Шумопеленгование¶

Шумопеленгование — это совокупность методов и технических средств, предназначенных для определения направления (пеленга) на источник акустического излучения (шума) в водной среде, воздушном пространстве или на суше. Основной задачей шумопеленгования является обнаружение объекта (например, корабля, подводной лодки, летательного аппарата) и вычисление его угловой координаты относительно точки наблюдения на основе анализа параметров принимаемого шумового сигнала, без необходимости активного облучения цели.

¶Физические основы и принцип действия

Шумопеленгование основано на регистрации звуковых волн, распространяющихся в среде. Источником шума может быть работа двигателей, гребные винты, гидродинамические процессы, механизмы и другие объекты, создающие акустические колебания. Приём сигналов осуществляется с помощью специальных антенн — гидроакустических (в воде) или микрофонных (в воздухе и на суше) решёток.

Принцип определения направления базируется на разности времени прихода звуковой волны на отдельные элементы антенной решётки (пространственная обработка сигнала). Поскольку скорость звука в среде конечна и известна, волна достигает разные приёмные элементы с задержкой. Анализируя эти задержки (фазу и корреляцию сигналов), система вычисляет угол прихода волны. Для повышения точности и разрешающей способности применяются методы адаптивной обработки, диаграммообразования и спектрального анализа.

¶История развития

Первые попытки определения направления на источник звука относятся к началу XX века. В 1910-х годах, в период Первой мировой войны, появились пассивные акустические системы для обнаружения подводных лодок и кораблей. Они представляли собой механические устройства с рупорными приёмниками, позволявшие оператору определять направление на шумящий объект на слух.

Активное развитие шумопеленгование получило в середине XX века с внедрением электронных вычислительных машин и фазированных антенных решёток. В 1960–1970-х годах в СССР и США были созданы мощные гидроакустические комплексы, способные обнаруживать подводные лодки на больших дистанциях. Современные системы используют цифровую обработку сигналов, нейросетевые алгоритмы и многоканальные антенны с тысячами элементов.

¶Классификация

Шумопеленгование подразделяется по нескольким признакам.

По среде распространения сигнала:

• Гидроакустическое шумопеленгование — применяется в морских и речных условиях для обнаружения надводных кораблей, подводных лодок, торпед и морских животных.
• Авиационное и наземное шумопеленгование — используется для обнаружения летательных аппаратов, транспортных средств, артиллерийских орудий и источников промышленного шума.

По способу обработки сигнала:

• Корреляционное — основано на вычислении взаимной корреляции сигналов с разных приёмников.
• Спектральное — основано на анализе частотного состава шума и его энергетических характеристик.
• Адаптивное — использует алгоритмы, подстраивающиеся под помеховую обстановку.

По мобильности:

• Стационарные системы — береговые гидроакустические станции, системы охраны периметров.
• Мобильные комплексы — корабельные, самолётные, вертолётные и переносные системы.

¶Применение

Основная область применения шумопеленгования — военная сфера. Гидроакустические комплексы являются ключевым элементом противолодочной обороны, позволяя обнаруживать субмарины в пассивном режиме, не выдавая собственного местоположения. Шумопеленгаторы устанавливаются на надводные корабли, подводные лодки, противолодочные самолёты и вертолёты, а также на береговые наблюдательные посты.

В гражданской сфере шумопеленгование используется для:

• мониторинга морской фауны (учёт китов, дельфинов и других морских млекопитающих);
• охраны акваторий портов и гидротехнических сооружений;
• поиска затонувших объектов и потерпевших аварию судов по их акустическому излучению;
• контроля промышленного шума и выявления источников акустического загрязнения.

¶Современное состояние и точность

Современные шумопеленгаторные системы способны определять направление на источник с точностью до долей градуса при благоприятных гидрологических условиях. Дальность обнаружения зависит от уровня шума цели, фоновых помех, глубины и температуры воды. Для подводных лодок в малошумном исполнении дальность пассивного обнаружения может достигать десятков и сотен километров.

Основными ограничениями метода являются:

• зависимость от гидрологических условий (скачки температуры, солёности, течения);
• невозможность определения дистанции без дополнительных манёвров или использования активных средств;
• маскировка шумов целью (снижение собственной шумности, применение звукопоглощающих покрытий).

¶Интересные факты

• В годы Второй мировой войны акустические шумопеленгаторы использовались для обнаружения самолётов противника задолго до появления радиолокации, однако их эффективность была ограничена метеоусловиями.
• Одной из задач современного шумопеленгования является классификация целей — определение типа корабля или подводной лодки по характерным особенностям шума (кавитация, зубцовые частоты гребных винтов).
• Для снижения заметности подводные лодки оснащаются малошумными двигателями, амортизирующими креплениями механизмов и специальными винтами с изменяемым шагом.

¶Источники

• Справочник по гидроакустике / под ред. А. П. Евтютова. — Л.: Судостроение, 1988.
• Урик Р. Дж. Основы гидроакустики. — Л.: Судостроение, 1978.
• Бурдик В. С. Анализ гидроакустических систем. — Л.: Судостроение, 1988.
• Материалы открытых публикаций о гидроакустических комплексах ВМФ России.