать работы по созданию образцов с ГПБА для подводных лодок (программа STASS — Submarine Towed Array Sonar System) и для надводных кораблей (TACTASS — Tactical Towed Array Sonar System).

Для обеспечения эффективной работы в пассивном режиме в рамках программы STASS была разработана протяженная буксируемая система ТВ-16. Она предназначена для ГАК AN/BQQ-5, который в течение последних лет оставался главным в ВМС США средством гидроакустического обнаружения подводных лодок типа «Лос Анджелес» и ПЛАРБ «Огайо». Конструктивно антенна ТВ-16 представляет собой линейную систему диаметром 82,5 мм, состоящую из гидрофонов, заключенных в оболочку из полимерного материала. В целях уменьшения шумов обтекания и снижения сопротивления антенна заострена с обоих концов.

ГАК AN/BQQ-6 в основном представляет собой модифицированный вариант ГАК AN/BQQ-5. Схемы размещения антенных устройств в комплексах аналогичны (сферическая носовая, бортовая, конформная носовая и ГПБА). В состав ГАК AN/BQQ-6 входит также шумопеленгаторная станция инфразвукового диапазона. Первоначально антенна ТВ-16 крепилась непосредственно к буксирному устройству подводных лодок. Впоследствии ее разместили в кожухе, который крепился снаружи к корпусу лодки. Антенна оснащена также устройством для отсоединения ее от ПЛ в экстренных случаях. При буксировке ГПБА скорость лодки падает примерно на 0,5 уз. Длина кабель-буксира 800 м для AN/BQQ-5 и 720 м для AN/BQQ-6. Антенна ставится и убирается с помощью гидравлического устройства, которым также можно регулировать ее длину. Антенна ТВ-16 обеспечивает работу пассивных ГАС в диапазоне частот от 10 Гц до нескольких килогерц и обнаружение подводных целей в пределах 15-90 км.

Пути дальнейшего повышения эффективности ГАС с ГПБА подводных лодок специалисты видят в смещении рабочего диапазона в сверхнизкочастотную область спектра (единицы герц) для обнаружения ПЛ по тональным сигналам. Обнаружение таких сигналов предполагается осуществлять с помощью тонкой линейной буксируемой антенны ТВ-23, длина которой в перспективе составит 2000 м. Установка таких антенн в составе ГАК AN/BQQ-5D проводится в ходе планового ремонта многоцелевых атомных подводных лодок ВМС США. Антенны при этом размещаются в цистернах главного балласта ПЛА.

Использование ГПБА с надводных кораблей имеет ряд особенностей. В частности, у них лучшие возможности по постановке и выборке протяженных антенн, а также менее лимитирован их вес, то есть длина антенны может быть гораздо больше, чем у ПЛ. Однако, они не могут быстро изменить глубину буксировки антенны. Преимущественно на надводные корабли рассчитана программа TACTASS, предусматривающая разработку ГАС, способных обеспечить решение тактических задач на дальности до нескольких десятков километров и работающих в диапазоне средних частот.

Основные характеристики ГАС, созданных по программе TACTASS, приведены в табл. 1.

Первой серийной станцией, предназначавшейся для надводных кораблей ВМС США, была AN/SQR-15. Она позволяла мобильно вести гидроакустическое наблюдение за ПЛ противника, однако в целом обладала ограниченными возможностями. В настоящее время станция еще состоит на вооружении отдельных кораблей ВМС США.

Тактическая ГАС AN/SQR-18 рассчитана на обеспечение ПЛО корабельных соединений. Она совершеннее, чем AN/SQR-15, обладает большей дальностью действия. Постановка и выборка протяженной антенны ГАС производятся с помощью подъемно-опускного устройства антенны ГАС AN/SQS-35, к обтекателю которой она крепится через кабель-трос. Предварительные усилители гидроакустических сигналов также размещены в обтекателе антенны ГАС AN/SQS-35, аппаратура обработки и отображения информации находится на борту корабля. Модернизированная станция ГАС AN/SQR-18A содержит электронное устройство, устраняющее с экрана индикатора засветки от собственных шумов, акустических шумов корабля-носителя и имеющее лучшую систему сопровождения.

ГАС AN/SQR-19 предназначена для обнаружения и классификации подводных лодок во время сопровождения конвоев и выполнения задач по обеспечению авианосных соединений. Станция регистрирует температуру, электропроводность морской воды, в зависимости от гидрологии моря определяет глубину погружения антенны, оптимальную для прослушивания. В рабочем режиме антенна буксируется за кораблем ниже слоя скачка для уменьшения помех корабля-буксировщика.

По оценкам западных специалистов, станция обеспечивает в 10 раз большую дальность обнаружения и в 2 раза лучшую точность пеленгования, чем AN/SQR-18, а вероятность поражения целей в 2 раза выше. Число ПЛ, обнаруженных с помощью ГАС AN/SQR-19 в различных районах Мирового океана в разное время года, в среднем в 11 раз превышает количество лодок, обнаруженных с использованием ГАС AN/SQR-18A. Дальность обнаружения ПЛ с помощью AN/SQR-19 при нахождении в зоне конвергенции достигает 65 км, в благоприятных гидроакустических условиях и на оптимальных скоростях буксировки — 100 км, при привлечении вертолетной системы LAMPS МкЗ — 125 км.

Задачи дальнего обнаружения подводных лодок противника могут решаться с помощью гидроакустических станций, разработанных в рамках программы SURTASS (Surveillance Towed Array Sonar System). Реализация данной программы началась ещё в 1974 году. Предполагалось создать ГАС дальнего обнаружения, способную определять местоположение ПЛ, находящихся во второй и третьей зонах конвергенции. Работы над опытным образцом продолжались почти восемь лет.

Новая ГАС AN/UQQ-2 (SURTASS) предназначалась для судов дальнего гидроакустического наблюдения типа «Сталворт» Они используют протяженную буксируемую антенну длиной 1220 м, которая может выпускаться за корму на 1830-м кабеле для покрытия диапазона глубины 150-450 м, В настоящее время в составе командования морских перевозок США насчитывается десять судов типа «Сталворт» (полное водоизмещение 2262 т, длина 68,3 м, ширина 13,1 м, осадка 4,5 м, максимальная скорость 11 уз, дальность плавания 4000 миль, экипаж 30-33 человека, из них девять офицеров). Три из них используются для борьбы с контрабандой наркотиков, один участвует в выполнении научных исследований в области гидроакустики, один находится в ремонте, пять заняты патрулированием в зонах низкой эффективности системы SOSUS в целях повышения вероятности обнаружения ПЛ или уточнения их координат триангуляционным методом (четыре на Атлантике, ВМБ Литл-Крик, и один на Тихом океане, ВМБ Пёрл-Харбор). Патрулирование обычно выполняется в течение 30-60 суток на скорости 3 уз, при этом судно может пройти 6450 миль.

Кроме того, еще шесть судов данного типа заняты в программах различных ведомств, В случае необходимости все 16 судов могут быть направлены на патрулирование.

В 1986 году началась разработка нового судна-катамарана типа «Викториес». Его полное водоизмещение 3396 т, длина 71,5 м. ширина 28,5 м, осадка 7,6 м, максимальная скорость 16 уз (3 уз при патрулировании), экипаж 32 человека. Оно имеет лучшие мореходные качества при патрулировании в открытом море малым ходом, чем суда типа «Сталворт». В настоящее время в составе ВМС четыре катамарана типа «Викториес».

TACAN/UQQ-1 (SURTASS) обеспечивает прием шумовых сигналов в более низкочастотной области акустического спектра, чем остальные ГАС с ГПБА. По сообщению зарубежных источников, она способна обнаруживать ПЛ на дальностях свыше 150 км, а в отдельных случаях — около 550 км. Дальность классификации составляет 140 км. Точность пеленгования ГАС в большей мере зависит от формируемой электронным методом характеристики направленности и в меньшей — от изменения положения антенны. Точность пеленгования составляет 2-5°.

Продолжаются работы по снижению влияния шума носителя на ГАС системы SURTASS, В настоящее время станции стали оснащаться специальными фильтрами, удаляющими с дисплея оператора рассеянный собственный шум корабля.

Серьезным недостатком мобильной системы дальнего обнаружения подводных лодок SURTASS является уязвимость. Считается, что при возникновении конфликта противник в первую очередь будет стремиться уничтожить суда гидроакустического наблюдения, чтобы обеспечить безопасность своих ПЛ. Поэтому в качестве носителя ГАС системы SURTASS предлагается использовать ПЛ, что приведет к существенному снижению уязвимости системы и обеспечит скрытность наблюдения в мирное время.

Организация обработки информации, принимаемой ГАС системы SURTASS, предусматривает первичную обработку на борту судна и последующий детальный анализ в одном из двух береговых центров обработки информации (Норфолк, Пёрл-Харбор), куда она передается по линии спутниковой связи. При необходимости информация транслируется непосредственно на корабли ПЛО, находящиеся в районе наблюдения. В береговых центрах производится окончательная обработка данных, включающая корреляцию информации, поступающей от различных судов гидроакустического наблюдения. В современных низкочастотных гидроакустических комплексах аналоговые сигналы от гидрофонов преобразуются в цифровые с использованием адаптивного метода, основанного на теории оптимальной фильтрации, что обеспечивает высокую гибкость функционирования систем и низкий уровень ложных срабатываний в условиях помех. Применяемая для этого вычислительная аппаратура обладает заранее введенной избыточностью и является самонастраивающейся.

Гидроакустическая информация, принимаемая ГАС AN/SQR-19, обрабатывается процессором AN/UYS-2 в структуре автоматизированной системы управления противолодочным оружием AN/SQQ-89, в которой ГАС с ГПБА совместима с активной встроенной ГАС AN/SQS-53. Процессор осуществляет формирование характеристики направленности антенны, широкополосную обработку для первоначального обнаружения и анализа относительного движения цели, корреляцию поступающих гидроакустических сигналов, а также данных вертолетной системы LAMPS МкЗ.

В 1995 году автоматизированные системы AN/SQO-89 поступили на вооружение примерно 130 надводных кораблей. В настоящее время данная система проходит модернизацию, связанную с улучшением математического обеспечения и усовершенствованием аппаратуры. Кроме того, для кораблей охранения авианосцев разрабатывается новая боевая система ПЛО с улучшенными характеристиками.

Особое внимание уделяется созданию процессора для комплексной обработки гидроакустических сигналов. В лодочных комплексах сигналы обрабатываются распределенными по отсекам многочисленными процессорами ЭВМ AN/UYK-43 и комплексом AN/BSY-1. Предусмотрено объединение данных, полученных с помощью активных и пассивных ГАС. Программное обеспечение системы объемом 4,5 млн. строк размещается в 100 универсальных и 50 специализированных процессорах. Всего вычислительная аппаратура комплекса AN/BSY-1 занимает 117 стоек, ее масса 32 т. Базовой операцией средств цифровой обработки сигналов в системах с ГПБА является быстрое преобразование Фурье.

По мнению специалистов, можно существенно улучшить возможности гидроакустического вооружения посредством широкого внедрения интеллектуальных алгоритмов обработки информации, использования новейших технологий в области вычислительной техники, улучшения структуры средств обнаружения, совершенствования энергетических показателей интерфейса «человек – ЭВМ» и повышения качества подготовки операторов. Снижение вероятности пропуска целей предполагается добиться за счет передачи части функций оператора интеллектуальным алгоритмам, в частности четырем их видам:

— Алгоритм повышения эффективности эксплуатации ГАС. Он способствует облегчению восприятия информации оператором при обнаружении и классификации целей. Так, в ГАС, работающих на относительно высоких частотах, доплеровский сдвиг из-за взаимного движения цели и носителя ГАС между частотой эхо-сигнала и центральной частотой реверберационной помехи составлял 50 Гц и более, то есть был различим на слух. Снижение рабочих час-гот ГАС с ГПБА привело к тому, что доплеровский сдвиг оказался в пределах 50 Гц и стал неразличим для оператора. Процессор DEP (Doppier Enhancement Processor), реализующий алгоритм повышения эффективности эксплуатации ГАС, устраняет этот недостаток. Он адаптивно подавляет реверберацию, усиливает эхо-сигнал и сдвигает его относительно помехи на величину, обеспечивающую значение доплеровского сдвига, не превышающего порог чувствительности оператора. Благодаря этому значительно уменьшается вероятность ложной тревоги.

— Алгоритм автоматического выбора режима работы и определения канала обработки. Он обеспечивает мгновенную оценку «поля шумов», окружающих условий и других характеристик, способствующих оптимальному выбору средств обнаружения и режимов работы. Оператор оповещается об изменениях окружающей среды и тактической обстановки.

— Алгоритм дежурного режима. С его помощью выделяется канал, в котором обнаружен сигнал, и вырабатывается сигнал, предупреждающий оператора.

— Алгоритм адаптивной обработки. Согласует работу процессора с параметрами обнаруженного сигнала.

По мере развития новых средств обнаружения с ГПБА интеллектуальные алгоритмы будут оказывать значительную помощь в решении задач ПЛО.

Состав стандартных средств, использующихся для обработки информации в системах с ГПБА, и их производительность показаны в табл. 2.

Не решена проблема обеспечения более высокой точности пеленгования целей и улучшения работы в условиях сильных локальных помех. С увеличением дистанции до цели возрастает погрешность обнаружения места цели. Например, при точности пеленгования 1° на дистанции 50 км протяженность области возможного нахождения цели составляет 1 км. Поэтому наибольший эффект дает применение антенн в сочетании с палубными противолодочными вертолетами и другими надводными кораблями для уточнения контакта и применения оружия.

Снижение шумности ПЛ ставит проблемы в области новых разработок и модернизации существующих ГАС, решение которых будет осуществляться, главным образом, за счет дальнейшего снижения рабочего диапазона пассивных и активных ГАС, разработки технологии активных ГАС низкочастотного диапазона и новых станций на основе волоконной оптики.

Одним из перспективных направлений развития средств с ГПБА считается создание активно-пассивных низкочастотных систем. Конструктивно они состоят из крупногабаритной излучающей и пассивной буксируемой антенн. По сообщению зарубежных источников, такие системы будут иметь значительные преимущества при обнаружении и сопровождении целей по сравнению с существующими (например, AN/SQR-19), так как излучаемый сигнал может содержать отличительные признаки по частоте, виду модуляции, ширине полосы, уровню. К этому необходимо добавить, что на низких частотах потери при распространении сигнала в водной среде наименьшие. Поскольку дискретные составляющие спектра шумов располагаются, главным образом, в низкочастотной области, то звукопоглощающие покрытия перестают быть эффективными.

Гидроакустическая станция - средство звукового обнаружения подводных объектов с помощью акустического излучения.

По принципу действия гидролокаторы бывают:
Пассивные - позволяющие определять место положения подводного объекта по звуковым сигналам, излучаемым самим объектом.
Активные - использующие отражённый или рассеянный подводным объектом сигнал, излучённый в его сторону гидролокатором.

Упрощённая блок-схема гидроакустической станции: а - шумопеленгатора (1 - неподвижная акустическая система, 2 - компенсатор, 3 - усилитель, 4 - индикаторное устройство); б - гидролокатора (1 - подвижная акустическая система, 2 - обтекатель, 3 - поворотное устройство, 4 - переключатель «приём-передача», 5 - генератор, 6 - усилитель, 7 - индикаторное устройство)

Акустическая система гидроакустической станции составляется из многих электроакустических преобразователей (Гидрофонов - у принимающих Г. с., вибраторов - у приёмоизлучающих Г. с.) для создания необходимой характеристики направленности приёма и излучения. Преобразователи размещаются (в зависимости от типа и назначения Г. с.) под днищем корабля на поворотно-выдвижном устройстве или в стационарном обтекателе, проницаемом для акустических колебаний, встраиваются в наружную обшивку корабля, монтируются в буксируемом кораблём или опускаемом с вертолёта контейнере, устанавливаются поверх опорной конструкции на дне моря. Компенсатор вносит в переменные токи, протекающие в электрических цепях разнесённых друг от друга гидрофонов, сдвиг фаз, эквивалентный разности времени прихода акустических колебаний к этим гидрофонам. Численные значения этих сдвигов показывают угол между осью характеристики направленности неподвижной акустических системы и направлением на объект. После усиления электрические сигналы подаются на индикаторное устройство (телефон или электроннолучевую трубку) для фиксирования направления на шумящий объект. Генератор активной Г. с. создаёт кратковременные электрические импульсные сигналы, которые затем излучаются вибраторами в виде акустических колебаний.
В паузах между ними отражённые от объектов сигналы принимаются теми же вибраторами, которые на это время присоединяются переключателем «приём- передача» к усилителю электрических колебаний. Расстояние до объектов определяется на индикаторном устройстве по времени запаздывания отражённого сигнала относительно прямого (излучаемого).

Г. с., в зависимости от их типа и назначения, работают на частотах инфразвукового, звукового и (чаще) ультразвукового диапазонов (от десятков гц до сотен кгц), излучают мощность от десятков вт (при непрерывном генерировании) до сотен квт (в импульсе), имеют точность пеленгования от единиц до долей градуса, в зависимости от метода пеленгования (максимальный, фазовый, амплитудно-фазовый), остроты характеристики направленности, обусловленной частотой и размерами акустические системы, и способа индикации. Дальность действия Г. с. лежит в пределах от сотен метров до десятков и более км и в основном зависит от параметров станции, отражающих свойств объекта (силы цели) или уровня его шумового излучения,а также от физических явлений распространения звуковых колебаний в воде (рефракции и реверберации) и от уровня помех работе Г. с.,создаваемых при движении своего корабля.

Г. с. устанавливают на подводных лодках, военных надводных кораблях (рис. 2), вертолётах, на береговых объектах для решения задач противолодочной обороны, поиска противника, связи подводных лодок друг с другом и с надводными кораблями, выработки данных для пуска ракето-торпед и торпед, безопасности плавания и др. На транспортных, промысловых и исследовательских судах Г. с. применяют для навигационных нужд, поиска скоплений рыбы, проведения океанографических и гидрологических работ, связи с водолазами и др. целей.