Буксируемый сонар представляет собой систему гидрофонов, буксируемых за подводной лодкой или надводным кораблем на кабеле. [1] Перемещение гидрофонов за судном на кабеле, длина которого может составлять несколько километров, позволяет держать датчики массива вдали от источников шума самого судна, что значительно улучшает отношение сигнал/шум и, следовательно, эффективность обнаружения и отслеживания слабых контактов, таких как тихие, малошумящие подводные угрозы или сейсмические сигналы. [2]
Буксируемая антенная решетка обеспечивает превосходное разрешение и дальность по сравнению с сонаром, установленным на корпусе. Она также покрывает перегородки , слепую зону сонара, установленного на корпусе. Однако эффективное использование системы ограничивает скорость судна, и необходимо соблюдать осторожность, чтобы защитить кабель от повреждений.
Во время Первой мировой войны буксируемая гидроакустическая решетка, известная как «Электрический угорь», была разработана Харви Хейесом, физиком ВМС США. Эта система считается первой конструкцией буксируемой гидроакустической решетки. Она использовала два кабеля, каждый с дюжиной прикрепленных гидрофонов. Проект был прекращен после войны. [2]
ВМС США возобновили разработку технологии буксируемых антенных решеток в 1960-х годах в ответ на разработку Советским Союзом атомных подводных лодок. [2]
На надводных кораблях буксируемые кабели антенных решеток обычно хранятся в барабанах, а затем разматываются позади судна при использовании. Подводные лодки ВМС США обычно хранят буксируемые кабели внутри внешней трубы, установленной вдоль корпуса судна, с отверстием на правом хвосте. [2] Также имеется оборудование, расположенное в балластной цистерне (свободная зона затопления), в то время как шкаф, используемый для управления системой, находится внутри подводной лодки. [3]
Гидрофоны в системе буксируемой решетки размещаются на определенных расстояниях вдоль кабеля, конечные элементы достаточно далеко друг от друга, чтобы получить базовую возможность триангуляции источника звука. Аналогично, различные элементы наклоняются вверх или вниз [4], что дает возможность триангуляции предполагаемой вертикальной глубины цели. В качестве альтернативы используются три или более решеток для помощи в обнаружении глубины.
На первых нескольких сотнях метров от винта судна гидрофоны обычно отсутствуют, поскольку их эффективность снижается из-за шума ( кавитации и шума обтекания корпуса), вибрации и турбулентности, создаваемых движителем, что повторяет те же проблемы, что и у корабельных массивов. Системы датчиков буксируемой антенной решетки наблюдения, используемые на надводных кораблях, имеют антенную решетку сонара, установленную на кабеле, который тянет за собой дистанционно управляемый аппарат (ROV) с регулируемой глубиной. Другой утяжеленный кабель может тянуться от разъема ROV, опуская буксируемый массив на меньшую глубину. Длинные сейсмические косы имеют промежуточные параваны по всей длине, которые можно использовать для регулировки глубины массива в реальном времени.
Изменение глубины ROV позволяет буксируемому массиву быть развернутым в различных тепловых слоях , давая надводному противолодочному судну (ASW) обзор над слоем и под ним. Это компенсирует разницу в плотности и температуре, которая проводит звук над или под тепловым слоем путем отражения. Опуская «хвост» массива ниже слоя, надводная платформа ASW может лучше обнаруживать тихий, подводный контакт, скрывающийся в холодной воде под теплым верхним слоем. Подводная лодка может также следить за надводными противниками, плавая хвостом своего массива над тепловым слоем, скрываясь ниже.
Гидрофоны массива могут использоваться для обнаружения источников звука, но настоящая ценность массива заключается в том, что метод обработки сигнала формирования луча и анализа Фурье может использоваться не только для вычисления расстояния и направления источника звука, но и для определения типа судна по отличительной акустической сигнатуре шумов его машин. Для этого необходимо знать относительное положение гидрофонов, что обычно возможно только тогда, когда кабель находится на прямой линии (стабильно) или когда система самоопределения (см. тензодатчики ) или GPS или другие методы, встроенные в кабель и сообщающие об относительном положении элементов гидрофона, используются для контроля формы массива и коррекции кривизны.
Например, Thales Underwater Systems 'CAPTAS-2 (пассивный и активный гидролокатор) заявляет о дальности обнаружения до 60 км и весе 16 т. [5] Более тяжелый CAPTAS-4 весит 20-34 т и заявляет о дальности обнаружения до 150 км. [6] [7]
Буксируемые системы массивов также используются в нефтегазовой промышленности для сейсмической разведки геологических формаций под морским дном. [8] Используемые системы по своей концепции похожи на военно-морские, но обычно длиннее и с большим количеством кос в данном массиве (в некоторых случаях 6 или более). Типичное расстояние между гидрофонами вдоль каждой косы составляет порядка двух метров, а каждая коса может быть длиной до 10 км. Иногда косы запускаются на разных высотах, чтобы получить так называемый 3D массив.
Эффективное использование системы буксируемой решетки требует, чтобы судно поддерживало прямой, ровный курс в течение интервала выборки данных. Маневрирование или изменение курса нарушает решетку и усложняет анализ потока выборочных данных. Эти периоды нестабильности тщательно проверяются во время морских испытаний и известны офицерам экипажа и привлеченным экспертам по гидролокации. Современные системы компенсируют это постоянным самоизмерением относительных положений решетки, элемента к элементу, сообщая данные, которые могут быть автоматически скорректированы с учетом кривизны компьютерами в рамках математической обработки формирования луча.
Корабль также должен ограничивать свою общую максимальную скорость, пока буксируемая группа развернута. Гидродинамическое сопротивление увеличивается как квадратичная функция скорости и может порвать трос или повредить швартовочное оборудование. Кроме того, может потребоваться установить минимальную скорость в зависимости от плавучести буксируемой группы (военные группы балластируются, чтобы затонуть, геофизические группы должны иметь нейтральную плавучесть на глубине около 10 м). Группа также может быть повреждена при контакте с морским дном или если судно работает на заднем ходу , или даже может быть повреждена, если она слишком сильно сгибается.
{{cite web}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка ){{cite journal}}: CS1 maint: multiple names: authors list (link)