Гидроакустика
Содержание
- 1 Термины и определения гидроакустики
- 2 Применение гидроакустики
- 3 Гидроакустические средства
- 4 Площадная съемка
- 5 Рефракция звука (искривление пути звукового луча)
- 6 Рассеивание и поглощение звука неоднородностями среды
- 7 ПО для гидрографии, гидролокации
- 8 См. также
- 9 Примечания
- 10 Ссылки
Гидроаку́стика — раздел акустики, изучающий излучение, приём и распространение звуковых волн в реальной водной среде (в океанах, морях, озёрах и т. д.) для целей подводной локации, связи и т. п.
Главная особенность подводных звуков — их малое затухание, вследствие чего под водой звуки могут распространяться на значительно бо́льшие расстояния, чем, например, в воздухе.
Кроме затухания, обусловленного свойствами самой воды, на дальность распространения звуков под водой влияют рефракция звука, его рассеяние и поглощение различными неоднородностями среды.
Термины и определения гидроакустики
Список сокращений
Б
Аббревиатура | Значение |
---|---|
БГБО | батиметрический гидролокатор бокового обзора |
В
Аббревиатура | Значение |
---|---|
ВРСЗ | вертикальное распределение скорости звука |
Г
Аббревиатура | Значение |
---|---|
ГАП | гидроакустические преобразователи |
ГАС | гидроакустические средства (системы) |
ГБО | гидролокатор бокового обзора |
ГБОСА | гидролокатор бокового обзора с синтезированной апертурой |
ГИС | географическая информационная система |
ГЛС | гидролокационные станции |
Д
Аббревиатура | Значение |
---|---|
ДД | дальность действия |
ДН | пространственная диаграмма направленности |
К
Аббревиатура | Значение |
---|---|
КИП | коэффициент использования поверхности |
КК | коэффициент концентрации |
КОК | коэффициент осевой концентрации |
КЭМС | энергетический коэффициент электромеханической связи |
КЭМТ | коэффициент электромеханической трансформации |
М
Аббревиатура | Значение |
---|---|
МЛЭ | Многолучевой эхолот |
МГО | Международная Гидрографическая организация |
Н
Аббревиатура | Значение |
---|---|
НИС | научно-исследовательское судно |
О
Аббревиатура | Значение |
---|---|
ОСП | отношение сигнал/помеха |
ОЛЭ | однолучевой эхолот |
П
Аббревиатура | Значение |
---|---|
ПЗК | Подводный звуковой канал |
ПО | порог обнаружения |
Х
Аббревиатура | Значение |
---|---|
ХН | характеристикой направленности источника |
Ц
Аббревиатура | Значение |
---|---|
ЦМР | цифровая модель рельефа |
Ш
Аббревиатура | Значение |
---|---|
ШПС | шумопеленгаторные станции |
Э
Аббревиатура | Значение |
---|---|
ЭГИС | электронная гидрографическая информационная система |
ЭДД | энергетическая дальность действия |
ЭКНИС | электронная картографическая навигационная информационная система |
ЭНК | электронная навигационная карта |
Наиболее распространенные термины
А
Термин | Альтернативное название | Описание |
---|---|---|
активный сонар | active sonar | устройство, выполняющее дистанционные измерения в морской среде путем излучения звуковых волн и обработки эхосигналов от объектов |
акустическая волна | acoustic wave | волна в идеальной безграничной среде которая распространяется без изменения формы, т.к. возмущения настолько малы, что вызываемые ими деформации линейно связаны с упругими силами |
акустически более жесткая среда | среда с большей величиной ρс называют акустически более жесткой | |
акустически более мягкая среда | среда с меньшей величиной ρс называют акустически более мягкой | |
акустически прозрачная граница | см. также полне внутреннее отражение | при ρ2с2 = ρ1c1 коэффициент отражения по давлению (и по колебательной скорости) υ = 0, т. е. на границе раздела отражения не происходит; такую границу называют акустически прозрачной |
акустическое (звуковое) давление | Приращение начального давления, обусловленное акустической волной | |
акустическое поле | область пространства, в пределах которой распространяется акустическая волна | |
акустическое сжатие (уплотнение) | относительное приращение плотности покоящейся среды, вызванное возмущением | |
акустическое сопротивление среды | см. также импеданс | произведение плотности к скорости распространения волны. Чем больше волновое сопротивление среды, тем больше акустическое давление при заданной скорости колебаний частиц |
акустическая энергия | acoustic energy | энергия, переносимая звуковой волной |
акустически освещать | ensonify, illuminate | облучать (заливать) цель или область на морском дне излучаемым звуком |
аппаратура контроля целостности | Integrity monitor | аппаратура, состоящая из СНА вИББ и радиопередатчика, установленная на точке с известными координатами и используемая для слежения (мониторинга) за качеством дифференциального сигнала СИББ. Величина расхождения текущей и известной позиции постоянно контролируется и превышение немедленно передается пользователю тревожным сообщением о невозможности использования системы |
амплитуда | amplitude | измеренная величина колебания волны |
аналоговый сигнал | analog signal | измерение величины, непрерывное во времени без дискретизации данных |
антенная решетка гидрофонов | Массив гидрофонов (hydrophone array) | группа гидрофонов, которые совместно обрабатывают приходящие сигналы, обычно с целью формирования и управления лучами |
Б
Термин | Альтернативное название | Описание |
---|---|---|
батиметрическая модель | Bathymetric Model | цифровое представление топографии (батиметрии) морского дна глубинами и их координатами. |
Бегущая волна | процесс распространения возмущения в среде при котором фиксированное значение потенциала скоростей (или любой величины, характеризующей возмущение) перемещается в сторону возрастающих значений х с постоянной скоростью с независимо от конкретного вида функции | |
ближнее поле | область вблизи центра волны, называют неволновой зоной, так как в ней гидродинамические эффекты перетекания жидкости преобладают над волновыми | |
боковой лепесток ДН | side lobe | второстепенные лепестки ДН по краям основного, в которых чувствительность изменяется в широком диапазоне углов по сравнению с направлением оси основного лепестка; боковых лепестков может быть много |
В
Термин | Альтернативное название | Описание |
---|---|---|
величина «шейдинга» | shading value | величина, добавляемая к сигналу от заданного элемента преобразователя в схеме «шединга» для подавления боковых лепестков |
вертикальное перемещение | heave | мера вертикальных движений судна под воздействием морского волнения |
волновая зона | см. дальнее поле | |
волновое сопротивлением среды | см. акустическое сопротивлением среды | |
волновому уравнение | Уравнение гидроакустики которое определяет функции вектора смещения, ускорения частиц, давления и плотности в любой момент времени в любой точке акустического поля | |
ворота «старт-стоп» | start and stop gates | задаваемые оператором величины, которые ограничивают возможный диапазон времен, на которые программе первичной обработки сонара следует обратить внимание. Могут быть свои для каждого луча |
впадина | Trough | район (полоса) с низким давлением в волновом поле, создаваемый звуковой волной; минимальные значения амплитуд |
временная задержка | time delay | интервал времени, необходимый волне, чтобы пройти между двумя пунктами |
временной сдвиг | фазовый сдвиг (time shift или phase shift) | преобразование сигнала во времени, чтобы получить временное запаздывание |
временной срез | time slice | дискретный временной интервал, содержащий всю информацию, принятую всеми гидрофонами антенной решетки в виде последовательного цифрового набора данных. |
Г
Термин | Альтернативное название | Описание |
---|---|---|
гарантирование качества | quality assurance, QA | все планируемые и систематические действия, необходимые для обеспечения адекватной уверенности в том, что продукт или услуги будут удовлетворять заданным требованиям качества |
гидролокатор (сонар) бокового обзора | sidescan sonar | сонар, измеряющий силу эхосигнала от различных участков морского дна и дающий тем самым информацию о формах рельефа и свойствах донного грунта |
гидрофон | hydrophone | устройство, которое воспринимает акустические коледания в воде, путем преобразования физических колебаний, которые
оно испытывает в результате попадания на него звуковой энергии, в электрическое напряжение |
грубая ошибка (выброс) | blunder | результат небрежности или ошибки, вызванной воздействием внешних факторов, при выполнении измерений. Ошибка может быть обнаружена путем повторных измерений |
Д
Термин | Альтернативное название | Описание |
---|---|---|
дальнее поле | far field | поле на определенном удалении от источника в котором на ограниченной поверхности фронта волна будет локально плоской. режим, в котором дистанция до объекта дистанционного зондирования значительно больше, чем размер устройства, выполняющего дистанционное зондирование, что позволяет упростить математические расчеты путем аппроксимации. В гидроакустике аппроксимации дальнего поля применимы для океанских глубин, которые значительно больше размеров антенн сонаров |
деструктивная интерференция | destructive interference | результат процесса наложения двух характеристик направленности не в фазе таким образом, что пики одной волны совпадают с впадинами другой, эффективно погашая друг друга |
дискриминация шума | noise discrimination | процесс, при котором шум игнорируется, и полезный сигнал извлекается из шума, содержащего входной сигнал сонара |
Дисперсия звука | Зависимость фазовой скорости гармонических звуковых волн от частоты (длины волны) | |
дифферент | Pitch | угол вращения судна вокруг оси, лежащей в плоскости мидель шпангоута |
длинна волны | Wavelength | физическое расстояние между пиками амплитуд в волне |
Ж
Термин | Альтернативное название | Описание |
---|---|---|
Жесткая среда | см. акустически более жесткая среда |
З
Термин | Альтернативное название | Описание |
---|---|---|
Закон сохранения акустической энергии в среде | уменьшение энергии в некотором объеме за единицу времени равно потоку мощности через поверхность, ограничивающую этот объем | |
затухание | Attenuation | любая потеря энергии волны, распространяющейся в среде |
И
Термин | Альтернативное название | Описание |
---|---|---|
излучатель | projector | устройство, излучающее в воду звуковые сигналы |
изотропический источник | isotropic source | источник изотропически расширяющегося сигнала, такого, как одиночный излучатель |
изотропическое расширение | isotropic expansion | расширение передаваемой энергии такой, как звуковая, таким образом, что она распространяется во всех направлениях |
интеграл Кирхгофа | потенциал в точке наблюдения М находят с помощью интеграла Кирхгофа. Интеграл Кирхгофа называют также формулой Грина, поскольку она является следствием Второй формулы Грина | |
интегральные формулы Гюйгенса | Непосредственное использование формулы Кирхгофа для расчета поля представляет значительные трудности, поскольку на излучающей поверхности неизвестны и потенциал, и его нормальная производная. Интеграл Кирхгофа, определяющий поле излучающего тела произвольной формы, для плоской поверхности можно привести к формулам, дающим точное решение задачи при задании на поверхности только одной величины. Такие формулы называют интегральными формулами Гюйгенса. | |
интенсивность звука | Средняя по времени акустическая энергия, переносимая волной через единицу площади фронта волны. Векторная величина, и, как и плотность потока звуковой мощности, ее выражают в ваттах на квадратный метр (Вт/м2). | |
интервал посылок | ping time или ping interval | количество времени, необходимое для возвращения эхосигналов и их обработки между излучением посылок |
интервал сбора | time spacing | интервал между дискретными последовательными цифровыми наборами данных |
интерференция | interference | явление взаимодействия волновых спектров от двух и более источников, которое приводит к появлению новой волновой картины скачков уплотнения. Может быть конструктивной, деструктивной и их комбинацией |
импеданс | Impedance | мера «сопротивляемости» среды волне, проходящей через эту среду. Для звуковой волны импеданс зависит от плотности среды и скорости звука в среде. Удельный акустический импеданс -- величина не зависящая от времени и в общем случае является комплексной. Для плоской волны z = ρс, т. е. импеданс вещественен и равен волновому сопротивлению среды. Удельный акустический импеданс среды выражают в Н • с/м3 |
К
Термин | Альтернативное название | Описание |
---|---|---|
контроль качества | quality control, QC | все процедуры, которые удостоверяют, что продукт отвечает определенным стандартам и техническим требованиям |
компрессионная волна | compressional wave | волна, которая проходит через среду таким образом, что колебания происходят в направлении прохождения |
конструктивная интерференция | constructive interference | результат процесса наложения двух характеристик направленности в фазе таким образом, что их пики и впадины совпадают, создавая новые большие пики и впадины |
крен | roll | угол вращения судна вокруг оси, лежащей в его диаметральной плоскости |
Л
Термин | Альтернативное название | Описание |
---|---|---|
линейная антенная решетка | line array | антенная решетка излучателей или гидрофонов, у которой элементы установлены в линию вдоль оси |
луч | beam | термин, используемый для обозначения фокусировки акустической энергии гидрофонной системой или чувствительности принимаемой акустической энергии внутри созданного узкого пространственного угла |
лучевой метод | Метод представления и вычисления распространения акустических волн. Луч представляет собой вектор, направление которого совпадает с нормалью к фронту волны. Метод обладает физической наглядностью, и его широко применяют при решении прикладных задач. |
М
Термин | Альтернативное название | Описание |
---|---|---|
метаданные | Metadata | информация, описывающая характеристики данных включая неопределенности результатов съемки. Определение по ISO: данные о наборах данных и аспекты их возможного использования. М. являются данными, неявным образом прикрепленными к наборам данных. Примерами метаданных являются: название набора данных, параметры качества, источник данных, неопределенности позиции и
глубин и авторство |
местная скорость звука в воде | local speed of sound | скорость, с которой звук распространяется в воде. В воде скорость звука является функцией температуры, солености и давления (глубины), но не зависит от самих характеристик звукового поля |
многолучевой эхолот | multibeam sonar | инструмент, который может за одну посылку получить координаты и глубину более одной точки на дне с разрешением большим, чем однолучевой эхолот |
модулированные по фронту волны | см. неоднородные волны |
Н
Термин | Альтернативное название | Описание |
---|---|---|
навигационная поверхность | navigation surface | метод представления цифровой модели рельефа дна в результате обработки данных площадной съемки алгоритмом CUBE ( Combined Uncertainty and Bathymetric Estimator) в виде батиметрической модели и поверхности неопределенности с набором правил их визуализации, направленный на обеспечение безопасности мореплавания |
направление плоскости миделя | athwartship, acrosstrack | направление, параллельное плоскости мидель шпангоута судна (или миделя) и перпендикулярное диаметральной плоскости судна |
неволновая зона | см. ближнее поле | |
неоднородные волны | волны амплитуда которых убывает вдоль волновых фронтов по мере удаления от границы, такие волны также называют модулированными по фронту | |
неопределенность | uncertainty | интервал вокруг полученного результата измерения, который будет содержать истинное значение измеренной величины на заданном уровне доверительной вероятности. Уровень доверительной вероятности интервала и принятое статистическое распределение ошибок также должны быть установлены. В контексте Стандарта S-44 (5) термины «неопределенность» и «confidence interval» — эквивалентны |
нестабилизированный луч | unstabilized beam | луч, у которого отсутствует возможность настройки (управления) в соответствии с известными пространственными перемещениями судна (крен, дифферент, курс) |
О
Термин | Альтернативное название | Описание |
---|---|---|
объемная скорость (поток) | поток q через элемент dS -- произведение нормальной составляющей колебательной скорости и площади элемента |
П
Термин | Альтернативное название | Описание |
---|---|---|
пассивный сонар | passive sonar | прослушивающее устройство, которое регистрирует звуки, издаваемые объектами в воде (сейсмические события, корабли, подводные лодки и морские животные, каждый из которых генерирует собственные звуки) |
период посылок | ping cycle | непрерывный цикл работы эхолота, используемый для сбора серий глубин во время движения судна |
плоская волна | продольная волну, в которой характеризующие ее величины зависят от одной декартовой координаты и времени | |
поверхность неопределенности | Uncertainty Surface | модель, как правило, основанная на «гридированных данных», которая описывает неопределенность глубин продукта съемки на смежных районах поверхности Земли. Поверхность неопределенности должна содержать достаточное количество метаданных для
однозначного описания природы содержащихся в ней неопределенностей |
полное внутреннее отражение | явление наблюдаемое при наклонном падении волны, когда происходит только отражение (т. е. коэффициент прохождения по давлению (w = 0), а преломленная волна во вторую среду не переходит, наблюдается при с1<с2 и sin α > c1/c2 | |
порог обнаружения | detection threshold | значение предсказанной амплитуды, прибавляемое к величине временного среза с целью уменьшения шума от реального эхосигнала от дна |
поправка | Correction | величина, которая прибавляется к результатам измерения или функции с целью уменьшить или минимизировать эффект (систематической) ошибки и улучшить результат измерения или функции. Поправка соответствует рассчитанной (систематической) ошибке по величине, но противоположна по знаку |
потенциал скоростей | скалярная функция, описывающая акустическое поле в идеальной (при нулевом вращательном моменте) жидкой среде | |
потери на расширение | spreading loss | падение энергии на единицу площади по мере распространения фронта акустического импульса. |
потери на распространение | transmission loss | комбинация потерь на расширение и поглощение звуковой волны в среде |
потери поглощения среды | absorption loss | энергетические потери звуковой волны, распространяющейся в среде, возникающие в результате поглощения средой звуковой энергии |
потеря полуволны | На мягкой поверхности происходит так называемая потеря полуволны, фаза отраженной волны изменяется на 180°. | |
преобразователь | Transducer | общий термин для устройства, обеспечивающего преобразование энергии из одной формы в другую, включая совместно гидрофон и излучатель |
присоединенная масса | ρr = ms –- масса среды на единицу площади волновой (сферической) поверхности. Такую массу также называют соколеблющейся. | |
Принцип взаимности акустических полей | Теорема взаимности акустических полей: мощность, расходуемая источником с производительностью Q1 на преодоление поля (давления), создаваемого источником с производительностью Q2, равна мощности, которую расходует второй источник на преодоление поля (давления), создаваемого первым источником. | |
принцип Гюйгенса | см. также интегральные формулы Гюйгенса | всякое звуковое поле есть суперпозиция волн сферических (монопольных) и двойных (дипольных) источников |
продольная волна | Волна, распространяющаяся в направлении смещения частиц. Возникает в идеальных (не вязких) жидкой и газообразной средах при деформации всестороннего сжатия вследствие только нормальных напряжений (давления) | |
производительность источника | амплитуда объемной скорости Qm источника через бесконечно малую сферу (или бесконечно малый сегмент с телесным углом Ω), окружающую его. Выражают в м3/с. | |
промер или батиметрические измерения | echo sounding, Bathymetry measurement | метод дистанционного определения глубин дна |
профиль скорости звука | sound velocity profile | описание поля скорости звука в виде функции глубины в заданном месте; вертикальный профиль скорости звука в воде (ВРСЗ) |
Р
Термин | Альтернативное название | Описание |
---|---|---|
рыскание | yaw | угол вращения судна вокруг вертикальной оси. Примечание: применительно к МЛЭ — это угловая поправка азимута ДП судна |
С
Термин | Альтернативное название | Описание |
---|---|---|
«свей» | sway | поступательное движение в направлении, перпендикулярном диаметральной плоскости судна |
сила цели | target strength | термин для характеристики силы обратного рассеивания, когда речь идет о дискретных объектах, таких как мина или подводная лодка |
среднеквадратичное радиальное отклонение (СРО) места | dRMS -- distance Root Mean Square | величина, рассчитываемая как корень квадратный из суммы дисперсий широты и долготы. В зависимости от характера статистического распределения погрешностей, уровень доверительной вероятности нахождения истинного места внутри круга с радиусом СРО колеблется от 63 до 68% |
соколеблющаяся масса | см. присоединенная масса | |
сонар | sonar | устройство, используемое для дистанционного определения нахождения объектов в воде путем измерения расстояний с помощью звуковых волн |
соотношение сигнал шум | signal-to-noise ratio | отношение силы принятого сигнала к уровню сигнала помех, являющееся мерой «различимости» или «детектируемости» сигнала (возможности измерения полезного сигнала) |
стабилизация лучей | motion или beam stabilization | процесс, при котором пространственные перемещения судна исключаются из данных, измеряемых эхолотом, для получения результатов в системе координат, связанной с центром Земли |
суммарная вертикальная неопределенность | Total vertical uncertainty, TVU | компонент суммарной перенесенной неопределенности рассчитанный в вертикальной плоскости, имеющей размерность 1D и уровень доверительной вероятности 95 % |
суммарная горизонтальная неопределенность | Total horizontal uncertainty — THU | компонент суммарной перенесенной неопределенности, рассчитанный в горизонтальной плоскости (СГН). Несмотря па то, что СГН дается как одиночная величина, она имеет размерность 2D. Делается предположение, что неопределенность анизотропна (т. е. корреляцией между погрешностями широты и долготы можно пренебречь). Это делает нормальное распределение симметричным и позволяет характеризовать радиальное распределение ошибок относительно истинного значения одним числом. Уровень доверительной вероятности 95 % |
суммарная перенесенная неопределенность (СПН) | Total propagated uncertainty, TPU | результат перенесения неопределенностей, при котором все составляющие неопределенности измерений, как случайные, так и систематические, вносят свой вклад и переносятся на конечный результат оценки точности. Перенесение неопределенностей объединяет все из меренные неопределенности из различных источников и переносит их на результирующую неопределенность рассчитанного параметра. Уровень доверительной вероятности 95 % |
«сурж» | surge | поступательное перемещение в направлении диаметральной плоскости судна |
Т
Термин | Альтернативное название | Описание |
---|---|---|
Теорема взаимности акустических полей | см. Принцип взаимности акустических полей | |
траверзный угол | луча bearing angle | угол между направлением от источника эхосигнала на дне и направлением плоскости миделя, измеряемый на дне |
У
Термин | Альтернативное название | Описание |
---|---|---|
удельный акустический импеданс | см. "импеданс" | |
удельное акустическое (волновое) сопротивлением среды | см. также "импеданс" | см. акустическое сопротивление среды |
уравнение волновое | См. волновое уравнение | |
уравнение Гельмгольца | Если в среде имеются источники (стоки) жидкости или внешние силы, то правая часть волнового уравнения должна содержать функции, характеризующие действие таких источников. В случае гармонической зависимости сил от времени такое уравнение переходит в неоднородное уравнение Гельмгольца. Неоднородным уравнением также можно описать волны, излучаемые источником в виде колеблющейся поверхности произвольного вида. | |
Уравнение движения | уравнение гидроакустики, описывающее движение элементарного объема жидкости, находящегося под действием сил давления жидкости (в частности, сил акустического поля), направленных нормально к граням параллелепипеда | |
уравнение неразрывности | определяет изменение количества жидкости, протекающей через определенный объемом | |
уравнение состояния | Это уравнение характеризует внутреннюю энергию жидкости и устанавливает связь между давлением, плотностью (или сжатием) и температурой среды | |
уровень доверительной вероятности (УДВ) | Confidence level | вероятность того, что истинное значение измерения будет лежать в пределах заданной точности от измеренного значения. УДВ зависит от предполагаемого статистического распределения данных и рассчитывается различным способом для величин с размер
ностью 1D и 2D. В контексте Стандарта 5-44 (5), предполагающего нормальный закон ошибок измерений 95%, УДВ для размерности величин 1D (т. е. глубины) определяется произведением коэффициента 1,96 на величину стандартного отклонения, а для позиции (размерность 2D) — произведением коэффициента 1.73 на величину среднеквадратического радиального отклонения места (см. СРО) |
Ф
Термин | Альтернативное название | Описание |
---|---|---|
Фазовая скорость | Скорость распространения гармонической волны называют фазовой скоростью | |
фазовые задержки | phase delay или phase difference | дробные части колебаний волны по мере того, как она проходит определенное расстояние |
формула Грина | см. интеграл Кирхгофа |
Х
Термин | Альтернативное название | Описание |
---|---|---|
характеристика направленности | beam pattern | Зависимость потенциала поля от направления описывается функцией, и ее называют характеристикой направленности (ХН) источника. Представление сфокусированной, излученной и принятой акустической энергии в пределах луча, в виде функции осевого угла луча |
Ц
Термин | Альтернативное название | Описание |
---|---|---|
цифровая модель рельефа | ЦМР, Digital Terrain Model, DTM | особый вид математической модели, представляющей отображение «рельефа» как реальных, так и абстрактных геополей (поверхностей) |
Применение гидроакустики
Гидроакустика получила широкое практическое применение, поскольку ещё не создано эффективной системы передачи электромагнитных волн под водой на сколько-нибудь значительном расстоянии, и звук поэтому является единственным возможным средством связи под водой.
Для этих целей пользуются звуковыми частотами от 300 до 10000 гц и ультразвуками от 10000 гц и выше. В качестве излучателей и приёмников в звуковой области используются электродинамические и пьезоэлектрические излучатели и гидрофоны, а в ультразвуковой — пьезоэлектрические и магнитострикционные. Кроме звукоподводной связи гидроакустика применяется для:
- Обнаружения шумовых сигналов и определения направления на них;
- Излучения акустических сигналов, обнаружения отраженных сигналов и определения координат;
- Классификации обнаруженных сигналов
Наиболее существенные применения гидроакустики:
- Для решения военных задач;
- Морской навигации;
- Звукоподводной связи;
- Рыбопоисковой разведки;
- Океанологических исследований;
- Сферы деятельности по освоению богатств дна Мирового океана;
- Использования акустики в бассейне (дома или в тренировочном центре по синхронному плаванию)
- Тренировки морских животных.
Гидроакустические средства
Применение гидроакустики реализуется с помощью гидроакустических средств. Гидроакустическое устройство представляет собой техническое устройство или совокупность устройств, принцип действия которых основан на использовании акустических волн в водной среде. К гидроакустическим средствам можно отнести:
- Гироакустические комплексы;
- эхолоты — являются разновидностью гидролокаторов более узкого назначения;
- гидролокаторы;
- Шумопеленгаторы (пассивные средства подводного наблюдения) — определяют направление источника шума.
Площадная съемка
Имеется несколько особенностей использования средств площадной съемки в мелководном море:[1]
- высокая плотность информации о глубинах внутри полосы обзора;
- избыточность информации (несколько измеренных глубин в одной точке);
- неравная точность информации (глубины внутри полосы обзора имеют разную точность).
Представление данных
В настоящее время существует несколько подходов к обработке и представлению данных площадных съемок. Традиционный подход, который чаще всего используется в настоящее время, унаследовал идеологию, принятую еще со времен однолучевой батиметрии. Такой подход предполагает редактирование каждой отдельной глубины с использованием возможностей компьютерной техники. При этом на этапе окончательной обработки основное время уходит на интерактивное (ручное) редактирование полученных глубин. В итоге для пред ставления на отчетном планшете отбираются только наименьшие глубины акватории, характеризующие сугубо «гидрографический» подход к съемке рельефа, направленный, прежде всего, на обеспечение безопасности мореплавания. При данном подходе теряется значительная часть полезной информации о микрорельефе, кроме того, достаточно сложно получить апостериорную оценку точности выполненной съемки.[1]
Альтернативный подход к обработке данных площадных съемок, результаты которых могут быть использованы как для обеспечения безопасности мореплавания, так и для исследовательских целей, был предложен в последние годы. Взамен представления отдельных глубин предлагается создавать так называемую «навигационную поверхность» (Navigation Surface). Данная методология получила наименование CUBE (Combined Uncertainty and Bathymetiic Estimator) [37, 38, 39, 60]. Методика «CUBE» — это одна из разновидностей создания регулярной сети, когда в результате обработки кроме оценок глубин обеспечивается также получение оценки погрешности глубины в каждом узле грида. Методику «CUBE» возможно использовать и для фильтрации грубо ошибочных измерений, которые не удалось устранить на предшествующих этапах обработки.[1]
Рефракция звука (искривление пути звукового луча)
Скорость распространения звука изменяется с глубиной, причём изменения зависят от времени года и дня, глубины водоёма и ряда других причин.
Звуковые лучи, выходящие из источника под некоторым углом к горизонту, изгибаются, причём направление изгиба зависит от распределения скоростей звука в среде:
- летом, когда верхние слои теплее нижних, лучи изгибаются книзу и в большинстве отражаются от дна, теряя при этом значительную долю своей энергии;
- зимой, когда нижние слои воды сохраняют свою температуру, между тем как верхние слои охлаждаются, лучи изгибаются кверху и многократно отражаются от поверхности воды, при этом теряется значительно меньше энергии. Поэтому зимой дальность распространения звука больше, чем летом.
Вертикальное распределение скорости звука (ВРСЗ) и градиент скорости оказывают определяющее влияние на распространение звука в морской среде. Распределение скорости звука в различных районах Мирового океана различно и меняется во времени. Различают несколько типичных случаев ВРСЗ:
- изотермия
- положительная рефракция
- отрицательная рефракция
- неоднородное распределение
Вследствие рефракции могут образоваться мёртвые зоны — области, расположенные недалеко от источника, в которых слышимость отсутствует.
Наличие рефракции может приводить и к увеличению дальности распространения звука — явлению сверхдальнего распространения звуков под водой.
Рассеивание и поглощение звука неоднородностями среды
На распространение звуков высокой частоты, когда длины волн очень малы, оказывают влияние мелкие неоднородности, обычно имеющиеся в естественных водоёмах: пузырьки газов, микроорганизмы и т. д.
Эти неоднородности действуют двояким образом: они поглощают и рассеивают энергию звуковых волн. В результате с повышением частоты звуковых колебаний дальность их распространения сокращается. Особенно сильно этот эффект заметен в поверхностном слое воды, где больше всего неоднородностей.
Рассеяние звука неоднородностями, а также неровностями поверхности воды и дна вызывает явление подводной реверберации, сопровождающей посылку звукового импульса: звуковые волны, отражаясь от совокупности неоднородностей и сливаясь, дают затягивание звукового импульса, продолжающееся после его окончания.
Пределы дальности распространения подводных звуков так же ограничиваются собственными шумами моря, имеющими двоякое происхождение:
- часть шумов возникает от ударов волн на поверхности воды, от морского прибоя, от шума перекатываемой гальки и т. п.;
- другая часть связана с морской фауной (звуки, производимые гидробионтами: рыбами и др. морскими животными). Этим очень серьёзным аспектом занимается биогидроакустика.
ПО для гидрографии, гидролокации
Реального времени
- PDS-2000 фирмы Reson Inc.
- SIS (Seabed Information System)) фирмы Kongsberg MaritimeJnc.
- HYPACK фирмы HYPACK
- HYSWEEP МАХ фирмы HYPACK
- QINS фирмы QPS
Постобработка
- CARIS HIPS (Kongsberg Maritime)
- Neptune (Kongsberg Maritime)
- HYSWEEP (HYPACK)
- MBE (HYPACK)
См. также
Напишите отзыв о статье "Гидроакустика"
Примечания
Ссылки
- Гидроакустика — статья из Большой советской энциклопедии.
Отрывок, характеризующий Гидроакустика
Граф обрадовался, что Анна Михайловна брала одну часть его поручений, и велел ей заложить маленькую карету.– Вы Безухову скажите, чтоб он приезжал. Я его запишу. Что он с женой? – спросил он.
Анна Михайловна завела глаза, и на лице ее выразилась глубокая скорбь…
– Ах, мой друг, он очень несчастлив, – сказала она. – Ежели правда, что мы слышали, это ужасно. И думали ли мы, когда так радовались его счастию! И такая высокая, небесная душа, этот молодой Безухов! Да, я от души жалею его и постараюсь дать ему утешение, которое от меня будет зависеть.
– Да что ж такое? – спросили оба Ростова, старший и младший.
Анна Михайловна глубоко вздохнула: – Долохов, Марьи Ивановны сын, – сказала она таинственным шопотом, – говорят, совсем компрометировал ее. Он его вывел, пригласил к себе в дом в Петербурге, и вот… Она сюда приехала, и этот сорви голова за ней, – сказала Анна Михайловна, желая выразить свое сочувствие Пьеру, но в невольных интонациях и полуулыбкою выказывая сочувствие сорви голове, как она назвала Долохова. – Говорят, сам Пьер совсем убит своим горем.
– Ну, всё таки скажите ему, чтоб он приезжал в клуб, – всё рассеется. Пир горой будет.
На другой день, 3 го марта, во 2 м часу по полудни, 250 человек членов Английского клуба и 50 человек гостей ожидали к обеду дорогого гостя и героя Австрийского похода, князя Багратиона. В первое время по получении известия об Аустерлицком сражении Москва пришла в недоумение. В то время русские так привыкли к победам, что, получив известие о поражении, одни просто не верили, другие искали объяснений такому странному событию в каких нибудь необыкновенных причинах. В Английском клубе, где собиралось всё, что было знатного, имеющего верные сведения и вес, в декабре месяце, когда стали приходить известия, ничего не говорили про войну и про последнее сражение, как будто все сговорились молчать о нем. Люди, дававшие направление разговорам, как то: граф Ростопчин, князь Юрий Владимирович Долгорукий, Валуев, гр. Марков, кн. Вяземский, не показывались в клубе, а собирались по домам, в своих интимных кружках, и москвичи, говорившие с чужих голосов (к которым принадлежал и Илья Андреич Ростов), оставались на короткое время без определенного суждения о деле войны и без руководителей. Москвичи чувствовали, что что то нехорошо и что обсуждать эти дурные вести трудно, и потому лучше молчать. Но через несколько времени, как присяжные выходят из совещательной комнаты, появились и тузы, дававшие мнение в клубе, и всё заговорило ясно и определенно. Были найдены причины тому неимоверному, неслыханному и невозможному событию, что русские были побиты, и все стало ясно, и во всех углах Москвы заговорили одно и то же. Причины эти были: измена австрийцев, дурное продовольствие войска, измена поляка Пшебышевского и француза Ланжерона, неспособность Кутузова, и (потихоньку говорили) молодость и неопытность государя, вверившегося дурным и ничтожным людям. Но войска, русские войска, говорили все, были необыкновенны и делали чудеса храбрости. Солдаты, офицеры, генералы – были герои. Но героем из героев был князь Багратион, прославившийся своим Шенграбенским делом и отступлением от Аустерлица, где он один провел свою колонну нерасстроенною и целый день отбивал вдвое сильнейшего неприятеля. Тому, что Багратион выбран был героем в Москве, содействовало и то, что он не имел связей в Москве, и был чужой. В лице его отдавалась должная честь боевому, простому, без связей и интриг, русскому солдату, еще связанному воспоминаниями Итальянского похода с именем Суворова. Кроме того в воздаянии ему таких почестей лучше всего показывалось нерасположение и неодобрение Кутузову.
– Ежели бы не было Багратиона, il faudrait l'inventer, [надо бы изобрести его.] – сказал шутник Шиншин, пародируя слова Вольтера. Про Кутузова никто не говорил, и некоторые шопотом бранили его, называя придворною вертушкой и старым сатиром. По всей Москве повторялись слова князя Долгорукова: «лепя, лепя и облепишься», утешавшегося в нашем поражении воспоминанием прежних побед, и повторялись слова Ростопчина про то, что французских солдат надо возбуждать к сражениям высокопарными фразами, что с Немцами надо логически рассуждать, убеждая их, что опаснее бежать, чем итти вперед; но что русских солдат надо только удерживать и просить: потише! Со всex сторон слышны были новые и новые рассказы об отдельных примерах мужества, оказанных нашими солдатами и офицерами при Аустерлице. Тот спас знамя, тот убил 5 ть французов, тот один заряжал 5 ть пушек. Говорили и про Берга, кто его не знал, что он, раненый в правую руку, взял шпагу в левую и пошел вперед. Про Болконского ничего не говорили, и только близко знавшие его жалели, что он рано умер, оставив беременную жену и чудака отца.
3 го марта во всех комнатах Английского клуба стоял стон разговаривающих голосов и, как пчелы на весеннем пролете, сновали взад и вперед, сидели, стояли, сходились и расходились, в мундирах, фраках и еще кое кто в пудре и кафтанах, члены и гости клуба. Пудренные, в чулках и башмаках ливрейные лакеи стояли у каждой двери и напряженно старались уловить каждое движение гостей и членов клуба, чтобы предложить свои услуги. Большинство присутствовавших были старые, почтенные люди с широкими, самоуверенными лицами, толстыми пальцами, твердыми движениями и голосами. Этого рода гости и члены сидели по известным, привычным местам и сходились в известных, привычных кружках. Малая часть присутствовавших состояла из случайных гостей – преимущественно молодежи, в числе которой были Денисов, Ростов и Долохов, который был опять семеновским офицером. На лицах молодежи, особенно военной, было выражение того чувства презрительной почтительности к старикам, которое как будто говорит старому поколению: уважать и почитать вас мы готовы, но помните, что всё таки за нами будущность.
Несвицкий был тут же, как старый член клуба. Пьер, по приказанию жены отпустивший волоса, снявший очки и одетый по модному, но с грустным и унылым видом, ходил по залам. Его, как и везде, окружала атмосфера людей, преклонявшихся перед его богатством, и он с привычкой царствования и рассеянной презрительностью обращался с ними.
По годам он бы должен был быть с молодыми, по богатству и связям он был членом кружков старых, почтенных гостей, и потому он переходил от одного кружка к другому.
Старики из самых значительных составляли центр кружков, к которым почтительно приближались даже незнакомые, чтобы послушать известных людей. Большие кружки составлялись около графа Ростопчина, Валуева и Нарышкина. Ростопчин рассказывал про то, как русские были смяты бежавшими австрийцами и должны были штыком прокладывать себе дорогу сквозь беглецов.
Валуев конфиденциально рассказывал, что Уваров был прислан из Петербурга, для того чтобы узнать мнение москвичей об Аустерлице.
В третьем кружке Нарышкин говорил о заседании австрийского военного совета, в котором Суворов закричал петухом в ответ на глупость австрийских генералов. Шиншин, стоявший тут же, хотел пошутить, сказав, что Кутузов, видно, и этому нетрудному искусству – кричать по петушиному – не мог выучиться у Суворова; но старички строго посмотрели на шутника, давая ему тем чувствовать, что здесь и в нынешний день так неприлично было говорить про Кутузова.
Граф Илья Андреич Ростов, озабоченно, торопливо похаживал в своих мягких сапогах из столовой в гостиную, поспешно и совершенно одинаково здороваясь с важными и неважными лицами, которых он всех знал, и изредка отыскивая глазами своего стройного молодца сына, радостно останавливал на нем свой взгляд и подмигивал ему. Молодой Ростов стоял у окна с Долоховым, с которым он недавно познакомился, и знакомством которого он дорожил. Старый граф подошел к ним и пожал руку Долохову.