ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Вторая мировая война и послевоенный период из "Анализ гидроакустических систем " После вступления США во вторую мировую войну был образован Научно-исследовательский комитет Министерства обороны, который возглавил В. Буш. Эта организация финансировала исследования и разработки, которые были жизненно необходимы для успешного ведения войны. В числе важных направлений были разработка лабораторией излучений Массачусетского технологического института (МТИ) радиолокатора, проект Манхет-тен по созданию атомной бомбы и обширная программа в области гидроакустики, предложенная 6-м отделением комитета. [c.18] Гидроакустические исследования выполнялись отделением военных исследований Калифорнийского университета, лабораторией электроники ВМС США в Сан-Диего и океанографическим институтом в Вудс Холле. Ценный вклад был сделан также лабораториями, связанными с Колумбийским и Гарвардским университетами. Массачусетским технологическим институтом, другими лабораториями ВМС США и организациями промышленности. [c.18] К счастью, к концу войны накопленные в этой области знания удалось обобщить и опубликовать в виде серии отчетов под общим названием Физика звука в море [9], В этих работах были сформулированы теоретические основы для описания распространения звука в море, реверберации и отражения сигналов от подводных лодок, надводных кораблей, во многом совпадающие с современными представлениями. [c.19] Приборы и методы измерений, разработанные во время второй мировой войны, стали этапом для создания программы океанографических исследований в последующие годы, которая должна была заполнить пробелы, допущенные в програмл1ах военных лет вследствие ограниченности их целей. [c.19] К концу войны факторы, вызывающие изменения скорости звука в океане, были изучены и систематизированы. Во всех районах Мирового океана были получены экспериментальные данные скорости распространения звука, охватывающие все сезоны года, различные погодные условия и разные глубины. С использованием на ранних этапах методов лучевой акустики было исследовано влияние вертикального профиля скорости звука на траектории распространения акустических лучей. Различные типы траекторий акустических лучей были идентифицированы и им присвоены наименования, существующие по настоящее время. [c.19] Хотя примененный частный критерий (названный критерием идеального наблюдателя) был позже изменен, его введение было валсным шагом в разработке статистической модели, пред-ставляюш,ей собой систему обработки сигналов, работаюш,ую совместно с устройством принятия решения (часто эту роль выполняет человек-оператор). [c.20] Независимо от работ, выполняемых лабораторией излучений МТИ, важный вклад в понимание существа процесса обработки сигналов был сделан Н. Винером и С. Райсом. В 1942 г. Н. Винер написал классическую работу Экстраполяция, интерполяция и сглаживание временных рядов , которая была впервые опубликована в качестве отчета комитета [10]. С помощью теории оценок он точно вычислил характеристики фильтра, который обеспечил наилучшее выделение требуемого сигнала на фоне помех. [c.20] В 1944—1945 гг. Райс опубликовал статью Математический анализ случайного шума [11]. В ней всесторонне охвачены вопросы статистических характеристик шумов и их влияния на результаты прохождения шума в трактах при различных релшмах работы схем. [c.20] Приблизительно с 1945 по 1955 г. работы К. Шеннона [12] в США, Д. Габора [13] и П. Вудворда [14] в Англии сделали теорию информации вполне законченной научной дисциплиной. Габор п Вудворд, в частности, предложили новый подход к решению проблемы синтезирования формы сигнала, которая влияет на такие характеристики системы, как разрешающая способность обнаружения цели, определение дистанции до нее и скорость движения. [c.20] Важной послевоенной разработкой стало введение цифровых методов в обработку сигналов. Первым их применением в гидроакустике была цифровая система ДИМУС [24] формирования и сканирования многолучевой характеристики направленности. В ней использовалось жесткое ограничение входных сигналов, подаваемых на сдвиговые регистры в целях получения задержек, необходимых для формирования характеристики направленности. Введение методов быстрого преобразования [25] вместе со снижением стоимости и одновременным ростом возможностей цифровых полупроводниковых элементов привело в конце 60-х и начале 70-х гг. к созданию полностью цифровых систем обработки данных. [c.21] Появление стратегического ядерного оружия после второй мировой войны постепенно изменило роль и конструкции гидроакустических систем. Требования к типовому гидролокатору во время второй мировой войны сводились к обнаружению подводной лодки вблизи конвоя в целях его обороны. Активные гидроакустические системы с малым радиусом действия хорошо решали эту задачу. [c.21] Требования к увеличению дальности действия обусловили переход ко все более низким частотам, чтобы уменьшить потери из-за поглощения звука. Более низкие частоты, в свою очередь, привели к увеличению габаритов антенн в целях обеспечения заданной точности определения направления на цель. Появилась необходимость в применении бортовых антенн максимально возможных размеров или гибких протяженных буксируемых антенн. [c.22] Основные эксперименты были проведены для измерения особенностей распространения низкочастотного звука на сверхбольшие расстояния и определения корреляционных свойств сигналов и шу.мов на низких частотах. Обнаружение и обработка узкополосных тональных составляющих сигналов цели были улучшены благодаря использованию преимуществ высокоскоростной цифровой техники. В то же время не прекращалась деятельность разработчиков и конструкторов кораблей по уменьшению излучаемой подводными лодками акустической энергии. По сравнению с общей энергией, вырабатываемой атомными подводными лодками, энергия излучаемых ею акустических колебаний исключительно мала. [c.22] С позиций решения классической пробле.мы обнаружения сигнала одиночной цели на фоне чисто случайных шумов с известным законом распределения, тактико-технические характеристики ГАС, полученные к 70-м гг., можно считать почти идеальными. В этих условиях достижение заданных параметров ограничивалось только возможностями апертур по пространству, времени, частоте и характеристиками среды. Однако, как только чувствительность обнаружения слабых сигналов повысилась, простая модель, описывающая поле шумов, стала неудовлетворительной. [c.22] Ключевой технической задачей стала разработка методов, с помош,ью которых эта информация должна обрабатываться для исключения помех и предоставления оператору-гидроаку-стику лишь существенной ее части. [c.23] Попытка разрешить эти проблемы, извлекая полезную информацию из больших объемов данных, привела к многочисленным вариантам автоматического обнаружения и классификации целей, адаптации системы к локальным окружающим условиям за счет управления ее техническими параметрами. Эти разработки стали возможными на основе использования полупроводниковой цифровой техники обработки информации. Развитие в этом направлении непрерывно продолжается. [c.23] С другой стороны, к тому, что было известно сотни лет тому назад, добавилась новая информация. Теперь мы понимаем, почему и при каких обстоятельствах слышны вдали звуки кораблей. Мы можем описать среду и наши системы в интересах прогнозирования, по крайней мере, в простой обстановке. Наконец, для повышения тактико-технических характеристик ГАС должны исследоваться остающиеся проблемы, ограничивающие понимание существа используемых физических явлений и сами параметры аппаратуры. [c.23] Вернуться к основной статье