„За военни работи не се съветвай със страхливец.“

Разпространение на сигнала. Определянето на възможността за откриване на обект в дадена точка е да се намерят всички пътища на разпространение на акустични вълни до точката на приемане с дадена честота. Решаването на проблема по метода на нормалните вълни при наличие на сложна топография на дъното и зависимостта на ВРСЗ от дълбочината е изправена пред непреодолими трудности. При тези условия използването на апроксимацията на лъчевия модел ще бъде оптимално. Решението е намерено на базата на модел на многопътно разпространение в приближението на геометричната акустика и като се вземе предвид зависимостта на ВРСЗ. Изчислението взе предвид лъчите, които са отразени от дъното не повече от 25 пъти, коефициентът единично отражение = 0,9.

Приемателният модул на сонара е разположен неподвижно, близо до брега в точка с координати (10 м, 9 м). В процеса на симулация бяха изчислени сигналите, пристигащи в местоположението на приемния модул в различни позиции на източника на сигнал.
По-долу на фиг. 4 са показани лъчевите траектории за източник, разположен в различни точки от акваторията.

Фиг. 4. Многопътно разпространение на сигнала от източника до приемния елемент с координати (10, 9) м, координати на източника: a, б – (8000, 5) м; в – (8000, 45) м; г – (8500, 150) м; д – (9000, 5) м; е – (9000, 245) м.

Фигура 4б показва по-подробно разпространението на сигнала в приповърхностния слой, където поради силното нагряване на горните слоеве на морето голям брой лъчи, които не достигат дъното, се връщат обратно към повърхността. Освен това може да се види, че приемник, разположен близо до брега, може да приема сигнали от източник, разположен на голяма дълбочина и на пръв поглед е закрит поради рязка промяна в дълбочината.
Поради това е от интерес да се изчисли мощността на сигнала, която се измерва от приемащия елемент, когато източникът е разположен в различни точки от водната площ (фиг. 5).
Позицията на приемния модул е показана с черен кръг. Поради трудни условия
на разпространение, изчислението е извършено чрез сумиране на сигналите, идващи от различни лъчи по отношение на мощността (некохерентно разпространение). Приблизителни граници за промяна на мощността на сигнала от максимална (червен цвят) до минимална стойност (тъмно зелен цвят) 55 dB.

Фиг. 5. Мощност на сигнала на входа на приемника, когато източникът е разположен в различни точки от акваторията.

Зони на уязвимост и скритост. При известно съотношение сигнал/шум на изхода на приемащата система и като се приеме, че сигналът и шумът са произволни сигнали, чиято плътност на разпределение съответства на нормалния закон за разпределение, е възможно да се изчисли вероятността за правилно откриване и фалшива тревога. На фиг. 5 се показват резултатите, които определят силата на сигнала в приемния елемент.

За да се изчисли съотношението сигнал/шум на изхода на приемащата система (S/Nout), е необходимо да се определи мощността на смущения на входа на приемащата система: сигнал/шум на входа на приемащата система (S/Nin ). Резултатите са представени за два случая: S/Nin = 1 и S/Nin = 0,1.

За бърза реакция и идентифициране на зони на скритост и уязвимост се използва по-просто визуално представяне на карти за откриване за дадена област (фиг. 6б), на които има само два цвята. Едната от тях (червена) съответства на зони, за които вероятността за откриване на Pd > 0,5, а другата (зелена) съответства на Pd < 0,5. Все пак, трябва да се има в предвид, че такова представяне се изчислява с помощта на всички входни параметри среда, цел и смущения.

Фиг. 6. Вероятност за откриване на източника, когато се намира в различни точки от акваторията (а) и зоните на укриване и уязвимост (б, в), S/Nin=0,1 (b), S/Nin=1 (в).

От сравнението на фиг. 6б и 6в следва, че увеличаването на мощността на смущения, чийто основен източник е шум, причинен от развълнуваната морска повърхност, води до рязко увеличаване на зоната на скритост. В крайбрежните зони с висока степен на променливост използването на късовълнов радар дава възможност за измерване на повърхностните вълни и течения, което допринася за адекватно изчисляване на нивото на смущения.

В реална ситуация за прехода от данните, представени на фиг. 5 към резултатите на фиг. 6 е необходимо да се знаят характеристиките на източника на сигнала и смущенията, които може да не са известни. Освен това е необходимо да се вземе предвид конструкцията на приемната антена (броя на приемните елементи, наличието на векторни приемни елементи) и алгоритъма за обработка. При използване на антена, състояща се от M приемни елементи, и при обработка на сигнали с помощта на стандартни алгоритми, например метода на Bartlett, мощността на сигнала от целта на изхода на приемната система се увеличава с коефициент M. Обработката на сигнала с помощта на последователни алгоритми за обработка позволява увеличаване на S/N няколко пъти повече, S/N=λ·M·S/N. Коефициентът λ зависи от условията на разпространение и спецификата на алгоритъмът за обработка. Допълнително значително увеличение на S/N се осигурява от използването на векторно-скаларни антени. При практическото изпълнение на алгоритми за обработка, съобразени със средата на разпространение, априорната информация за параметрите на морската среда трябва да бъде достатъчно надеждна.

Заключение. С помощта на експериментални данни е показан метод за изчисляване на ефективността на откриване на цел, като се вземат предвид условията на разпространение на сигнала в сложна геофизична среда. Разработената схема свързва променливостта на околната среда с характеристиките на борбата срещу подводници по начин, който показва неочаквани резултати на откриване.

В публикацията се отразява теоретичната основа за изчисляване на параметрите на сонара въз основа на връзката му с околната и акустичната среда. Показва се рязка промяна в зоните на скритост и уязвимост, когато се промени един от изчислителните параметри, мощността на шума. Това подчертава необходимостта от предоставяне на океанографски данни в реално време на хидроакустичните системи за наблюдение.