Гидролокация

ГИДРОЛОКАЦИЯ (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 гидролокации начали развиваться в Великобритании и Франции в годы 1-й мировой войны как средство борьбы с немецкими подводными лодками. После 2-й мировой войны гидролокация стала широко использоваться и в мирных целях. Объектами гидролокации могут быть навигационные препятствия природного происхождения, гидротехнические сооружения, затонувшие суда, полезные ископаемые, косяки рыб и отдельные представители морской фауны, подводные лодки, надводные корабли, торпеды, мины и пр.

Широкое распространение гидролокации обусловлено тем, что акустические волны характеризуются существенно меньшим поглощением в водной толще по сравнению с другими видами волн. Величина поглощения зависит от частоты волны, солёности морской воды, концентрации в ней пузырьков воздуха и зоопланктона. Зависимость коэффициента 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 акустического 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 (механической или электрической способом) находят направление на объект, соответствующее максимальный амплитуде сигнала на выходе антенны. Угловая разрешающая способность антенны приблизительно составляет Δφ = с/(f_oптL), где с - скорость звука в воде, L - длина проекции антенны на плоскость, перпендикулярную направлению на объект, f_oпт - 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, смотри Гидролокатор) излучают гидролокационный сигнал и измеряют время задержки τ отражённого объектом эхо-сигнала. Расстояние R до объекта определяют по формуле R = сτ/2. Радиальную составляющую V_R скорости движения объекта определяют путём измерения вызванного Доплера эффектом смещения частоты эхо-сигнала f_э относительно частоты излучаемого сигнала f₀: V_R = = с(f_эf₀)/f₀. Пеленг на цель определяют, как и при пассивной локации, путём использования направленности приёмно-излучающей антенны. В качестве гидролокационного 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 ΔR определяется шириной полосы частот излучаемого гидролокационного сигнала Δf: ΔR =  с/(2Δf); разрешающая способность по скорости ΔV_R - видом модуляции и длительностью Т гидролокационного сигнала. Предел разрешения достигается при излучении тонального сигнала и составляет ΔV_R = с/(2f₀Т).

В зависимости от способа совместного использования излучающих и приёмных антенн различают моностатический, бистатический и мультистатический режимы гидролокации. В моностатическом режиме приёмная и излучающая антенны пространственно совмещены, в бистатическом режиме эти антенны разнесены. В мультистатическом режиме одновременно используют несколько разнесённых приёмных и излучающих антенн. Этот режим обеспечивает наибольшую площадь так называемый зоны освещения подводной обстановки (области обнаружения подводных объектов), однако и наиболее сложен для технической реализации.

Дальность обнаружения с помощью гидролокации 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 гидроакустическими условиями распространения звука в водной среде (смотри Акустика океана). Основные источники помехи - поверхностные шумы океана. В активной локации дополнительным источником помехи является морская реверберация, обусловленная рассеянием звука на неровностях дна, поверхности океана и объёмных неоднородностях в водной толще. Уровень эхо-сигнала определяется мощностью гидролокационного сигнала, отражающими свойствами объекта и гидроакустическими условиями распространения звука.

Лит.: Урик Р. Дж. Основы гидроакустики. Л., 1978; Справочник по гидроакустике. 2-е изд. Л., 1988.