Создан комплекс для измерения и контроля параметров гидроакустического поля малошумных объектов на ходовых
режимах - ИКХ СИ ГАП <Нева-ИПФ>. Его основой является горизонтальная многоэлементная приемная система с
неэквидистантным распределением гидрофонов на апертуре и когерентной обработкой сигналов для фокусировки на
объект измерения. Приемная система состоит из набора цифровых гидрофонов разработки ИПФ РАН с цифровой
передачей данных от каждого гидрофона на судно обеспечения в реальном масштабе времени. Изготовлен опытный
образец комплекса, прошедший государственные испытания и переданный заказчику в эксплуатацию.
Распределенные приемные системы имеют качественные преимущества перед одноточечным приемом в условиях
мелководных акустических полигонов и близкого интенсивного судоходства. Направленные свойства специальным
образом сконструированной горизонтальной приемной системы, имеющей фиксированную ширину диаграммы
направленности в широком (11 октав) диапазоне частот, устраняют интерференционную помеху и понижают уровень
акустического фона. Применение такой антенны уменьшает погрешность измерений и обеспечивает возможность
проведения измерения шума контролируемого объекта в условиях интенсивного судоходства.
Комплекс полностью реализован на цифровых принципах сбора, передачи и обработки данных. По подводному кабелю
связи на судно обеспечения поступает поток информации до 10 Мбод с каждого гидрофона приемной системы. При
выполнении работы потребовались особые усилия при разработке метрологического обеспечения: были разработаны
алгоритмы обработки, рабочие эталоны для поверки измерительных трактов и генератор тестовых сигналов.
Разработанные средства измерений и метрологического обеспечения внесены в Госреестр средств измерений военного
назначения.
Впервые в отечественной практике разработана измерительная гидроакустическая многоэлементная система,
работающая в диапазоне до 10 кГц. При этом теоретически и экспериментально показана преемственность и
сходимость результатов когерентной обработки с измерениями одним гидрофоном для источников с высоким уровнем
излучения. Продемонстрировано уменьшение среднеквадратического отклонения результатов измерений и возможность
измерения уровня подводного шума объектов ниже акустического фона полигона на величину до 15 дБ.
Разработан и аттестован генератор цифровых тестовых сигналов (ГЦТС), представляющий собой компьютерную
программу, предназначенный для проведения метрологической аттестации программ компьютерной обработки сигналов,
реализующих методы измерений параметров гидроакустических полей (ГАП) кораблей с использованием линейной
гидроакустической антенной решетки.
Аннотация.
Известно, что вопросы контроля за уровнями подводного шума кораблей, судов и других технических средств
морского и прибрежного базирования (объектов) ставятся в одну из главных задач при их аттестации. Достигнутый
за последнее время определенный прогресс в области снижения их шумности до уровней шумов измерительных
полигонов потребовал разработки нового измерительного комплекса с развитой многоканальной приемной
гидроакустической системой, позволяющий повысить помехоустойчивость действующей методики выполнении измерений,
с перспективой внедрения в область исследования параметров ГАП объектов ряда других методов, направленных на
решение задач в интересах ВМФ. Преобразование гидрофонами АР сигналов звукового давления в электрические
сигналы, их синхронное аналого-цифровое преобразование, регистрация и последующая компьютерная обработка
представляют собой основные и составные части общей методики выполнения измерений тех или иных параметров ГАП
объекта, каждая из которых должна быть метрологически аттестована. И если, вопросы, касающиеся проведения
аттестации аппаратурной части измерительного комплекса, успешно решаются соответствующими метрологическими
службами, то задача выполнения аттестации программ пакетной обработки сигналов требует предварительной
разработки ГЦТС, обеспечивающего генерацию сигналов ГАП объекта с учетом модели его когерентного
шумоизлучения, модели
среды распространения акустических волн, модели фоновой помехи, геометрии постановки приемной системы,
параметров трассы движения объекта и др.
ГЦТС обеспечивает:
моделирование сигналов фоновой помехи от неподвижных тональных и шумовых монопольных источников;
моделирование сигналов от тональных и шумовых монопольных источников на неподвижном или движущемся излучателе;
формирование на едином временном интервале суммы сигналов от источников излучателя и источников фона.
Характеристики ГЦТС:
диапазон скоростей движения модели объекта 0 - 10 м/с
частотный диапазон генерируемых сигналов 5 - 10000 Гц
динамический диапазон генерируемых сигналов 2 ? 10 -5 -2 Па
число гидрофонов АР 61
Длительность генерируемых сигналов:
для АР из 29 гидрофонов диапазона частот 5 - 10000 Гц 30 : 300с
для АР из 61 гидрофонов диапазона частот 5 - 250 Гц 30 : 600с
Диапазон дистанций от источника до гидрофонов АР 1 - 1000 м
Разработан, изготовлен и испытан мощный низкочастотный пьезокерамический гидроакустический излучатель с
рабочим диапазоном частот 500 - 900 Гц, с уровнем излучения 20 кПа*м (4 кВт) и коэффициентом полезного
действия 90%. Излучатель имеет относительно малые размеры, отличается простотой изготовления и обслуживания и
низкой стоимостью. Излучатель можно использовать в натурных экспериментах при решении фундаментальных научных
и прикладных задач в области гидрофизики и сейсмики.
В ИПФ РАН впервые в мире разработан мощный широкополосный гидроакустический источник монопольного типа. Новым
в разработке является сочетание пьезокерамического стержня с оригинальной излучающей поверхностью позволившее
получить уникально высокие акустические параметры излучателя при малых размерах, весе и стоимости.
Полоса рабочих частот 500 - 900 Гц
Чувствительность 14,5 Па*м/В
Коэффициент нелинейных искажений 0,27 %
Коэффициент полезного действия 90 %
Уровень излучения при U вх = 1500 20000 Па*м
Ресурс излучателя (число циклов колебаний) 10 11
Диаметр 0,7м Высота 0,72м Масса 135кг
Излучающая поверхность состоит из двух одинаковых конусов, соединенных между собой в наибольшем сечении гибким
элементом. Возбуждающим колебания элементом является пьезокерамический столб, расположенный между вершинами
конусов. Излучатель отличается от известных аналогов по акустическим параметрам простотой изготовления и
существенно меньшей стоимостью. При работе на глубинах до 300 м не требуется применять систему компенсации
гидростатического давления. Одним из достоинств конструкции является то, что пьезокерамический столб, при
работе излучателя под водой, находится в состоянии сжатия. Механические нагрузки растяжения в
пьезокерамическом столбе отсутствуют, вследствие чего удалось получить высокую надежность излучателя. Возможно
снижение рабочей полосы частот до 300 - 500 Гц, что прежде считалось недостижимым для пьезокерамических
излучателей.
