Топливные системы с насос форсунками recamgr.ru.
О компании Стоимость
компании
Стратегическое
планирование
Управление
стоимостью
Стоимостной
маркетинг
Стоимостное
мышление
Привлечение
инвестиций
 

Гидроакустический канал связи

аквалангист и гидроакустический канал Дадим краткую характеристику тех полей, энергия которых может быть использована для передачи информации.

В первую очередь следует назвать акустическое поле, порождаемое животными, кораблями, прибрежными и подводными сооружениями, шумами моря различного происхождения (вулканическая деятельность, волнение, перекаты гальки на отмелях и т. д.). Так, идущее по морю судно является источником излучаемых в воду шумов вследствие кавитации воды в районе винтов, гидродинамических сил, возникающих на обшивке корпуса судна вследствие работы главных и вспомогательных судовых механизмов. К этому можно прибавить шум обтекания, сигналы эхолота, эхолокатора и ряд других.

Исторически сложилось так, что основным каналом связи под водой стал гидроакустический канал. Этому способствовали значительные успехи военной гидроакустики, интенсивно развивавшейся в период подготовки и в ходе ведения ряда войн и военных действий на море. В настоящее время гидроакустическими станциями все в большей степени оснащают промысловые, транспортные и пассажирские суда для обнаружения подводных опасностей (например, айсбергов), измерения глубины, поиска косяков рыбы, картографирования дна океана и т. д. Наряду с этим ведутся поиски способов подводной передачи информации за счет иных видов энергии. С другой стороны, наличие у животных гидросферы большого числа механизмов восприятия звука с целью сигнализации, локации, пеленгования, а возможно и навигации, говорит о том, что акустическое информационное поле является одним из наиболее эффективных полей. А раз так, то следует рассмотреть принципы и средства гидроакустики с позиций бионики с тем, чтобы, заимствуя опыт водных животных, максимально повысить эффективность современных гидроакустических судовых станций.

Диапазон колебаний гидроакустических информационных полей чрезвычайно велик и простирается от инфразвуковых (единицы герц) до ультразвуковых колебаний (частотой в десятки и сотни килогерц).

В гидроакустическом канале происходит значительное затухание энергии звуковых колебаний. Это особенно заметно на высоких частотах. Вместе с тем за счет генерирования больших мощностей (до мегаватт), за счет использования гидрологических особенностей океана (подводный звуковой канал, например) при использовании современных гидроакустических средств удается достичь дальности действия акустической связи в сотни и тысячи километров. Так, по данным широкой печати современные гидролокаторы обеспечивают дальность работы свыше 15 км, а шумопеленгаторы – 130–220 км и более. Трудно ожидать, что в животном мире возникала когда-либо необходимость в такого рода сверхдальней связи. Впрочем, этот вопрос еще подлежит исследованию. Пока же кажется очевидным, что внедрение бионики в гидроакустику должно идти по пути повышения эффективности обработки принятой информации, что позволит выделять полезную информацию, замаскированную помехами среды, и решить многие проблемы гидроакустики не повышением мощности излучения, обострением направленности луча и т. д., а за счет значительных резервов, которые открывает перед гидроакустикой современная теория информации, весь информационный аппарат бионики.

Вследствие значительной плотности воды по сравнению с воздухом, затухание звуковых колебаний в воде в 1000 раз меньше, чем в воздухе и в сильной степени зависит от частоты. Звуки высоких частот и ультразвуковые колебания поглощаются средой тем интенсивнее, чем короче длина волны, которая становится соизмеримой с микровключениями воды – воздушными пузырьками, зоо- и фитопланктоном. Наименьшее затухание характерно для волн инфразвукового диапазона и поддиапазона низких (до 1000 гц) звуковых частот.

Повышенная (по сравнению с воздухом) плотность обусловливает и большую скорость распространения звука в воде. Но в конечном итоге это всего лишь 1440 м/сек, что в ряде случаев, например, на больших дистанциях работы гидроакустических станций, оказывается недостаточным. Величина скорости звука в воде несколько варьирует от района к району, что определяется в основном плотностью воды и ее температурой.

Помехой для работы гидроакустических средств являются собственные шумы океана, которые создают постоянный звуковой фон высокой интенсивности. Основными источниками шумов моря считают следующие.

1.     Тепловой шум, обусловленный молекулярным движением в среде, особенно сказывающийся на высоких частотах (выше 50 кгц) в глубокой воде.

2.     Шум поверхности моря, связанный с волнением. Он является доминирующим источником собственных шумов в открытом глубоком море. Уровень шума зависит от состояния моря. Частотный диапазон простирается от 100 гц до 50 кгц.

3.     Биологические шумы, производимые щелкающими креветками и другими морскими животными, скапливающимися в большом количестве и издающими звуки значительной интенсивности.

Так, по расчетам американских акустиков, в начале второй мировой войны акустические мины взрывались не только от шумов проходивших над ними кораблей и судов, но и от проплывавших поблизости рыб рода Opsanus, издававших звуки большой интенсивности и в том же диапазоне, что и корабельные шумы.

Спектральные характеристики биологических шумов зависят от вида животных, создающих данное звуковое поле. Интенсивность (или уровень шума) сильно зависит от времени года и времени суток

4.     Шумы технического происхождения, в том числе от далеких судов, от индустриальных источников и от близлежащих шумных гаваней, часто являются основными источниками помех на частотах ниже 1 кгц.

5.     Шум дождя и близкие штормы.

6.     Береговой шум прибоя, шуршание песка и гальки береговых пляжей.

7.     Шумы течений, обусловленные потоками, протекающими над скалами на дне, и изменениями гидростатического давления, вызываемыми волнами.

8.     Шумы, производимые землетрясениями, вулканами, микросейсмами и отдаленными штормами. (Микросейсмами называются колебания земной поверхности с небольшой амплитудой, вызываемые прохождением циклонов и тайфунов.)

К факторам, затрудняющим работу гидроакустических станций, следует добавить температурные и плотностные слои, микровключения газов и планктона, локальные растворения отдельных веществ, турбулентные движения, течения, специфические микрофлуктуации температуры и многие другие, которые делают гидросферу очень загрязненной и неоднородной в акустическом отношении. Высокий уровень шумов моря, искажения, отражения, поглощения и рассеяния полезных гидроакустических сигналов, их реверберациявоздействие эффекта Допплера, все это приводит к тому, что физические измерения в ряде случаев не позволяют выделить информативную составляющую в случайных флуктуациях входного сигнала гидрофона. Эксперименты с морскими животными показывают, что последние способны воспринимать такой слабый (по сравнению с помехой) гидроакустический сигнал, который специальная аппаратура уже не способна зарегистрировать. Естественно, что изучение механизмов высокоэффективного восприятия гидроакустических сигналов отдельными морскими животными является одной из важнейших задач бионики.

В частности, представляется очень интересным проведение исследований в акваториях, имеющих значительную рефракцию звука. Известно, что дельфины и другие морские животные, имеющие эхолокаторы, эффективно лоцируют пространство и в сложных гидрологических условиях. Фактически речь идет об изучении поведения животных, получающих информацию из криволинейного пространства, искаженного рефракцией, реверберацией и другими факторами. Часто акустические лучи искривляются так, что исключается всякая возможность передачи звука между двумя гидроакустическими станциями, находящимися на некотором, иногда небольшом расстоянии друг от друга. Таким образом, дельфин должен в определенных условиях терять контакт с лоцируемой целью, а в других случаях плыть к ней по кривой, определяемой кривизной рефракции. Но может быть дельфин умеет учитывать гидрологические характеристики бассейна?

Пока что ответа на этот вопрос нет.


Предыдущая глава: Теории систем связи

Следующая глава: Электромагнитный диапазон связи


Содержание:

Очерки Бионики Моря
От автора
Освоение и использование гидросферы
Богатства мирового океана
Ресурсы океана
Организация производства под водой
Классы животных гидросферы
Подводные исследования глубин
Шельф мирового океана
Промышленное использование океана
Подводная агротехника растений
Использование и дрессировка животных
Освоение бионики океана
Прообраз бионической системы
Предмет бионики моря
Биологические исследования бионики
Структуры и системы бионики
Влияние элементов и структур бионических систем
Моделирование бионической системы
Задачи бионики моря
Использование бионики в технике
Биологические элементы системы – нейроны
Структура одиночного рецептора
Структурное формирование рецепторов
Основные функции рецептора
Различия рецепторов
Фоторецепторы глаз животных
Терморецепторы морских животных
Звукорецепторы слухового анализатора
Химорецепторы водных животных
Механизм звуковой локации
Структура и функции одиночного центрального нейрона
Синапсы нейрона
Возбуждение нейрона
Модели синапсов нейрона
Теории систем связи
Гидроакустический канал связи
Электромагнитный диапазон связи
Оптические системы связи
Электрорецепция электрических токов
Детекторы электромагнитного поля
Орган обоняния и вкуса
Механизм рецепции осязания
Гидронические волны
Гидроакустическая связь в океане
Акустическая сигнализация у морских животных
Виды локации животных
Механизм биолокатора дельфина
Слуховой анализатор китообразных
Излучатель импульсов дельфина
Эксперименты с дельфинами
Использование структур кибернетики
Системы управления событиями
Системы структурного представления
О системах с генетически заданной структурой управления
Структуры рефлекторной деятельности
Условные рефлексы и обучение
Моделирование условного рефлекса
Образование рефлексов животных
Нервная сеть различных организмов
Самоорганизация биологической системы
Исследование самоорганизации многоклеточных и одноклеточных
Задачи анализатора опознания
Системы параметров образов в пространстве
Статистические и вероятностные аспекты модели опознания
Решения задач опознания образов
Обучение бионических систем опознанию образов
Примеры обучаемых опознающих систем
Особенности опознания образов в бионике моря
Исследования поведения дельфина
Наблюдение за поведением животных
Основные аспекты поведения животных
Раздражения внешней среды
Результаты группового поведения
Форма симбиоза стаи рыб
Исследования подводных конструкций
Исследования бионических механизмов
Особенности конструкций животного
Сооружение скелета моллюсков
Конструктивные особенности строительства осьминогами
Гидродинамические аспекты бионики
Механизмы движения рыб и моллюсков
Гидроаэродинамика морских организмов
Описание аэродинамических и гидродинамических конструкций
Синтез конструктивных структур
Синтез элементов и систем
Манипуляторы в океанических организмах
Получение фильтрации
Опреснение морской воды
Газообмен под водой
Селективное накопление вещества
Исследования иоэнергетики
Источники электрического тока
Механизм биолюминесценции

На главную страницу сайта