Объекты подводного наблюдения именуются гидроакустическими целями или просто целями.

Гидроакустическая цель – объект, формирующий гидроакустический сигнал, местоположение и характеристики которого подлежат определению.

Технические средства, обеспечивающие получение гидроакустической информации, называются гидроакустическими средствами (ГАСр).

С физической точки зрения гидроакустическими средствами называют совокупность технических устройств или отдельные устройства, принцип действия которых основан на использовании явления распространения акустических волн в водной среде (в океанах, морях и других естественных водоемах) и предназначенных для передачи и приема гидроакустической информации.

Гидроакустические волны являются единственным видом энергонесущих колебаний, способных распространяться в морской среде на большие расстояния. При этом они могут достаточно эффективно отражаться от неоднородностей (естественных и искусственных) в толще воды, а также от границ раздела морской среды: вода-дно, вода-поверхность, вода-лед.

Этот физический феномен лежит в основе принципа действия различных гидроакустических систем, нашедших широкое применение на подводных лодках, надводных кораблях и подводных аппаратах военно-морских флотов.

Прежде чем дать определение гидроакустическим системам (ГАС) следует напомнить, что гидролокация – это область гидроакустики, обеспечивающая наблюдение различных подводных объектов путем использования отраженных ими акустических волн либо собственного их излучения (слово «локация» происходит от латинского «locatio» - размещение, расположение).

Важнейшей задачей, поставленной перед гидроакустическими системами военно-морских сил всех ведущих стран мира, считается освещение подводной обстановки.

В зависимости от объема решаемых задач гидроакустические средства (системы) делят на следующие виды:

Гидроакустический комплекс (ГАК) – гидроакустическая система, объединяющая в едином схемно-конструкторском решении с использованием принципов комплексирования различные гидроакустические средства и обеспечивающая решение задач, относящихся к двум и более перечисленным в первом вопросе направлениям (например, задач подводного наблюдения, гидроакустической связи и кораблевождения).

Как правило, ГАК в своем составе имеет ряд трактов, которые решают одну или несколько одинаковых задач.

Гидроакустическая станция (ГАС) – гидроакустическое средство, объединяющее в едином схемно-конструкторском решении различные составные части и обеспечивающее полностью или частично решение одной из основных задач (например, подводного наблюдения). Иногда станции могут частично решать и другие задачи (например, выполнять функции эхолота).

Гидроакустический прибор – гидроакустическое средство, обеспечивающее решение лишь некоторых частных задач, как правило, в интересах боевого использования ГАК (ГАС) (например, определение вертикального распределения скорости звука в воде).

В военно-морском флоте различных стран просматриваются следующие направления решения проблем применения сил и средств ВМФ:

:

- освещения надводной и подводной обстановки (ОНО и ОПО)

- противолодочная оборона (ПЛО);

- противоминная оборона (ПМО);

- формирования функциональных дополнений к системам подводной связи, опознавания и навигации.

Перечень задач освещения надводной и подводной обстановки решаемых гидроакустическими комплексами и системами надводных кораблей, представлен на рис. 2.

Перечень задач освещения надводной и подводной обстановки решаемых гидроакустическими комплексами и системами подводных лодок, необитаемыми подводными аппаратами, представлены на рис. 3, 4.

Рис. 2. Перечень задач освещения надводной и подводной обстановки решаемых гидроакустическими комплексами и системами надводных кораблей

Начиная со времен второй мировой войны, важнейшей задачей, поставленной перед гидроакустическими системами военно-морских сил всех ведущих стран мира, считается освещение подводной обстановки в интересах ПЛО, (рис. 5), включая:

Ø обнаружение целей на возможно больших расстояниях, желательно в пассивном режиме;

Ø классификацию целей на средних дистанциях с использованием активного и пассивного режимов работы ГАС и высокоточной обработки сигналов (в последние десятилетия - посредством цифрового анализа сигналов и всей поступающей информации);

Ø локализацию целей на ближних дистанциях в активном и пассивном режимах с определением текущих координат и параметров движения целей для управления оружием их поражения.

Рис. 3. Перечень задач освещения надводной и подводной обстановки решаемых гидроакустическими комплексами и системами подводных лодок

Рис. 4. Перечень задач освещения надводной и подводной обстановки решаемых гидроакустическими комплексами и системами подводных лодок, необитаемыми подводными аппаратами

Рис. 5. Противолодочная оборона с применением акустических необитаемых подводных аппаратов (АНПА)

При решении задач ПЛО наряду с корабельными ГАС используются ГАС других типов: установленные на морском дне стационарные системы, позиционные системы, включая авиационные радиогидроакустические буи, или какие-либо другие быстроразвертываемые системы.

Несмотря на разнообразие гидроакустических средств и использование самых современных технологий обнаружения целей и обработки данных, обнаружение ПЛ остается чрезвычайно трудоемким и дорогостоящим процессом, требующим привлечения огромных сил и средств.

При этом корабельные ГАС сохраняют значение наиболее универсальных и мобильных средств. Используемые США и Россией крупные стационарные системы используются, главным образом, на подступах к побережью в наиболее важных в стратегическом отношении районах или в проливных зонах.

Был период времени, когда стационарные пассивные системы были способны осуществлять дальнее обнаружение ПЛ, однако сегодня эта их роль утрачена и перешла к корабельным гидроакустическим средствам.

Позиционные системы также не могут решить всего комплекса задач ПЛО и область их применения, скорее всего, ограничивается до поиском ПЛ в локальном районе моря.

С помощью корабельных гидроакустических средств обеспечивается также звукоподводная связь между кораблями, их взаимное опознавание, техническая разведка (обнаружение гидроакустических излучений), противодействие работе гидроакустических средств вероятного противника. Трудно переоценить роль гидроакустических систем при решении важной и крайне актуальной задачи - обеспечения самообороны корабля, прежде всего его противоторпедной защиты.

Уязвимость корабля, стоящего в гавани или находящегося на якорной стоянке, к нападению боевых пловцов-диверсантов стимулировала создание гидролокаторов, способных своевременно обнаружить пловца и предупредить об угрозе его вторжения.

Корабельные гидроакустические системы освещения ближней обстановки, решающие задачи обнаружения мин, навигационных препятствий и уклонения от них, способствуют сохранению боевой устойчивости корабля, (рис. 6).

Рис. 6. Противоминная оборона с применением акустических необитаемых подводных аппаратов (АНПА)

Гидроакустические навигационные средства (абсолютные гидроакустические доплеровские лаги и системы с донными маяками-ответчиками) обеспечивают высокоточную навигацию атомных подводных лодок в океане и эффективное использование имеющегося у них баллистического ракетного оружия, (рис. 7).

Рис. 5. Формирование функциональных дополнений к системам подводной связи, опознавания и навигации НК,ПЛ и акустических необитаемых подводных аппаратов (АНПА)

Поисково-обследовательские гидролокаторы секторного, бокового и кругового обзора создали для атомных подводных лодок возможность безопасного плавания в оперативно важном Арктическом регионе, включая возможность всплытия в разводьях среди ледового покрова.

Важная роль принадлежит гидроакустическим системам подводных аппаратов при обнаружении на дне океана затонувших объектов и проведении спасательных операций.

Совокупность отмеченных выше моментов дает основание отнести гидроакустические системы к числу важнейших структурных элементов корабля [68,73].

Нетрудно заметить, что корабельные гидроакустические системы решают в нижнем (водном) полупространстве в основном те же задачи, которые радиотехнические системы решают в верхнем (воздушном) полупространстве.

Более того, в отдельных случаях указанные системы вторгаются на чужие «территории». Так, системы радиосвязи, работающие в сверхдлинноволновом диапазоне, используются для передачи сигналов и команд на погруженные ПЛ.

В свою очередь низкочастотные гидроакустические шумопеленгаторные системы с ГПБА могут обнаруживать низколетящие самолеты и другие летательные объекты, в том числе в отдельных случаях за пределами радиогоризонта.

Представляется своевременным отметить, что усматриваемая аналогия между гидроакустическими и радиотехническими системами справедлива лишь на уровне принципов их действия, стандартных процедур обработки сигналов и используемых средств отображения результатов.

В то же время налицо фундаментальные отличия в условиях распространения гидроакустических сигналов, методах их излучения и приема, характере помех работе корабельных гидроакустических систем и т.п.

Как следствие, современная корабельная гидроакустика представляет собой безусловно самостоятельную область знаний со своими оригинальными научно-техническими основами, сугубо специфическими технологиями и производственной индустрией.

Зародившись на рубеже девятнадцатого и двадцатого веков, гидроакустика, в том числе корабельные гидроакустические системы, прошли в своем развитии долгий и трудный путь.

С начала 60–х годов прошлого столетия основной ударной силой флотов ведущих мировых держав стали атомные подводные лодки (АПЛ), оснащенные ракетно-ядерным оружием.

До сего времени они рассматриваются как самая мощная потенциальная угроза для наземных и морских объектов.

АПЛ представляется практически единственным носителем оружия, труднодоступным для наблюдения, в том числе из космоса.

В связи с этим возникла необходимость создания эффективной системы противолодочной обороны (ПЛО). В период «холодной войны» ВМС США рассматривали следующие возможные решения проблемы ПЛО:

поиск АПЛ в открытом океане;

барьерное патрулирование;

«стратегия прикрытия» транспортов или авианосцев силами конвоев.

При решении всех этих задач ведущая роль принадлежала гидроакустическим средствам НК, особенно после снижения эффективности созданной США стационарной пассивной системы дальнего гидроакустического наблюдения SOSUS (Sound Surveillance System) из-за снижения уровня шумности АПЛ Военно-морского флота СССР.

Значительным шагом в развитии корабельных гидроакустических средств ПЛО следует считать появление мощных ГАС типа AN/SQS-26 в США и МГК-355 в СССР. В этих комплексах для обнаружения ПЛ в первой дальней зоне гидроакустической освещенности использовались как развитые подкильные, так и буксируемые антенны переменной глубины (АПГ).

Однако с течением времени возможности увеличения дальности обнаружения ПЛ системами с такими антеннами оказались постепенно исчерпанными, что определялось комплексом причин: тактических, технических и эксплуатационных.

С одной стороны ПЛ, имея эффективную систему обнаружения гидролокационных сигналов (ОГС), могла заблаговременно обнаружить корабли ПЛО и предпринять соответствующий маневр уклонения.

С другой стороны, увеличению дальности обнаружения препятствовал процесс совершенствования антигидролокационного покрытия корпуса ПЛ. Наконец, эксплуатация АПГ оказалась достаточно сложной. Указанные факторы обусловили имевший принципиальное значение отказ ВМС США в середине 70-х годов от активных ГАС с АПГ и замену их шумопеленгаторными ГАС с ГПБА.

В развитие этой концепции ВМС США реализовали целевую программу TASS (Towed Array Sensor System), в рамках которой были созданы ГАС с ГПБА для НК, ПЛ и судов дальнего гидроакустического наблюдения в океане типа «T-Agos», оснащенных ГАС SURTASS.

Значительные дальности обнаружения ПЛ с помощью этой ГАС, а также сам принцип обработки информации, предусматривающий ее трансляцию на береговые посты и последующую передачу данных об обнаруженных целях маневренным силам ПЛО, давал основания рассматривать систему SURTASS как мобильный вариант системы SOSUS.

Дальнейшим шагом в совершенствовании систем освещения подводной обстановки в океане стало создание в Великобритании активно-пассивной ГАС с ГПБА ACTAS, представляющей собой по существу гибрид активной ГАС с АПГ и шумопеленгаторной ГАС с ГПБА.

В дальнейшем это направление получило развитие в ВМС Великобритании, США, Франции и Германии.

В России первые работы по созданию ГАС с ГПБА были начаты в середине 60-х годов на основе научных исследований, выполненных в ЦНИИ «Морфизприбор» и в Научно-исследовательском радиофизическом институте (Нижний Новгород) [108].

Первые отечественные ГАС с ГПБА были ориентированы на использование инфразвукового диапазона. При этом в качестве полезного сигнала использовались дискретные составляющие в спектре шумоизлучения АПЛ из так называемого вально-лопастного звукоряда. Позже приоритетными для ГАС с ГПБА стали «дискреты», обусловленные работой механизмов АПЛ и находящиеся в диапазоне низких звуковых частот. В результате в середине 80-х годов основные системотехнические решения зарубежных и отечественных ГАС с ГПБА сблизились

Наряду с задачами ПЛО современный ГАК НК, решает еще несколько задач, связанных с обеспечением самообороны от торпедного оружия, сверхдальним обнаружением сильношумящих целей – соединений НК, авиационно–ударных групп, крупнотоннажных судов и т. п. Перечень задач, решаемых ГАК НК, иллюстрирует рис. 2 и 3.

Важная роль в освещении подводной обстановки в океане при решении задачи ПЛО принадлежит АПЛ, оснащенным эффективным гидроакустическим вооружением.

Этот взгляд пришел в конце 50-х годов на смену классической концепции, утверждавшей, что главным и единственным средством борьбы с ПЛ являются НК. В результате в США были созданы специальные ПЛ ПЛО типа «Permit», для которых гидроакустическое вооружение, по мнению американских специалистов, приобрело роль фактора первой величины [127]. Для этих ПЛ был разработан первый американский ГАК AN/BQQ-2. В России в конце 60-х годов была создана ПЛ - истребитель проекта 705 («Альфа» по классификации НАТО), оснащенная новым ГАК «Океан». Технические решения этого ГАК были оптимизированы к задаче обнаружения малошумных АПЛ при высокой степени автоматизации всех процессов управления комплексом. В состав комплекса помимо традиционных трактов шумопеленгования, эхопеленгования, ОГС и связи были включены ГАС, обеспечивающие действия АПЛ в оперативно важном районе – Арктике: эхоледомер, доплеровский лаг, измеряющий скорость ПЛ относительно ледового покрова, гидролокатор для освещения ближней обстановки (миноискание и обнаружение навигационных препятствий)[66].

Сегодня утвердилось мнение, что многоцелевая АПЛ по сути представляет собой комплексную систему ПЛО, автономно решающую задачи обнаружения ПЛ, слежения за ними и уничтожения.

Чтобы соответствовать этому назначению, ГАК ПЛ получили интенсивное развитие. В них были внедрены современные технологии:

многоэлементные ФАР;

высокопроизводительные системы цифровой обработки сигналов в реальном времени с развитым алгоритмическим и программным обеспечением;

совершенные средства отображения информации.

Перечень задач, решаемых современным ГАК ПЛ, иллюстрирует рис. 3,4,5.

С окончанием периода «холодной войны», который в открытом океане характеризовался противостоянием прежде всего АПЛ СССР и США, задачи освещения подводной обстановки существенно изменились.

Приоритетной стала задача борьбы с «традиционными» (не атомными) ПЛ стран, в которых имеет место политическая, этническая или экономическая нестабильность.

Угроза, исходящая от таких ПЛ, определяется комплексом специфических факторов. В гидроакустическом плане это следующие обстоятельства:

низкие уровни первичного и вторичного акустических полей ПЛ;

возможность нахождения ПЛ на дне или ее движения вблизи дна на малой скорости, что затрудняет обнаружение ПЛ на фоне донной реверберации;

значительные дальности обнаружения целей, которые имеют установленные на ПЛ низкочастотные ГАС.

В тактическом плане борьба с такими ПЛ осложняется наличием на них воздухонезависимой энергетической установки и мощных аккумуляторных батарей, что позволяет ПЛ длительное время находиться в подводном положении.

На борту ПЛ находится современное торпедное, а также ракетное вооружение классов ПЛ - корабль, ПЛ – земля, ПЛ – воздух. Средства РЭВ ПЛ интегрированы в боевые системы управления.

ПЛ оснащены быстродействующими и скрытными системами связи. В качестве эффективных средств борьбы с указанными ПЛ рассматриваются активно-пассивные ГАС с ГПБА, бистатические и мультистатические гидролокационные системы, рассмотренные в части IV книги.

К числу основных задач, решаемых гидроакустическими средствами ПЛ при освещении окружающей обстановки относятся:

наблюдение за морскими целями – объектами возможной атаки, включая АУГ и транспортные конвои, обеспечение атаки;

наблюдение за кораблями – носителями средств ПЛО;

освещение подводной, надводной и воздушной обстановки в интересах самообороны ПЛ.

Для наблюдения за морскими целями ПЛ должна обладать мощным гидроакустическим комплексом, работающим преимущественно в пассивных режимах (шумопеленгование, ОГС). Задача дальнего гидроакустического наблюдения решается совокупностью систем, использующих в общем случае [29]:

крупногабаритную носовую гидроакустическую антенну звукового диапазона частот (от 0,5 до 8 кГц) цилиндрической или сферической формы;

подковообразную конформную антенну с большой апертурой низкого звукового диапазона (от 0.15 до 2 кГц) как, например, в американской ГАС AN/BQR-7 или звукового диапазона частот как, например, в ГАК CSU-80 и CSU –90 (Германия);

ГПБА низкого звукового диапазона частот (от 40 до 2000 Гц);

протяженные бортовые антенны (ПБА) звукового диапазона частот.

При наблюдении за ПЛ ПЛО возникает дуэльная ситуация «ПЛ против ПЛ», выигрыш в которой определяется соотношением комплекса параметров противоборствующих ПЛ и их ГАК: акустическая шумность ПЛ, уровень корабельных акустических помех работе собственного ГАК, энергетический потенциал ГАК, совершенство ЦВК ГАК, в том числе алгоритмов и программного обеспечения.

В аспекте самообороны ПЛ в последнее время значительное внимание уделяется вопросам обнаружения низколетящих самолетов и вертолетов ПЛО с помощью ГАС с ГПБА.

Традиционно актуальным для самообороны остается обнаружение атакующих торпед, которое осуществляется с помощью как пассивных, так и активных гидроакустических средств. Заблаговременное предупреждение о торпедной атаке обеспечивается путем обнаружения гидроакустических сигналов, сопутствующих подготовке торпедного залпа, сигналов выстрела торпед или ракето-торпед, сигналов приводнения авиационных торпед.

Важным моментом при решении задач самообороны является обнаружение сигналов, излучаемых головками самонаведения торпед. Соответствующие тракты ОГС, работающие в диапазоне частот до 80 –100 кГц, имеются в большинстве ГАК. Дополнительная мера защиты ПЛ – постоянный контроль ее собственной шумности. Соответствующие тракты, работающие в диапазоне частот от самых низких до 12 кГц, также имеются в составе практически всех ГАК зарубежных ВМС.

Повышению защищенности ПЛ от обнаружения пассивными гидроакустическими системами способствует искажение собственного акустического портрета, для чего, например, на ПЛ ВМС США установлены специальные ГАС. Постоянное внимание уделяется развитию средств ГПД, обеспечивающих постановку заградительных и прицельных помех, а также ложных целей.

Отметим что развитие средств ГПД для НК, предназначенных для их самообороны от торпедного оружия, несколько отставало от темпов создания аналогичных средств для ПЛ.

Сегодня уделяется повышенное внимание созданию для НК самоходных, буксируемых и дрейфующих акустических торпедных ловушек - отводителей торпед, а также интеграции средств, участвующих в противоторпедной защите.

Наконец, в последние десятилетия получили развитие специальные задачи освещения ближней подводной обстановки. К их числу относятся обнаружение боевых пловцов – диверсантов и поиск морских мин, установленных на дне моря.

Ответом на возможность террористической угрозы из-под воды стало создание высокочастотных корабельных ГАС кругового обзора и появление новых более совершенных ГАС миноискания, вошедших в состав систем противоминной обороны и состоящих на вооружении современных тральщиков. Этим ГАС посвящены отдельные разделы изучаемых дисциплин на кафедре.

Выводы.

С учетом специфики решаемых задач гидроакустические системы (средства) подразделяют на:

I. Средства (системы) подводного наблюдения (underwater surveillance – предназначены для поиска, обнаружения, классификации подводных объектов, слежения за этими объектами, определения их координат и элементов движения (ЭДЦ).

При этом ГАС должна обеспечивать достаточно полный обзор водного пространства в заданном районе, своевременное и надежное обнаружение объектов, определение их местоположения (скорости, курса) с достаточной точностью, классификацию объектов, а также выдачу данных на информационный центральный пост и во внешние потребители информации для принятия решения.

Таким образом, задачами подводного наблюдения являются:

1. Поиск – процесс обзора водного пространства с целью обнаружения целей (объектов).

2. Обнаружение – процесс принятия решения о наличии целей с допустимой вероятностью ошибочного решения.

3. Измерение – процесс оценки координат целей и параметров их движения с допустимыми погрешностями.

4. Разрешение (избирательность) – процесс выполнения задач обнаружения и измерения координат одной цели при наличии других, близких по дистанции, угловым координатам и скорости.

5. Классификации – процесс обработки гидроакустической информации, позволяющий определить принадлежность наблюдаемого объекта по некоторым характерным признакам к одному из классов (ПЛ, НК, торпеда и т.д..).

II. Средства (системы) гидроакустической связи – средства (системы) обеспечивающие связь (обмен информацией) через водную среду, по которой распространяются гидроакустические сигналы, между объектами, из которых хотя бы один находится в подводном положении (например, между НК и ПЛ, ПЛ и ПЛ и т.д..). Эти системы могут решать задачи опознавания (определения государственной принадлежности объекта по принципу «свой - чужой»), измерения дистанции до корреспондента и определения его относительной скорости.

III. Гидроакустические навигационные средства (системы)(средства обеспечения кораблевождения) – решают задачи навигации (обеспечения кораблевождения) надводных и подводных объектов (обеспечение безопасности плавания, измерение глубин под килем, определение местоположения подводного объекта относительно поверхности моря,скорости корабля и ее составляющих, углов сноса, определения места объекта по искусственным и естественным подводным ориентирам, обеспечение плавания подо льдами и т.п..).

IV. Средства (системы) телеметрии и телеуправления – решают задачи передачи информации о состоянии подвижных и неподвижных подводных объектов и управления этими объектами с помощью гидроакустических сигналов.

V. Средства (системы) обеспечения океанографических исследований – предназначены для определения рельефа и структуры морского дна, измерения гидроакустических характеристик водной среды, высоты волн, скорости течений и т.п..

VI. Средства (системы) контроля и анализа гидроакустических полей кораблей и параметров гидроакустической аппаратуры (гидроакустическая измерительная аппаратура) – решают задачи измерения уровней акустических полей кораблей, определения критической скорости, измерения параметров гидроакустической аппаратуры.

VII. Средства (системы) морской геологии и обеспечения подводных промыслов полезных ископаемых – решают задачи поиска и изучения подводных месторождений, обеспечения буровых работ, функционирования подводной аппаратуры промыслов и т.п..

VIII. Средства (системы) обеспечения рыболовства и промысла морских животных - решают задачи поиска объектов промысла, оценки их скоплений и запасов, наведение на них орудий лова, контроля за состоянием и работой этих орудий и т.п..

Как нетрудно заметить, современные ГАС решают достаточно широкий круг задач. Естественно, что в нашем случае наибольший интерес представляют те гидроакустические системы, которые решают задачи в интересах военно-морских сил.

Дата добавления: 2015-10-24