Способ определения подводного уровня звукового давления в полосе частот судна, проходящего над гидроакустической измерительной системой

Изобретение относится к измерительной технике в области гидроакустики и может быть использовано для определения уровня звукового давления в полосе частот судна, проходящего над гидроакустической измерительной системой (ГИС). Техническим результатом изобретения является упрощение практической реализации способа и повышение точности измерений. Способ заключается в том, что в качестве ГИС используют комбинированный приемник (КП), расположенный на дне морской акватории. С помощью КП измеряют одновременно гидроакустическое давление Р [Па] и вертикальную компоненту колебательной скорости Z [м/с] в полосе частот, а уровень звукового давления G [дБ] определяют по математическому выражению: G=20 log₁₀(W^0.5/P₀), где P₀=20 мкПа и где W=а(Р)²+b(Zρc)²+dP(Zρc) при условиях, что среднее значение величины W для направления вертикально вверх совпадает со средним значением величины (Р)² и d²≠4ab, где ρ [кг/м³] - плотность воды, с [м/с] - скорость звука в воде, a, b, d - постоянные безразмерные коэффициенты. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

 

Изобретение относится к измерительной технике в области гидроакустики и может быть использовано для определения уровня подводного шума W_ν [Па²] на частоте ν [Гц] объекта, проходящего над гидроакустической измерительной системой (ГИС).

Известны способы того же назначения [1, 2], заключающиеся в измерении ГИС гидроакустического давления Р_ν [Па] на частоте ν и обработки полученной информации.

Любой из известных способов, например, [2] может быть принят за прототип.

В прототипе в качестве ГИС используется гидроакустическая антенна, выполненная в виде решетки гидрофонов. При этом для "калибровки" окружающего пространства по гидроакустическому давлению применяется излучатель опорных сигналов. Это позволяет в каждый цикл измерения уровня подводного шума сравнивать измеряемое гидроакустическое давление Р_ν с гидроакустическим давлением Р_o, создаваемым опорным гидроакустическим излучателем с учетом контролируемых расстояний L_u и L_o соответственно от ГИС до подводного объекта и до излучателя опорных сигналов. И затем путем соответствующей обработки определить W_ν.

Недостатками прототипа являются необходимость наличия для его реализации специального излучателя опорных сигналов, сложность и громоздкость ГИС, применяемой для измерения Р_ν, а также погрешности измерений W_ν, определяемые отражением принимаемых сигналов от дна водоема.

Техническим результатом, получаемым от внедрения изобретения, является упрощение и удешевление практической реализации способа определения уровня подводного шума, а также повышение точности измерений W_ν.

Данный технический результат достигают за счет того, что в известном способе определения уровня подводного шума на частоте ν объекта, проходящего над ГИС, гидроакустического давления Р_ν на частоте ν и обработки полученной информации с помощью той же ГИС дополнительно измеряют вертикальную компоненту колебательной скорости Z_ν [м/с] на частоте ν, а уровень подводного шума W_ν определяют по математическому выражению:

при условиях, что среднее значение величины W_ν для направления вертикально вверх совпадает со средним значением величины (Р_ν)² и

где ρ [кг/м³] - плотность воды, с [м/с] - скорость звука, а, b, с - постоянные безразмерные коэффициенты.

В качестве ГИС целесообразно использовать гидроакустический комбинированный приемник (КП).

Изобретение поясняется чертежом, на котором представлена схема реализации способа.

Объект 1, например подводное судно, проходит над ГИС 2, закрепленной на морском дне 3 акватории 4.

ГИС представляет собой КП [3], имеющий малые волновые размеры. ГИС 2 расположена на глубине h под морской поверхностью 5 и может измерять акустическое давление Р и три компоненты колебательной скорости ν (x_ν, y_ν, z_ν). Блоки обработки сигналов и регистрирующая аппаратура на чертеже не показаны.

Эти четыре параметра подводного шума и измеряются ГИС 2 в момент прохода шумящим объектом 1 комбинированного приемника, установленного на дне 3 водоема.

Далее проводится обработка полученных с ГИС 2 сигналов с использованием алгоритмов (1) и (2). Это позволяет для направлений, близких к вертикальному (ось z), на каждой частоте ν анализа определить амплитуду и фазу отраженного дном 3 сигнала, приведенного к плоскости, проходящей через центр ГИС 2. В результате снижается погрешность измерений гидроакустических сигналов, определяемая отражением принимаемых сигналов от дна 3.

При оценке уровня подводного шума W_ν, проходящих на ГИС 2 с направления, используется формула (1) и условие (2), полученные эмпирическим путем. При выполнении данных условий из трех коэффициентов a, b, d остаются независимыми и свободными только два коэффициента. Варьируя эти два коэффициента в условиях отсутствия в море других сигналов, кроме фонового шума акватории 4, добиваются минимума флуктуаций величины W_ν.

Затем запоминают найденные значения трех коэффициентов a, b, d в обрабатывающей программе. После этого ГИС 2, выполненная, например, в виде комбинированного приемника, становится готовой к использованию для измерений сигналов малошумных подводных объектов 1 известным методом запоминания максимума сигнала по методике, приложенной, например, в [4].

Таким образом, использование для решения поставленной задачи комбинированного приемника, позволяющего одновременно измерять сразу четыре параметра подводного шума на частоте ν, и последующая обработка полученных сигналов по алгоритмам (1, 2) позволяют повысить точность измерений, а также упростить и удешевить подводное измерительное оборудование для реализации известного способа определения уровня подводного шума, чем достигается поставленный выше технический результат.

Источники информации

1. Патент РФ №2063106, кл. H 04 R 29/00, 1996.

2. Патент РФ №2010456, кл. H 04 R 1/44, 1994 - прототип.

3. В.А.Гордиенко, В.И.Ильичев, Л.Н.Захаров "Векторно-фазовые измерения в акустике". М., Наука, 1986, с.77-79.

4. В.Н.Данилов, А.А.Грушин "Специальное метрологическое обеспечение гидроакустических средств". Петродворец, 1990, с.48-79.

1. Способ определения подводного уровня звукового давления G [дБ] в полосе частот судна, проходящего над гидроакустической измерительной системой, путем измерения системой гидроакустического давления Р [Па] в полосе частот и обработки полученной информации, отличающийся тем, что с помощью той же измерительной системы дополнительно измеряют вертикальную компоненту колебательной скорости Z [м/с] в полосе частот, а уровень звукового давления G определяют по математическому выражению

G=20log₁₀(W^0.5/P₀),

где P₀=20 мкПа и где W=а(Р)²+b(Zρc)²+dP(Zρc)

при условиях, что среднее значение величины W для направления вертикально вверх совпадает со средним значением величины (Р)² и

d²≠4ab,

где ρ [кг/м³] - плотность воды; с [м/с] - скорость звука в воде; a, b, d - постоянные безразмерные коэффициенты.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве гидроакустической измерительной системы применяют комбинированный приемник.