ЖУРНАЛ СТА 3/2011

ного суммирования сигналов с отдель- ных элементов приёмной антенны. В 3D-звуковизоре обзор пространства осуществляется по всем трём коорди- натам. В 2D-звуковизоре простран- ственное разрешение обеспечивается либо только по двум угловым коорди- натам (УУ-звуковизор), либо по одно- му углу и дистанции (УД-звуковизор). В течение длительного времени раз- витие звуковизоров шло по линии совершенствования аналоговых дву- мерных устройств, использующих для формирования лучей акустическую линзу [2]. В таких звуковизорах ультра- звуковой прожектор облучает («под- свечивает») наблюдаемый подводный объект. Отражённые ультразвуковые волны с помощью акустической линзы фокусируются на матрицу пьезоэле- ментов, сопряжённую с передней по- верхностью специальной электронно- лучевой трубки. Электронный луч счи- тывает с матрицы электрический по- тенциал, который, в свою очередь, де- тектируется, оцифровывается и ото- бражается на мониторе персонального компьютера в виде пространственного распределения яркости (цвета). В этом классе наиболее совершенным, воз- можно, является звуковизор, создан- ный совместно Акустическим институ- том и научно-производственным объ- единением «АКМА». Он обладает сле- дующими характеристиками: • рабочая частота 1 МГц; • ширина сектора обзора 30° × 30°; • угловое разрешение 0,9° × 0,9°; • предельная дальность действия 30 м; • вес в воздухе 15 кгс; • размеры 42 × 42 × 55 см. К недостаткам такого звуковизора следует отнести значительные габари- ты, обусловленные акустической лин- зой и электронно-лучевой трубкой. Кроме того, этот звуковизор имеет ограниченное угловое разрешение (по- рядка 30 точек в каждом направлении) и вовсе не имеет разрешения по дис- танции. Следовательно, он не позво- ляет определять дистанцию до объекта и реконструировать его форму. Существенное улучшение качества освещения подводной обстановки может быть достигнуто при использо- вании современных цифровых техно- логий для формирования простран- ственной избирательности. Преиму- щества использования цифровой тех- нологии связаны прежде всего с её методологической гибкостью, которая при высоком быстродействии совре- менных сигнальных процессоров поз- воляет повысить угловое разрешение, помехоустойчивость и дальность дей- ствия за счёт увеличения числа элемен- тов приёмной антенны и использова- ния длинных широкополосных сигна- лов. При формировании трёхмерной избирательности появляется возмож- ность воспроизводить не только аку- стическую освещённость поверхности объекта, но и его форму. Однако совре- менный уровень развития сигнальных процессоров ещё не позволяет форми- ровать достаточное число узконаправ- ленных лучей при использовании пол- ностью заполненной двумерной антен- ны. Так, приёмная антенна 3D-звуко- визора EchoScope 1600 норвежской фирмы OmniTech состоит из 40 × 40 эле- ментов. Соответственно, реальное раз- решение по каждому углу не превыша- ет 40 лучей. Правда, цифровые методы формирования лучей позволяют при изменении рабочей частоты распреде- лять эти 40 лучей в разныe по ширине сектора обзора. Предусмотрены 3 рабо- чие частоты: 150, 300 и 600 кГц. Этим частотам соответствуют сектора углов обзора 90° × 90°, 50° × 50° и 25° × 25° и значения разрешающей способности по углу 2,5°, 1,3° и 0,6°. Предельная дальность действия этой камеры равна 100 м. Скорость обновления изображе- ния составляет 5–10 кадров в секунду. Основным недостатком данного звуко- визора следует признать невысокое качество изображения из-за ограни- ченной разрешающей способности по углам. Можно предположить, что по- вышение разрешающей способности за счёт увеличения числа элементов сдерживается резким усложнением задач оцифровки сигналов с приёмных элементов антенны и формирования двумерной ХН. Весьма значительны габариты (60 × 40 × 20 см) и вес (55 кгс) приёмно-излучающего модуля, а также стоимость этого изделия. Задача оцифровки входных сигналов и формирования большого числа лучей существенно упрощается при исполь- зовании прореженных антенн. Однако при неплотном заполнении поверхно- сти антенны существенно возрастают боковые лепестки ХН антенны. Так, при расположении элементов антенны вдоль окружности уровень первого бокового лепестка характеристики направленности, описываемой функ- цией Бесселя нулевого порядка, составляет 40% [3]. Размещение на плоскости 128 приёмных элементов вдоль 16 закручивающихся спиралей позволяет ограничить уровень боковых лепестков величиной 20% при ширине ХН порядка 1° в обоих направлениях [4]. Однако из-за того что такой уро- вень бокового поля сохраняется во всём полупространстве, суммарный уровень сигнала, проникающего через боковое поле, существенно превышает уровень полезного сигнала, поступаю- щего через основной лепесток ХН антенны, что не позволяет использо- вать такую антенну для качественного воспроизведения акустического изоб- ражения звукорассеивающего объекта. Поэтому гидролокаторы с прорежен- ной антенной практически могут использоваться лишь для обнаружения и определения координат одиночных объектов. Компромиссное соотношение между качеством акустического изображения и числом элементов антенны достига- ется при использовании крестообраз- ной антенны (креста Миллса), одна из линеек которой является приёмной, а другая – излучающей. Результирующая ХН такой приёмно-излучающей ан- тенны в точности совпадает с ХН пол- ностью заполненной плоской при- ёмной антенны, то есть при использо- вании такой антенны качество изобра- жения будет соответствовать качеству изображения, получаемого при ис- пользовании двумерной, полностью заполненной антенны. Однако благо- даря неизмеримо меньшему числу эле- ментов задача оцифровки входных сиг- налов и формирования ХН существен- но упрощается. Следовательно, волно- вые размеры антенны и соответственно её угловое разрешение можно суще- ственно увеличить, а стоимость умень- шить. Именно такой принцип был исполь- зован при создании 3D-звуковизора в Акустическом институте [5]. Его ос- новные характеристики: рабочая час- тота 200 кГц; ширина сектора обзора 90° × 90°; угловое разрешение 1,1° × 1,1°; дальность действия 200 м; разреше- ние по дистанции 5 см; габариты 50 × 40 × 30 см; вес в воздухе 20 кгс. В ка- честве недостатка следует отметить его достаточно значительные весогабарит- ные характеристики. Кроме того, по- следовательный характер облучения приводит к значительному возраста- нию времени формирования кадра из- за достаточно длительного времени приёма эхо-сигнала с каждого облучае- мого направления. Также весьма высо- Р АЗ Р А БОТ КИ / ПОД ВОДНЫЕ АППА Р А Т Ы 37 СТА 3/2011 www.cta.ru © СТА-ПРЕСС