Содержание статьи
Также по теме

ГИДРОЛОКАТОР

ГИДРОЛОКАТОР (сонар), аппаратурный комплекс для определения с помощью акустических сигналов положения подводных и плавучих объектов (первоначально этот термин использовался применительно к эхолокационным приборам для обнаружения подводных лодок, теперь употребляется в более широком значении). Главными элементами гидролокатора являются подводный излучатель мощного акустического сигнала и чувствительный приемник, реагирующий даже на слабые отражения этого сигнала от погруженных в воду объектов. Конструируются оба эти элемента с таким расчетом, чтобы их компоновка в локаторе обеспечивала определение направления на отражающий объект и расстояния до него. На подводных лодках и надводных судах гидролокаторы служат основными – а зачастую и единственными – средствами сбора информации об условиях и обстоятельствах под морской поверхностью. На атомных подводных лодках специальные гидролокаторы применяются в качестве навигационных приборов. Крупные корабли оснащаются эхолотами – гидролокаторами, измеряющими глубину океана. На многих рыбопромысловых судах гидролокаторы используют для обнаружения рыбных косяков; биологи, занимающиеся морскими животными, с помощью гидролокаторов изучают звуки, издаваемые представителями морской фауны.

Под водой акустический пучок, подобно лучу прожектора или радара в воздухе, наводится на цель, и отраженная от нее звуковая энергия поступает в приемник. Из сонара, как из радара, излучение испускается короткими импульсами. Расстояние до цели определяется как произведение скорости звука в воде на половину временного интервала между испусканием импульса и прибытием его эха. Поскольку приемная антенна сонара имеет острую диаграмму направленности, пеленг цели определяется поворотом микрофона при его настройке на эхо. На практике оператор следит за световыми метками на панорамном экране, которые соответствуют обнаруженным объектам, и это значительно облегчает их локацию. Дальность действия гидролокатора ограничена радиусом в несколько километров. Скорость звука в воде равна приблизительно 1,5 км/с, поэтому гидролокационный поиск гораздо медлительней радиолокационного или светового поиска в атмосфере. Из-за относительно большой длины волны звука у гидролокатора довольно слабое пространственное разрешение: там, где глаз различал бы каждую заклепку на корпусе корабля, сонар «увидит» только все судно как единое пятно. К тому же морская вода – далеко не идеальная среда для распространения звука.

Идея гидролокатора не нова. Еще во время Первой мировой войны гидрофоны применялись на надводных кораблях и подводных лодках для обнаружения вражеских судов методами пассивной шумопеленгации. Позже были созданы пьезоэлектрические преобразователи и электронные усилители сигналов звукового диапазона, что привело к развитию систем активной гидролокации. С тех пор разработано много видов совершенных приборов, среди них гидролокатор кругового обзора, гидролокатор переменной глубины и др.

Устройство гидролокатора.

Гидролокаторы делятся на два основных типа: активные (излучающие сигнал и принимающие его отражение) и пассивные (принимающие шумы, издаваемые целью). Рассмотрим здесь блок-схему активного гидролокатора кругового обзора (рис. 1).

      Рис. 1. БЛОК-СХЕМА АКТИВНОГО ГИДРОЛОКАТОРА кругового обзора (со сканированием по азимуту).

Преобразователь

представляет собой устройство, в котором электрическая энергия преобразуется в механическую и наоборот. Такими преобразователями являются, например, микрофоны и громкоговорители. В гидролокаторе преобразователь исполняет обе функции. Обычно он размещается на днище надводного корабля и в верхней части корпуса подводной лодки. Иногда преобразователями служат пьезоэлектрические кристаллы (они меняют свои размеры при подаче на них электрического напряжения либо меняют форму при воздействии внешних сил, и на их поверхности возникает разность электрических потенциалов), но в данной схеме используется магнитострикционный (одновременно магнитоупругий) элемент – никелевый стержень с намотанной на него проволочной катушкой индуктивности. При нарастании электрического тока в катушке возникает магнитное поле, сжимающее стержень, при убывании тока – поле, растягивающее его. На конце стержня закреплена диафрагма, соприкасающаяся с водой, поэтому при сокращениях и удлинениях стержня в воде возбуждаются упругие колебания – звуковые волны. По прибытии эха все происходит в обратном порядке, и движения диафрагмы возбуждают ток в катушке. Набор таких преобразователей располагается по кругу в горизонтальной плоскости; каждый из них ориентирован в своем направлении. Передатчик воздействует на все преобразователи одновременно, и звуковые волны уходят сразу во всех направлениях. Но каждый преобразователь соединен с приемником отдельно, поэтому направление на цель определяется по тому элементу, который «слышит» эхо.

Передатчик.

Оператор сидит за пультом управления, контролируя работу передатчика – мощного генератора ультразвуковых импульсов (средняя мощность типичного передатчика – ок. 8 кВт, пиковая в импульсе достигает 160 кВт). Несущая частота передатчика фиксирована ок. 20 кГц, а длительность импульса может меняться оператором от 0,005 до 0,1 с. Частота повторения импульсов тоже может варьироваться от 1 до 60 имп/мин – в зависимости от максимальной величины радиуса зоны обзора (все эхо-сигналы должны быть приняты до момента посыла следующего импульса). Выбор частоты передатчика зависит от нескольких величин, влияние которых противоположно: с увеличением частоты возрастают потери на трассе, но интенсивность принимаемых собственных шумов воды и габариты преобразователя становятся меньше. Из этих соображений наиболее выгодным диапазоном эхолокации является полоса частот от 18 до 24 кГц. Акустические устройства шумопеленгации наиболее эффективно работают на частотах ниже 1 кГц, на которых наиболее мощно излучаются шумы кораблей. Выходная мощность передатчика ограничивается сверху тем ее значением, при котором в воде возникает кавитация (см. КАВИТАЦИЯ). Кавитационные пузырьки незамедлительно отражают в преобразователь существенную долю излучаемой мощности. С увеличением давления (т.е. глубины) возрастает и допустимый предел излучаемой акустической мощности.

Реле приема-передачи.

Так как один и тот же преобразователь выступает в роли излучателя и чувствительного элемента, его следует автоматически подключать то к передатчику, то к приемнику.

Приемник.

Принимаемые различными чувствительными элементами сигналы раздельно поступают в приемно-усилительный тракт, а оттуда – на коммутатор. В приемном тракте есть специальные схемы подавления паразитных сигналов.

Коммутатор.

Здесь принятый сигнал направляется по двум раздельным каналам – слухового контроля и видеоиндикации. Сегменты статора (неподвижной части коммутатора) расположены по кругу; на каждый из них поступает сигнал от определенного преобразователя. Положением первого ротора (с выходом на аудиоканал) управляет оператор, выбирая интересующее его направление прослушивания; гетеродинный конвертер канала слухового контроля переводит принятый сигнал на звуковую частоту 800 Гц и посылает его в головные телефоны оператора. Второй ротор коммутатора, связанный с видеоканалом, вращается с постоянной скоростью 1750 об/мин синхронно с разверткой индикатора кругового обзора, подобно тому как это делается в радаре, и позволяет визуализировать каждый эхо-сигнал с его пеленгом. За время между посылами двух последовательных импульсов зондирования развертка совершается дважды, так что все принятые отражения выводятся на экран индикатора (рис. 2).