ГИДРОЛОКА́ЦИЯ

ГИДРОЛОКА́ЦИЯ (от гид­ро… и ло­ка­ция), оп­ре­де­ле­ние по­ло­же­ния (дис­тан­ции и глу­би­ны) и па­ра­мет­ров дви­же­ния (ско­ро­сти и кур­са) под­вод­ных объ­ек­тов с по­мо­щью аку­сти­че­ских волн, из­лу­чае­мых са­ми­ми объ­ек­та­ми (пас­сив­ная ло­ка­ция), ли­бо от­ра­жённого ими из­лу­че­ния внеш­них ис­точ­ни­ков зву­ка (ак­тив­ная ло­ка­ция). Ме­то­ды Г. на­ча­ли раз­ви­вать­ся в Ве­ли­ко­бри­та­нии и Фран­ции в го­ды 1-й ми­ро­вой вой­ны как сред­ст­во борь­бы с нем. под­вод­ны­ми лод­ка­ми. По­сле 2-й ми­ро­вой вой­ны Г. ста­ла ши­ро­ко ис­поль­зо­вать­ся и в мир­ных це­лях. Объ­ек­та­ми Г. мо­гут быть нави­га­ци­он­ные пре­пят­ст­вия при­род­но­го про­ис­хо­ж­де­ния, гид­ро­тех­нич. со­ору­же­ния, за­то­нув­шие су­да, по­лез­ные ис­ко­пае­мые, ко­ся­ки рыб и отд. пред­ста­ви­те­ли мор. фау­ны, под­вод­ные лод­ки, над­вод­ные ко­раб­ли, тор­пе­ды, ми­ны и пр.

Ши­ро­кое рас­про­стра­не­ние Г. обу­слов­ле­но тем, что аку­стич. вол­ны ха­рак­те­ри­зу­ют­ся су­ще­ст­вен­но мень­шим по­гло­ще­ни­ем в вод­ной тол­ще по срав­не­нию с др. ви­да­ми волн. Ве­ли­чи­на по­гло­ще­ния за­ви­сит от час­то­ты вол­ны, со­лё­но­сти мор. во­ды, кон­цен­тра­ции в ней пу­зырь­ков воз­ду­ха и зоо­планк­то­на. За­виси­мость ко­эф. по­гло­ще­ния от час­то­ты $f$ (вы­ра­жен­ной в кГц) при­бли­зи­тель­но оп­ре­де­ля­ет­ся фор­му­лой: $β(f)=0,036f^{3/2}$ дБ/км. В за­ви­си­мо­сти от рас­стоя­ния до объ­ек­та, ко­то­рое мо­жет со­став­лять от не­сколь­ких мет­ров до со­тен ки­ло­мет­ров, диа­па­зон ис­поль­зуе­мых час­тот ме­ня­ет­ся от не­сколь­ких МГц до со­тен Гц. Мощ­ность аку­стич. из­лу­че­ния в ак­тив­ной ло­ка­ции ме­ня­ет­ся от еди­ниц Вт до со­тен кВт.

При пас­сив­ной ло­ка­ции (шу­мо­пе­лен­го­ва­нии) не­по­сред­ст­вен­но из­ме­ря­ют на­прав­ле­ние (пе­ленг) на ис­точ­ник зву­ка. Для это­го ис­поль­зу­ют гид­ро­аку­сти­че­скую ан­тен­ну с ост­рой ха­рак­те­ри­сти­кой на­прав­лен­но­сти. Пу­тём её вра­ще­ния (ме­ха­нич. или элек­трич. спо­со­бом) на­хо­дят на­прав­ле­ние на объ­ект, со­от­вет­ст­вую­щее макс. ам­пли­ту­де сиг­на­ла на вы­хо­де ан­тен­ны. Уг­ло­вая раз­ре­шаю­щая спо­соб­ность ан­тен­ны при­бли­зи­тель­но со­став­ля­ет $\Delta φ=c/(f_{опт}L)$, где $c$ – ско­рость зву­ка в во­де, $L$ – дли­на про­ек­ции ан­тен­ны на плос­кость, пер­пен­ди­ку­ляр­ную на­прав­ле­нию на объ­ект, $f_{опт}$ – оп­ти­маль­ная час­то­та, со­от­вет­ст­вую­щая наи­боль­ше­му зна­че­нию от­но­ше­ния спек­траль­ных плот­но­стей сиг­на­ла и по­ме­хи на вы­хо­де ан­тен­ны. При ис­поль­зо­ва­нии двух или бо­лее раз­не­сён­ных ан­тенн по их дан­ным оп­ре­де­ля­ют рас­стоя­ние до объ­ек­та. Со­во­куп­ность оце­нок пе­лен­га и рас­стоя­ния в по­сле­дова­тель­ные мо­мен­ты вре­ме­ни по­зво­ля­ет оп­ре­де­лить ско­рость и на­прав­ле­ние дви­же­ния объ­ек­та.

При ак­тив­ной ло­ка­ции (эхо­пе­лен­го­ва­нии, см. Гид­ро­ло­ка­тор) из­лу­ча­ют гид­ро­ло­кац. сиг­нал и из­ме­ря­ют вре­мя за­держ­ки $τ$ от­ра­жён­но­го объ­ек­том эхо-сиг­на­ла. Рас­стоя­ние $R$ до объ­ек­та оп­ре­де­ля­ют по фор­му­ле $R=cτ/2$. Ра­ди­аль­ную со­став­ляю­щую $V_R$ ско­ро­сти дви­же­ния объ­екта оп­ре­де­ля­ют пу­тём из­ме­ре­ния вы­зван­ного До­п­ле­ра эф­фек­том сме­ще­ния час­то­ты эхо-сиг­на­ла $f_э$ от­но­си­тель­но час­тоты из­лу­чае­мо­го сиг­на­ла $f_0$: $V_R=c(f_э-f_0)/f_0$. Пе­ленг на цель оп­ре­де­ля­ют, как и при пас­сив­ной ло­ка­ции, пу­тём ис­поль­зо­ва­ния на­прав­лен­но­сти при­ём­но-из­лу­чаю­щей ан­тен­ны. В ка­че­ст­ве гид­ро­ло­кац. сиг­на­ла ис­поль­зу­ют им­пульс или се­рию им­пуль­сов с час­тот­ной, фа­зо­вой или ам­пли­туд­ной мо­ду­ля­ци­ей не­су­щей час­то­ты. Па­ра­мет­ры мо­ду­ля­ции час­то­ты влия­ют на точ­ность оце­нок рас­стоя­ния и ра­ди­аль­ной со­став­ляю­щей ско­ро­сти дви­же­ния объ­ек­та. Раз­ре­шаю­щая спо­соб­ность по рас­стоя­нию $\Delta R$ оп­ре­де­ля­ет­ся ши­ри­ной по­ло­сы час­тот из­лу­чае­мо­го гид­ро­ло­кац. сиг­на­ла $\Delta f: \Delta R=c/(2\Delta f)$; раз­ре­шаю­щая спо­соб­ность по ско­ро­сти $\Delta V_R$ – ви­дом мо­ду­ля­ции и дли­тель­но­стью $T$ гид­ро­ло­кац. сиг­на­ла. Пре­дел раз­ре­ше­ния дос­ти­га­ет­ся при из­лу­че­нии то­наль­но­го сиг­на­ла и со­став­ля­ет $\Delta V_R=c/(2f_0T)$.

В за­ви­си­мо­сти от спо­со­ба со­вме­ст­но­го ис­поль­зо­ва­ния из­лу­чаю­щих и при­ёмных ан­тенн раз­ли­ча­ют мо­но­ста­тич., бис­та­тич. и муль­ти­ста­тич. ре­жи­мы Г. В мо­но­ста­тич. ре­жи­ме при­ём­ная и из­лучаю­щая ан­тен­ны про­стран­ст­вен­но со­вме­ще­ны, в бис­та­тич. ре­жи­ме эти ан­тен­ны раз­не­се­ны. В муль­ти­ста­тич. ре­жи­ме од­но­вре­мен­но ис­поль­зу­ют неск. раз­не­сён­ных при­ём­ных и из­лу­чаю­щих ан­тенн. Этот ре­жим обес­пе­чи­ва­ет наи­боль­шую пло­щадь т. н. зо­ны ос­ве­ще­ния под­вод­ной об­ста­нов­ки (об­лас­ти об­на­ру­же­ния под­вод­ных объ­ек­тов), од­на­ко и наи­бо­лее сло­жен для тех­нич. реа­ли­за­ции.

Даль­ность об­на­ру­же­ния с по­мо­щью Г. под­вод­ных объ­ек­тов и точ­ность оп­реде­ле­ния их ме­сто­по­ло­же­ния за­ви­сят от от­но­ше­ния уров­ней сиг­на­ла и по­мехи в точ­ке их приё­ма. В пас­сив­ной ло­ка­ции уро­вень сиг­на­ла оп­ре­де­ля­ет­ся уров­нем шу­мо­из­лу­че­ния объ­ек­та и гид­ро­аку­стич. ус­ло­вия­ми рас­про­стра­не­ния зву­ка в вод­ной сре­де (см. Аку­сти­ка океа­на). Осн. ис­точ­ни­ки по­ме­хи – по­верх­но­ст­ные шу­мы океа­на. В ак­тив­ной ло­ка­ции до­пол­нит. ис­точ­ни­ком по­ме­хи яв­ля­ет­ся мор­ская ре­вер­бе­ра­ция, обу­слов­лен­ная рас­сея­ни­ем зву­ка на не­ров­но­стях дна, по­верх­но­сти океа­на и объ­ём­ных не­од­но­род­но­стях в вод­ной тол­ще. Уро­вень эхо-сиг­на­ла оп­ре­де­ля­ет­ся мощ­но­стью гид­ро­ло­кац. сиг­на­ла, от­ра­жаю­щи­ми свой­ст­ва­ми объ­ек­та и гид­ро­аку­стич. ус­ло­вия­ми рас­про­стра­не­ния зву­ка.