Радиоэлектронные системы Основы построения и теория. Справочник . Под ред. Я.Д. Ширмана (2007) (1151789), страница 84
Текст из файла (страница 84)
км имеет место в диапазоне частот ниже 14-15 кГц. С другой стороны, с понижением частоты растет затухание. Поэтому для РНС декакилометровых волн приемлемыми являются частоты 1'= 10...15 кГц. Распространение радиоволн ()ь > 100 км). Охватывают частоты менее 3 кГц. В РЭС пока не применяется. Они могут возбуждаться при разрядах молний и способны на частотах от 3 кГц до 1О Гц проникать сквозь ионосферу, распространяясь от северного полушария до южного вдоль вытянутых силовых линий магнитного поля Земли с удалением от земной поверхности до 10Рз Составляющие частотного спектра разряда молний распространяются с различными скоростями, что приводит на выходе приемника характерных звуковых эффектов. 11.5.
Влияние реальной водной среды на работу гидроакустических РЭС 11.5.1.Особенности распространения гидроакустических волн в реальных средах Потери распространения (ПР). Характеризуют ослабление в децибелах энергии звука между точкой, находящейся в 1 м от источника, и точкой, удаленной на расстояние г. В однородной безграничной среде ПР= — 2018 г — В,г [дБ), (! 1.128) где Вс — коэффис(иеннс ослабления на единицу пути [дБ)км]. Его приближенно определяют согласно [9. 24 ) Вс [дБ/км] 0,036 уз ' [кГц]. В (11.!28) первое слагаемое учитывает потери из-за сферического расширения фронта волны, а второе поглощения и рассеяния энергии средой.
В реальной среде фронт волны может отличаться от сферического, что приводит к необходимости коррекции (! 1.128). Скорость звука. Зависит от температуры, солености и статического давления среды. С увеличением каждого из этих параметров скорость возрастает. Наиболее существенны вертикальные изменения скорости (монотонные или немонотонные, с положительным или с отрицательным градиентом), определяемые широтой места, сезоном года, глубиной и т.д. Разнообразие распределения скорости звука по глубине водной среды приводит к распространению звука: ° волноводному (канальному); ° антиволноводному. В первом случае большая часть энергии распросганяется на большие расстояния, чем во втором, удерживаясь в приповерхностном илн подводном звуковых каналах.
Приповерхностный звуковой канал (ППЗК). Формируется во многих районах мирового океана при положительном вертикальном градиенте скорости в слое с нижней границей Н, с 100 м (рис. !! .46,а). Лучи 1 и 2, выходящие из источника И в пределах углов +ечо распространяются в ППЗК с цилиндрической расходимостью и ослабляются меньше, чем при сферической расходимости. Луч 3, выходящий под углом е>~еч], отклоняется в сторону дна.
Под ППЗК образуется область(зона) тени. Усредненное значение потерь распространения в ППЗК ПР= — 2018 г — Всг ь 1018 А(с,г), где А(с,г)- фактор аномалии, являющийся функцией частоты и расстояния [9.24]. Подводный звуковой канал (ПЗК). Формируется на средних широтах на глубине 900...1200 м, где возникает минимальная скорость звука — ось ПЗК (рис. 11.46,6). Характер распространения при этом зависит от положения источника звука относительно оси ПЗК.
Если источник И размещается вблизи оси (рис. 11.46,6), то акустическая энергия с меньшей расходимостью лучей передается на большие расстояния (до 3 тыс. км и более [9.27)). Если источник И размещен вьппе оси ПЗК вЂ” ближе к поверхности (рис. ! 1.46,в), то группа лучей со сферической расходимостью периодически возвращается к поверхности в узких полосах по дальности — зонах конвергенции ЗК1, ЗК2,...
С ростом номера зоны увеличивается протяженность ее по дальности. Это приводит к перекрытию зон и образованию сплошной зоны акустической освещенности. Такие зоны могут формироваться н на некоторой глубине. Антнволноводное распространение звука. Наблюдается при отрицательном градиенте скорости звука (рис. 11.46,г). Все лучи источника И изгибаются вниз. Луч, выходящий под углом е„р, определяет максимальный радиус г„освешенной области [9.24) г =(/Й»- /Й»- ) /2/у/, где Н„, Н, — глубины источника и приемника; )( — модуль градиента скорости звука.
На дальностях г < г„ звук, в среднем, ослабляется сильнее, чем при сферической расходимости. В мелководной среде отрицательный градиент может сохраниться до дна. На распространение звука влияют тогда донные потери. Над плотным гладким дном звук источника И в направлениях е< е,р распространяется также, как и в ППЗК с положительным градиентом. Ослабление звука на расстояниях г > г; — Н'2з[пе„ обратно пропорционально, в среднем, г, а не г'. 11.5.2 Уравнения дальности гидроакустических РЭС Аналогичны уравнениям разд. 11.1 для радиотехнических средств, но отражают специфику гидроакустических РЭС и принятые в акустике понятия, В зависимости от полноты учета условий распространения различают дальность действия: ° энергетическую, соответствующую модели однородной водной среды; ° фактическую, соответствующую реальным гидроакустическим условиям.
/р!аксииальная дальность действия определяется из условия превышения интенсивности сигнала (разд. 8.13) над интенсивностью помехи с коэффициентом распознавания (рааричииости) К 1,> К„,„1„. (11.129) Уравнение дальности однопозиционного активного гидролокатора. Определяется из (1!.!29) с учетом (! 1.9).Заменив в аналогичной (11.9) формуле эффективную площадь цели о,„р на ка2, где а- эквивалентный радиус акустической цели, и учитывая потери на распространение, приводим (11.! 29) к виду Рбр,раз!0 ' "" А'(у,г„)/(16лг„)>Кр „1„, (11.130) где А(/,гр) — фактор аномалии распространения.
Расчеты выполняют в единицах давления [9.24) Растр/4лго=рорс * 1п=рррс (11.131) Здесь рр=3,45 /РО р — давление, развиваемое гидро- локатором вдоль оси ДН на расстоянии гр=1 м; р„— давление, создаваемое помехой в рабочей полосе частот; Р, — волновое сопротивление среды.
С учетом (11.13!) из (11.130) имеем р гд а 1О ' '"'А~(/,г„)/(4гц)>Кы,„р„. (11.132) В логарифмической форме (11.! 3!) придают внд: 2ПР > ПО»- УШ вЂ” СЦ вЂ” УИ. (! 1.133) Здесь ПР= — 2018 г„- В,г„+1018А(/,г„) — потери распространения в реальных гидроакустических условиях; ПО= 1О 18 ʄ— порог обнаружения; УШ = 2018р„— уровень шумов; СЦ = 20!8(а / 2) — сила цели (разд.
8.13); УИ = 2018рр — уровень излучения. Уровень шума УШ определяется внутренними шумами, шумами моря, судна-носителя ГЛС, цели и реверберации. Шумы реверберации — это пассивные помехи, возникающие при рассеянии акустического сигнала неоднородностями среды. Они зависят от дальностей мешаюших отражателей и направленных свойств излучателя и приемника. Уравнения (!!.132) и (!!.133) являются трансцендентными. Их решают графическим методом или на компьютере.
Фактическая дальность действия г гидролокапгора определяется значением г„, при котором уравнение (11.132) обращается в равенство. Дальность тип определяемая из (! 1.132) при А (/",г„)=1, будет энергетической дальностью действия гидролокатара. Уравнение дальности пассивного гидролокатора.
Шум цели с энергетическим спектром, задаваемом обычно функцией /У „(/)=А2 „Г", используется в данном случае как полезный сигнал. Его давление р„(г„,о/ ) в полосе частот А~=~2-/, на расстоянии г„выражают через некоторую эквивалентную частоту /,: р'„(гыА/)=р'„(Л,)(тра,/г„/',)'в ' "А(/„г„). (11.134) Здесь Р„Цр~) — давление шума цели на частоте /„при полосе /!/=! Гц и расстоянии гр = 1 м / =т(г„)(/>(2)н где у(г,) — коэффициент, зависящий от дальности г„и частотного диапазона. На расстояниях до 500км в диапазонах 0,5...
1 кГц и 2...4 кГц значение у(г„) составляет 0,98...0,92 и 0,86...0,84. В силу (11.134) фактическую дальность действия определяют из аналогичного (11.131) уравнения 2 2 р„(г,,Л/) >К „р,. Уравнение средств гидроакустической связи. Определяется (см, методику получения (11.! 32) выражением или в логарифмической форме ПР > ПО+ УШ вЂ” УИ. Эффективность средств гидроакустической связи зависит также от полосы частот сигнала [9.24).
Зависимость уравнений дальности от частоты. Параметры уравнений (! 1.132), (11.134) зависят от частоты. Оптимальный выбор частоты обеспечивает лраксииальную дарьность при заданной мошности излучения или заданную даэьность при минимальной мощности излучения. 181 12. ЭЛЕМЕНТЫ ОБЩЕЙ СИСТЕМОТЕХНИКИ 12.1. Понятие общей системотехиики. Жизненный цикл систем 12.1.1. Общие сведения Понятие общей системотехники охватывает совокупность общих для различных систем вопросов, возникающих на протяжении их жизненного цикла и не зависящих от нх предназначения [0.2, 0.46, 6.26-6.431.
Жизненным цикэоч системы называют совокупность периодов их разработки, производства, технической эксплуатации и практического использования,модернизации, частичной или полной замены по мере технического износа н «морального старения». К вопросам общей системотехники относят организацию всех этапов жизненного цикла и, в частности, обеспечение требований эффективности, массового обслуживания, надежности, эргономики и экологии.
Охват подобных вопросов единым понятием «общая системотехиика» связан с распространением «больших» систем (разд. 1, 5). Приэнакачи таких систем считают; целенаправленность построения; большой объем выполняемых функций; разнообразие составляк»цнх систему элементов; иерархию; случайность входных воздействий; сложность математического описания; способность работать в конфликтных ситуациях.
При разработке элементов больших систем существен системотвтнический подход. Это значит, что работа их рассматривается с позиций системы в целом„ взаимодействия с другими системами, учета при этом всего ее жизненного цикла, начиная от разработки и кончая снятием с эксплуатации. 12.1.2. формирование требований к системам Начальный, но ответственный этап разработки. Представляет собой предмет исследования функционирования системы в системе высшего иерархического уровня, взаимодействия ее с системами одинакового с ней уровня, перспектив совершенствования. За критерий качества технических решений принимают обычно критерий эффективность-стоимость, т.е.
достижение максимальной или хотя бы приемлемой эффективности при ограниченной по максимуму, приемлемой стоимости. Под эффективностью понимается степень соответствия системы своему назначению, характеризуемая набором показателей эффективности, а когда это возможно, обобщенным или ведущим показателем эффективности (разд. 14). Вводят иногда удмьную эффективность — отношение обобщенного нли ведущего показателя эффективности к стоимости. Кажущаяся простота обобщенных показателей эффективности не должна заслонять необходимости их дополнения результатами более подробного техникоэкономического анализа.
Наряду со стоимостью производства, например, должны учитываться возможность его реализации за ограниченное время на имеющейся производственной базе, создание в особых случаях дополнительной производственной базы, а значит, необходимость дополнительных затрат на капитальное, жилищное и культурное строительство. 182 Количественное выражение эффективности также представляется наиболее очевидным лишь для систем высшего уровня, но и в этом случае оно неоднозначно. Так, установка зенитных орудий на судах английского торгового флота в период второй мировой войны оказалась не столь эффективной по проценту сбитых самолетов, атаковавших суда, как по предотвращенному ущербу. Учитывая длительные сроки разработки и производства сложных систем, желательно прогнозировать показатели эффективности и стоимости на период использования, а не только на период разработки РЭС.