Гидроакустический комплекс¶

Гидроакустический комплекс — это совокупность технических средств, предназначенных для обнаружения, классификации, пеленгования и сопровождения подводных и надводных объектов, а также для решения навигационных и гидрографических задач с использованием акустических волн, распространяющихся в водной среде. Гидроакустические комплексы (ГАК) являются основным инструментом подводного наблюдения и связи, применяемым на кораблях, подводных лодках, стационарных станциях и автономных необитаемых аппаратах.

¶История развития

¶Ранние этапы

Первые попытки использования звука для обнаружения подводных объектов относятся к началу XX века. После гибели «Титаника» в 1912 году начались работы по созданию эхолотов для обнаружения препятствий. В 1914 году американский инженер Реджинальд Фессенден разработал первый действующий гидрофон, способный принимать акустические сигналы. В годы Первой мировой войны, в связи с угрозой подводных лодок, были созданы первые шумопеленгаторные станции, работавшие в пассивном режиме.

¶Межвоенный период и Вторая мировая война

В 1930-х годах в СССР, Великобритании, Германии и США активно разрабатывались активные гидролокаторы (сонары). В 1935 году в СССР был создан первый гидроакустический комплекс «Тамир». В годы Второй мировой войны сонары стали стандартным оборудованием противолодочных кораблей. К концу войны появились первые многолучевые эхолоты и гидроакустические станции с электронным сканированием.

¶Послевоенный период и холодная война

С 1950-х годов развитие гидроакустики шло по пути повышения дальности обнаружения, помехоустойчивости и автоматизации. В СССР были созданы комплексы «Арктика», «Океан», «Скат». Появление цифровых вычислительных машин в 1970-х годах позволило реализовать адаптивные алгоритмы обработки сигналов. В 1980-х годах началось внедрение фазированных антенных решёток и цифрового формирования луча.

¶Современный этап

С 1990-х годов и по настоящее время гидроакустические комплексы интегрируются в единые корабельные информационно-управляющие системы. Активно применяются технологии цифровой обработки сигналов, нейросетевые алгоритмы классификации, а также гидроакустические антенны с распределённой архитектурой. Разрабатываются комплексы для автономных необитаемых подводных аппаратов (АНПА) и донных станций.

¶Классификация

¶По режиму работы

Пассивные комплексы — работают в режиме шумопеленгования. Принимают акустические сигналы, излучаемые объектами (шум винтов, механизмов). Обеспечивают скрытность работы, но не определяют дистанцию до цели (требуется триангуляция или активный подсвет).
Активные комплексы — излучают акустические импульсы (зондирующие сигналы) и принимают отражённые эхо-сигналы. Позволяют определять дистанцию и скорость цели, но демаскируют носитель.
Комбинированные (активно-пассивные) — наиболее распространённый тип, сочетающий оба режима.

¶По месту установки

Корабельные (надводные) — устанавливаются на кораблях и судах, часто в подкильном или буксируемом варианте.
Подводные лодочные — размещаются в носовой части, на бортах или в ограждении рубки. Отличаются повышенной скрытностью и чувствительностью.
Стационарные (донные) — системы гидроакустического наблюдения, устанавливаемые на морском дне. Используются для охраны морских границ и контроля акваторий.
Авиационные — гидроакустические буи, сбрасываемые с самолётов и вертолётов для поиска подводных лодок.
Портативные — переносные сонары для водолазов и маломерных судов.

¶По типу антенной системы

Однолучевые — простая конструкция, один луч.
Многолучевые — формируют несколько лучей одновременно, обеспечивая широкий сектор обзора.
С фазированной антенной решёткой (ФАР) — электронное сканирование без механического поворота.
Буксируемые — антенна буксируется за кораблём на кабель-тросе, что позволяет удалить её от помех корпуса.

¶Устройство и основные компоненты

Гидроакустический комплекс включает следующие основные подсистемы:

Антенная система (гидроакустическая антенна) — преобразователь электрических сигналов в акустические и обратно. Состоит из пьезокерамических или магнитострикционных элементов, объединённых в решётку. Антенны могут быть цилиндрическими, сферическими, линейными или конформными (повторяющими обводы корпуса).
Приёмно-усилительный тракт — усиливает слабые сигналы, принятые антенной, и фильтрует помехи. Включает предварительные усилители, полосовые фильтры и аналого-цифровые преобразователи (АЦП).
Цифровой вычислительный комплекс — обрабатывает цифровые сигналы: формирование лучей, согласованная фильтрация, обнаружение, пеленгование, классификация. Современные комплексы используют сигнальные процессоры (DSP), ПЛИС и графические ускорители (GPU).
Система отображения и управления — пульты оператора, дисплеи, средства документирования. Отображает гидроакустическую обстановку в виде кругового обзора, секторных развёрток, спектрограмм.
Система излучения — формирует мощные зондирующие импульсы заданной формы и частоты. Включает генераторы, усилители мощности и коммутаторы.
Система синхронизации и навигации — обеспечивает привязку данных к времени и координатам носителя.

¶Основные характеристики

Дальность обнаружения — максимальное расстояние, на котором комплекс может обнаружить типовую цель. Зависит от гидрологических условий, уровня шумов, мощности излучения. Для современных корабельных ГАК составляет от 10 до 100 км и более.
Разрешающая способность — способность различать две близко расположенные цели. Определяется шириной луча и длительностью импульса.
Рабочий диапазон частот — от единиц герц (для сверхдальнего обнаружения) до сотен килогерц (для высокоточных гидролокаторов). Низкие частоты (1–5 кГц) обеспечивают большую дальность, высокие (50–500 кГц) — высокое разрешение.
Сектор обзора — угловой диапазон, в котором комплекс может вести наблюдение. Для многолучевых систем достигает 360°.
Помехоустойчивость — способность работать в условиях естественных (шум моря, дождь, биологические шумы) и искусственных помех (гидроакустические средства противодействия).

¶Применение

¶Военное

Противолодочная оборона — обнаружение, классификация и сопровождение подводных лодок.
Противоминная борьба — поиск и классификация донных и якорных мин.
Торпедная защита — обнаружение торпед и управление средствами противоторпедной защиты.
Подводная связь — передача данных и команд между кораблями, подводными лодками и береговыми центрами.

¶Гражданское

Рыбопоиск — обнаружение косяков рыбы и оценка биомассы.
Гидрография — картографирование морского дна, поиск затонувших объектов.
Нефтегазовая разведка — профилирование дна, поиск трубопроводов и кабелей.
Навигация — обеспечение безопасности мореплавания, обнаружение подводных препятствий.

¶Научное

Океанология — изучение подводных течений, рельефа дна, акустических свойств воды.
Биоакустика — исследование поведения морских млекопитающих и рыб.
Археология — поиск и обследование затонувших кораблей и древних поселений.

¶Примеры гидроакустических комплексов

«Скат-3» (Россия) — корабельный ГАК для надводных кораблей, работающий в активно-пассивном режиме. Дальность обнаружения до 60 км.
AN/SQS-53 (США) — корабельный сонар, устанавливаемый на эсминцах и крейсерах. Использует фазированную антенную решётку.
«Иртыш-Амфора» (Россия) — гидроакустический комплекс для подводных лодок проектов 955 «Борей» и 885 «Ясень». Включает конформную антенну в носовой части и буксируемую антенну.
Kongsberg EM 2040 (Норвегия) — многолучевой эхолот для гидрографических работ, работающий на частоте 200–400 кГц.
ГАК «Лиман» (Россия) — стационарная система гидроакустического наблюдения для охраны морских границ.

¶Интересные факты

Скорость звука в воде составляет около 1500 м/с, что примерно в 4,5 раза быстрее, чем в воздухе. Однако она сильно зависит от температуры, солёности и давления, что создаёт сложные акустические каналы.
В океане существуют «зоны тени» — области, куда звук не проникает из-за рефракции (искривления лучей). Это может как затруднять, так и облегчать скрытное движение подводных лодок.
Современные ГАК способны обнаруживать подводные лодки на расстоянии до 100–200 км при благоприятных гидрологических условиях (например, в глубоководных каналах).
Для защиты от гидроакустического обнаружения используются специальные покрытия корпусов подводных лодок (резиновые плитки с воздушными полостями), а также имитаторы и гидроакустические помехи.

¶Источники

Урик Р. Дж. «Основы гидроакустики» — М.: Судостроение, 1978.
Корякин Ю. А., Смирнов С. А., Яковлев Г. В. «Корабельная гидроакустическая техника» — СПб.: Наука, 2004.
Бурдинский И. Н. «Гидроакустические комплексы и системы» — М.: МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2015.
Справочник по гидроакустике / Под ред. А. П. Евтютова — Л.: Судостроение, 1988.
Материалы открытых публикаций АО «Концерн «Океанприбор» (Санкт-Петербург).

BFOmetr — база данных и аналитика по компаниям России.

На главную BFOmetr →