популярно о природе звука

Сонар с электронным сканированием

СонарВ настоящее время уже создано несколько типов сонаров с электронным сканированием, каждый из которых имеет свои недостатки и преимущества. Главный принцип работы всех этих устройств одинаков. Большой участок моря облучается широким звуковым пучком (около 30°), излучаемым передатчиком в виде коротких импульсов, как и в обычных сонарных установках. Устройство же приемного преобразователя здесь иное. Приемный преобразователь сам посылает (и соответственно принимает) узкий луч (обычно шириной 0,33° или 1°), который с большой скоростью пробегает по всему сектору широкого луча, то есть сканирует всю «освещенную» область. Если узкий луч попадает на объект в то же самое время, когда объект «освещается» широким лучом, то возникающий при этом отраженный импульс воспринимается и записывается приемным устройством. Узкий пучок так быстро сканирует пространство, что успевает промчаться по всему сектору, охватываемому широким лучом за время, меньшее его длительности. Следовательно, узкий пучок успевает тщательно обследовать все «освещенное» пространство. Конечно, механическим путем невозможно достичь такой скорости сканирования. Поэтому управление узким пучком осуществляется с помощью электронных устройств. Именно в методе сканирования заключается основное различие между приемным и передающим устройствами такого сонара.

Таким образом, электронный сонар состоит как бы из широколучевого сонара, способного обследовать большие пространства, и узколучевого, позволяющего получать хорошее разрешение. Другим важным преимуществом электронных сонаров является высокая скорость получения изображения обследуемого участка. Если обычный сонар медленно и постепенно вырисовывает подводный пейзаж, то сонар с электронным сканированием дает полную картину участка, облученного широким лучом, для каждого импульса, излучаемого передающим преобразователем. Поэтому с помощью таких сонаров очень легко обнаруживать перемещение объекта. Например, движение косяка рыбы на экране электронно-лучевой трубки изображается как бы скачущими крохотными светлыми пятнышками.

Для сонаров с электронным сканированием характерна та же взаимосвязь между радиусом действия и разрешающей способностью, что и для обычных. Высокая разрешающая способность достигается на частотах порядка 300-500 кГц. Однако, как известно, звуковые волны такой частоты распространяются на расстояния порядка 100-200 м. Для увеличения радиуса действия необходимо работать с более низкой частотой, что в свою очередь приводит к ухудшению разрешающей способности установки. В разработке сканирующих сонаров можно выделить два направления: создание сонаров с высокой разрешающей способностью и малым радиусом действия, с одной стороны, и сонаров с низким разрешением и большим радиусом действия - с другой. Первое из них развивается очень бурно и уже привело к значительным успехам в биологических подводных исследованиях и рыбном промысле.

В 1964 году английские ученые Воглис и Кук провели одно из самых успешных испытаний сонара с электронным сканированием. Их лаборатория начала работу по сканирующим системам в 1950 году. Первая модель сканирующего сонара, названного Бифокалом, была закончена в 1959 году. Испытания 1964 года с участием трех судов проходили к югу от Бристольского залива. Во время испытаний в радиусе 200 м даже в плохую погоду удавалось обнаруживать многочисленные косяки рыбы. Во время эксперимента наблюдались некоторые забавные случаи поведения косяков рыбы. Возможно, в ближайшие годы будут разработаны сонары с очень высоким разрешением, дающие двумерные картины исследуемых областей. Это даст возможность не только обнаруживать подводные объекты, но и идентифицировать и наблюдать их. Использование многоканальных систем позволит значительно уменьшить размеры сонарных устройств.