Гидролокатор с буксируемой антенной решеткой представляет собой систему гидрофонов , буксируемую на тросе за подводной лодкой или надводным кораблем. [1] Протяжка гидрофонов за судном по кабелю длиной в несколько километров позволяет держать датчики решетки вдали от собственных источников шума корабля, что значительно улучшает соотношение сигнал/шум и, следовательно, эффективность обнаружения и отслеживания слабых звуков. контакты, такие как тихие подводные лодки с низким уровнем шума или сейсмические сигналы. [2]
Буксируемая группа обеспечивает превосходное разрешение и дальность действия по сравнению с гидролокатором, установленным на корпусе. Он также закрывает перегородки , слепую зону гидролокатора, установленного на корпусе. Однако эффективное использование системы ограничивает скорость судна, и необходимо позаботиться о защите кабеля от повреждения.
Во время Первой мировой войны Харви Хейс, физик ВМС США, разработал буксируемую гидролокационную группу, известную как «Электрический угорь». Эта система считается первой конструкцией буксируемой гидроакустической группы. В нем использовалось два кабеля, к каждому из которых было прикреплено по дюжине гидрофонов. После войны проект был прекращен. [2]
ВМС США возобновили разработку технологии буксируемой антенной группы в 1960-х годах в ответ на разработку Советским Союзом атомных подводных лодок. [2]
На надводных кораблях буксируемые тросы обычно хранятся в барабанах, а при использовании их наматывают за судно. Подводные лодки ВМС США обычно хранят буксируемые установки внутри подвесной трубы, установленной вдоль корпуса судна с отверстием в хвостовой части правого борта. [2] Также имеется оборудование, расположенное в балластной цистерне (зона свободного затопления), а шкаф, используемый для управления системой, находится внутри подводной лодки. [3]
Гидрофоны в системе буксируемой антенной решетки размещаются на определенных расстояниях вдоль кабеля, причем концевые элементы достаточно далеко друг от друга, чтобы получить базовую способность триангуляции источника звука. Аналогично, различные элементы наклонены вверх или вниз [4] , что дает возможность триангулировать расчетную вертикальную глубину цели. Альтернативно, для облегчения определения глубины используются три или более решеток.
На первых нескольких сотнях метров от гребного винта судна гидрофоны обычно отсутствуют, поскольку их эффективность снижается из-за шума ( кавитация и шум потока корпуса), вибрации и турбулентности, создаваемых движителем, что повторяет те же проблемы, что и корабельные массивы. Системы датчиков с буксируемой решеткой наблюдения, используемые на надводных кораблях, имеют гидроакустическую группу, установленную на тросе, который тянет аппарат с дистанционным управлением (ROV) с регулируемой глубиной. Другой утяжеленный кабель может тянуться от разъема ROV, опуская буксируемую группу на меньшую глубину. Длинные сейсмические косы имеют промежуточные параваны по длине, которые можно использовать для регулировки глубины расстановки в реальном времени.
Изменение глубины ROV позволяет развертывать буксируемую группу в различных тепловых слоях , предоставляя надводному противолодочному кораблю (ПЛО) вид над и под этим слоем. Это компенсирует разницу в плотности и температуре, которая проводит звук выше или ниже теплового слоя за счет отражения. Опустив «хвост» установки ниже слоя, надводная платформа противолодочной обороны сможет лучше обнаружить тихий подводный контакт, скрывающийся в холодной воде под теплым верхним слоем. Подводная лодка также может следить за надводными противниками, плавая хвостом своего комплекса над тепловым слоем и скрываясь под ним.
Гидрофоны массива можно использовать для обнаружения источников звука, но реальная ценность массива заключается в том, что метод обработки сигналов формирования луча и анализа Фурье может использоваться не только для расчета расстояния и направления источника звука, но и для идентификации тип корабля по характерным акустическим характеристикам шумов его механизмов. Для этого необходимо знать взаимное расположение гидрофонов, что обычно возможно только тогда, когда кабель расположен по прямой линии (стабильно), или когда в кабель встроена система самочувствия (см. тензодатчики ), GPS или другие методы. и сообщение об относительном положении элементов гидрофона используется для отслеживания формы решетки и корректировки кривизны.
В качестве примера можно привести CAPTAS-2 компании Thales Underwater Systems (пассивный и активный гидролокатор) с дальностью обнаружения до 60 км и весом 16 тонн. [5] Более тяжелый CAPTAS-4 весит 20-34 тонны и имеет дальность обнаружения до 150 км. [6] [7]
Буксируемые системы также используются в нефтегазовой отрасли для сейсморазведки геологических формаций под морским дном. [8] Используемые системы по своей концепции аналогичны военно-морским, но обычно они длиннее и имеют больше кос в заданном массиве (в некоторых случаях 6 или более). Типичное расстояние между гидрофонами вдоль каждой косы составляет порядка двух метров, а длина каждой косы может достигать 10 км. Иногда косы запускают на разной высоте, чтобы создать так называемый трехмерный массив.
Эффективное использование системы буксируемой антенной решетки требует, чтобы судно сохраняло прямой и ровный курс в течение интервала сбора данных. Маневрирование или изменение курса нарушает работу массива и усложняет анализ потока выборочных данных. Эти периоды нестабильности тщательно проверяются во время ходовых испытаний и известны офицерам экипажа и рядовым экспертам по гидроакустике. Современные системы компенсируют это, постоянно самостоятельно измеряя относительные положения массива, от элемента к элементу, возвращая данные, которые могут быть автоматически скорректированы компьютерами с учетом кривизны в рамках математической обработки формирования луча.
Корабль также должен ограничить свою общую максимальную скорость, пока развернута буксируемая группа. Гидродинамическое сопротивление увеличивается как квадратичная функция скорости и может порвать трос или повредить его швартовное оборудование. Кроме того, может потребоваться установить минимальную скорость в зависимости от плавучести буксируемой установки (военные установки имеют балласт для затопления, геофизические установки должны иметь нейтральную плавучесть на глубине около 10 м). Массив также может быть поврежден при контакте с морским дном или если судно движется назад , или даже может быть поврежден, если он слишком сильно изгибается.
{{cite web}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка ){{cite journal}}: CS1 maint: multiple names: authors list (link)