Разработка и исследование методик расчета полевого взаимодействия акустических систем тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.06 ВАК РФ

ЛЕНИНГРАДСКИЙ ОРДЕНА ЛЕНИНА И ОРДЕНА ОКТЯБРЬСКОЙ РЕВОЛЩМ ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ МШИ В.И. УЛЬЯНОВА (ЛЕНИНА)

На правах рукописи

1Г

РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ МЕТОДИК РАСЧЕТА ПОЛЕВОГО ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ АКУСТИЧЕСКИЙ СИСТШ

Специальность: 01.04.06 - Акустика

АВТОРЕФЕРАТ, диссертации на соискание ученой степени - кандидата физико-математических наук

Ленинград - 1990

//

I

КРИГЕР Александра Борисовна г. ;

'-Ьдл<

ГМ'

Работа выполнена в Ленинградском ордена Ленина и ордена Октябрьской Революции электротехническом институте имени В.И.Ульянова (Ленина)

Научный руководитель - доктор физико-математических наук профессор ¡Харитонов A.B. 1

Официальные оппоненты:

доктор физико-математических наук Клячкин Б.И. кандидат физико-математических наук Химунин A.C.

Ведущая организация - ЦНИИ им. академика А.Н.Крылова

Защита диссертации состоится " " СрсЬр&ЛЯ 1991 г. в -f5 часов на заседании специализированного совета К 063.36.11 Ленинградского ордена Ленина и.ордена Октябрьской Революции электротехнического института имени В.И.Ульянова (Ленина) по адресу: 197022, Ленинград, ул.Проф.Попова, 5.

С диссертацией мотаю ознакомиться в библиотеке института. Автореферат разослан " " ЯИР&рЛ 1991 г>

Ученый секретарь специализированного совета

Соботковский Б.Е.

общая характеристика рахтц

Актуальность темп. Широкое освоение и исследование океана а последние десятилетия привело к разработка и созданию специальных судов и подводных аппаратов, обеспечивающих промысловую, промышленную и исследовательскую деятельность человека;

Любое судно или подводный аппарат оснащен большим числом гидроакустических антенн различного целевого назначения. Практически каждый гидроакустический комплекс имеет в своем составе навигационную акустическую-систему, систему связи, эхолот-глуб'ино-мар, гидролокатор бокового обзора, лаг. В зависимости от назначения аппарата могут, бить установлены и другие си'стемы: шумопеленга-торц, ахоледомери, и т.д.. Системы гидроакустического комплекса обеспечивают нормальное функционирование судов и аппаратов и часто работают одновременно. Бри проектировании систем основное внимание уделяется задаче обеспечения заданных параметров, не учитывая при этом работу в комплексе. Кроме того, следует учесть, что суда и аппараты ( в основном рабочие ) часто оснащаются серийными гидроакустическими антеннами, проектирование которых разнесено во времени и осуществляется различными фирмами. В результате, при работе в-комплексе возможна ситуация, когда качество работы системы резко ухудшается, либо работа в комплексе вообще не возможна. Возникает необходимость оценивать и прогнозировать возможность совмеатноА работы систем, то есть совместимость.

Актуальность исследования полевого взаимодействия систем определяется как тенденциями развития гидроакустической аппаратуры -увеличение количества гидроакустических антенн на одном объекте, расширение полосы частот, увеличение мощности антенн - так и тенденциями развития самих носителей - создание автоматизированных аппаратов, модульное проектирование, усложнение задач функционирования вплоть до создания самообучающихся систем. Эвристический подход к обеспечению совместимости, либо рассмотрение отдельных физических механизмов, влияющих на полевое взаимодействие акустических, систем, становится явно недостаточным. Разработка методики, позволяющей исследовать полевое.взаимодействие акустических антенн является весьма актуальной задачей.

Цель -и задачи. - Целью данной работы явл 'этея построение методики - подходов, расчетных выражений, схем регаения - позволяющей

- г -

проводить анализ взаимодействия акустических систем по полю и оценивать акустическую совместимость гидроакустических антенн, работающих в комплексе. ' Она включает следующие задачи: ..'

- построение схем решения для оценки взаимовлияния акустических антенн;

- анализ процессов, ваяющих на полевое взаимодействие акустических систем;

- построение выражений, позволяющих оценить уровень помех, создаваемых антеннами друг другу;

- стохастическое рассмотрение процесса функционирования систем;

- решения задачи дифракции акустических волн на негладких телах.

"Дотопи исследований. Решение задач, поставленных в диссертации, осуществлялось путем проведения теоретических исследований, численного моделирования, а в случаях оценки уровней помех в полосе частот и исследования дифракции волн на объектах с!олшой конфигурации, и"путем экспериментальных исслечований на физических моделях. Теоретически' исследования проведены при решении всех пос-тавленпых задач и выполнены, используя теорию вероятностей, спектральный гармонический анализ, элементы теории сложных систем, теорию распространения звука в океане, теоретические разделы гидроакустики, асимптотический метод решения задач дифракции - геометрическую теорию дифракции. •

Научная новизна результатов работы заключается в следующем:

- предложена модель оценки полевого взаимодействия акустических систем, используя теорию сложных систем;.

- в. рамках модели предложены алгоритмы принятия решения о совместимости акустических систем, функционирующих в комплексе; критерием, оценки взаимовлияния акустических систем для этих алгоритмов является степень совпадения решений, принимаемых системой при воздействии помех и при отсутствии помех;

- предложен подход, позволяющий проводить быструю вероятностную оценку -качества функционирования систем различного целевого назначения, работающих в'комплексе;

проведена теоретическая оценка (с использованием экспериментальных данных) влияния эффекта реверберации на уровень помех, создаваемых антеннами друг друту, при расположении антенн в зоне тени друг друга ..

- проведен теоретический- анатаз взаимовлияния акустических систем с учетом случайных .¡хтуктуаций при .уункциолированиц систем;

- получено решение, позволяющее определить уровень сигнала-помехи с учетом влияния различных физических механизмов, с использованием апроксимацид технических параметров систем и свойств среди;

- предложен подход к решению задачи дифракции на выпуклых телах с ребрама и изломами, на основе модификации решений геометрической теории дифракции.

На защиту выносятся следующие научные положения:

1. Реализуя ишхеперную оценку нолевого взаимодействия акусти-.ческих систем, возмокно представлять решения, определяющие уровень помех, как 'факторизацию операторов, учитывающих влияние различных физических механизмов, с испо.чьэованиеи аппроксимации технических параметров сиитем и свойств среди.

2. Задачу дифракции на выпуклых телах с ребрами и изломами наиболее перспективно резать на основе предложенной модификации метода геометрической теории дифракции.

3. При анализе полового взаимодействия акустических антенн, расположенных на одном носителе допустимо пренебрегать влиянием эффекта реверберации.

Практическая ценность работы;

1. Предложенные подходи к оценке качества функционирования акустических систем, входящих в комплекс, позволяющие проводить оценку совместимости систем на всех этапах проектирования.

2. Общее"решение,позволяющее реализовать инженерную оценку уровня непреднамеренных помех, воздействующих на антенну при функционировании в комплексе, с учетом влияния различных физических механизмов.

'3. Реиение задачи дифракции на объектах сложной конфигурации

- выпуклых телах с ребрами и изломами.

4.Разработанное и опробованое математическое обеспечение на ФОРТРАНе, позволявшее проводить расчет поля, возникающего в результате дифракции акустических волн на цилиндрической поверхности с ребром, циъшдре с-полусферическими заглушками; разработанное и опробованное математнчеокое обеспечение на »¿ОРГРАНе, поз- -воляющее проводить.оценку уровня помех, создаваемых друг другу

при работе конкретными антеннами, с учетом влияния различных физических механизмов. . .. '

Внедрение результатов работ». Теоретические и практические результаты работи использованы в научно-исследовательских работах кафедры электроакустики и ультразвуковой техники ЛЭТИ им.В.И.Ульянова {Ленина) . Разработанные подходы, методики - в качестве теоретической основы при разработке моделей исследования акустической ,. совместимости, а также пакет программ - при проведении расчетов . полевого взаимовлияния акустических систем - используются в исследовательских и конструкторских организациях отрасли. Апробация результатов работы.' Основные положения докладывались и обсуждались наг

- Всесоюзной У Дальневосточной акустической конференции "Акустические методы и средства исследования океана", г.Владивосток, 1989; '

- Ленинградском акустическом семинаре научного совета по акустике АН СССР, г.Ленинград, 199П;

- X Всесоюзном симпозиуме по дифракции и распространению волн "СДВ-10" , г.Вийиипа, 1990;

- ХЬ1 и Ш1 научно-технических конференциях профессорского и- преподавательского состава ЛРТИ им.В.И.Ульянова( Ленина) , г.ЛенинграД, 1988, 1989.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 6 печатных работ. Объем и структура работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех разделов, заключения, списка использованной литературы, включающего 101 наименование, одного приложения и содержит 46 рисунков. Основной текст работы изложен на 147 страницах машинописного текста.

• КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована постановка задачи* отмечена актуальность темы диссертации и ее научная новизна. Сформулирована цель исследования. Приводятся основные научные положения, выносимые на' защиту, •

В первом разделе выделены основные положения работ, посвященных вопросам акустической совместимости.систем, работающих в комплексе. Рассмотренные вопросы не исчерпывают всех- задач, возникающих при исследовании совместимости акустических систем. Выделены вопросы, которые не рассматривались в указанных работах и представляют интерес при разработке методик расчета полевого взаимо-

, ~ 5 -

действия акустических систем:

- влияние на .акустическую совместимость физических процессов, обусловленных свойствами среды;

- решение дифракционных задач длл более сложных объектов-носителей;

- решение, определяющее уровень сигнала-помехи в полосе частот;

- подходы и критерии,, позволяющие принимать решение о совместимости либо несовместимости систем.

Приводен обзор публикаций по вцделоннкм направлениям. На основе обзора литературы и сделанных выводов, сформулированы задачи, решения которых позволяют построить методику оценки полевого взаимодействия акустических систем ц содержатся в последующих разделах.

Во втором раздело предложены подходы к оценке качества функционирования систем в комплексе.

С использованием элементов теория сложных систем, построена модель для оценки полевого взаимодействия акустических антенн. Комплекс акустических антенн рассматривается как сложная система, разделенная на подсистемы, соответствующие реальными антеннам. Подсистемы в свою очередь разделены на элементы. Выделено четыре основные элемента для любой из систем:. управляющий элемент, излучающий элемент, приемный элемент, элемент преобразования сигнала в решение. Внешняя среда рассмотрена как канал связи и введен элемент формализующий сроду распространения сигнала. За унифицированную модель элемента принимается сгема, носящая в теории сложных систем название "агрегат". Любой элемент системы единообразно описывается множеством входных элементарных сигналов, выходных элементарных сигналов и находится в одном из возможны* состояний. Элементарные сигналы являются компаиентами_векторов входных X. , выгодных Y сигналов и вектора состояния Z , и соответствуют компонентам,_либо ряру характеристик сигналов данного элемента. Вектора X , Y ,

Z в 1савдый момент времени ta принимают значения из пространства входных сигналов, выходных сигналов, пространства состояния в соответствии с закона1.га распределения. Продессы, протекающие в элементе формализованы оператором решения и оператором переходов в новое состояние (rj , нижний индекс соответствует рассматриваемому элементу, верхний - помору иоцсистом в системе. Содержаний оператора определяется типом элемента, классом и особошюстп-ш функционирования роачышх atrretm. Покторд X , \ , Z связаны соотношениями

- ь -

В рамках построенной модели предложены алгоритмы принятия ре-;лонпя о совместимости акустических систем, входящих в комплекс. Разработаны алгоритмы оценки. Критерием для этих алгоритмов является степень совпадения решения, принимаемого при отсутствии помех (вектор репения 1с)и при воздействии сигнала и помехи (вектор решения Ь ). Рассмотрены преобразованш! модели ^более.низким иерархическим уровням оценки, конкретизирован вид- , I, .

Применение модели требует гак большой вычислительной так и аналитической работы, поэтому построение модели не всегда возможно и по всегда оправдано. Разработан подход к быстрой вероятностной о;,«:ке качества функционирования систем разного целевого назначения, входящих в комплекс, без учета логики функционирования комплекса. Предложены два типа оценки, которые различаются уровнями детализации.

прогнозирующая оценка определяет потенциальную возможность влияния помех, создаваемых при функционировании'комплекса, на принимающую антенну. В качестве показателя влияния выбрано соотношение

суммарная вероятность неизменности речения антенн в комплексе _ I ~ суммарная вероятность неизменности решения вне комплекса

При попарной оценке влияния I излучающих систем, на произвольно выбранную 1-ю принимающую систему, показатель У имеет: вид

где I,| - номера рассматриваемой приемной и излучающих систем соответственно; ^(К^)- вероятность совпадения работы I -Й системы в режиме приема и | -ё системы в режиме излучения^ Я ^- событие состоящее в том, что некоторый момент времени, рассматриваемая система работает в режиме приема ( излучения));р ^ - вероятность того, что влияние (-й помехи может оказаться существенным

< оо

.. ' 1 Ч : .,

Ьпк - пороговый уровень помехи для 1-й системы, пита данного

уровня помеха никак не влияет на функционирование антенн; юЧ&р-гоготность распределения уровня ] -й помехи. При оценке одновременного воздействия Н помех

где вероятность того, что на принимающую 1-ю систему

одновременно воздействует К помех.

При более глубокой оцвнке качества функционирования систем в комплексе в качестве показателя выбрано соотношение

вероятность правильного решения при работе вне комплекса , вероятность правильного решения при раоотэ в комплексе

определяемое для конкретного масса сигналов.

При попарной оценке качества функционирования принимающей системы в комплексе .

£ _р(ЦУ)_

где Ак - событие, состоящее в том, что система принимает правильное решение по К -му сигналу; - событие, состоящее в том, что К-й сигнал присутствует на входе системы; Б^ , Б^ - события, состоящие в том, что помеха влияет, либо не влияет на работу системы соот-

ветственно; - событие, состоящее в том, что помеха создаваемая

^-й ¿системой, влияет на работу рассматриваемой системы; -

= (по> р>=1( пор - вероятность то-

••Ьк ' емр J J

го, что влияние помехи существенно, 5П, - пороговый уровень для 1-й

В1

системы (шив этого_уровняпомеха не влияет на решение системы) ;

. Вероятность правильного решения в пользу К-го. сигнала при условии присутствия К-го сигнала и влияния помехи предложено определять из двух выражений

ск-п с и*"1 -С К*'1 '

где 5 - 5К ~ ^ • зггщитное отношение дня К-го сиг-

нала 1-й систсш1;{1)-(5>1"п) - плотность распределения смеси сигнала И помехи; - плотность распределений отношения сигнал/по-

меха. При одновременном воздействия на 1-ю принимающую.систему Я помех выра~енпо, определяющее показатель качества функционирования имеет вид •

Р(^кЬк)

где р(&и), вероятность того, что сум «арная помеха влияет ли-

бо не влияет па решение пришшаоглоо системой'соответственно;

У /.со л * ~ „ 1 А

Р = ]> ; рС^».;) - вероятность одновре-

менного воздействия 11 помех; -определяется так же как при

рассмотрении попарной оценки, рассматривая суммарный уровень помех.

В заключение изложены основные результаты данного раздела.

В третьрл? раздело построено решение, позволяющее реализовать ' гда-знорную оценку полевого взаимодействия акустических систем с учетом влияния различных физических механизмов.

Необходимым условием исследования взаимовлияния акустических систем по полю, вынесения решения о совместимости антенн, работающих в комплексе, является оценка уровня непреднамеренных помех, воздействующих на каздую отдельную антенну. Перечислении особенности и требования к построена® решений. -Анализируя взаимодействие пары "приемная антенна излучающая антенна", выделены физические механизмы, определяющие полевое взаимодействие. Процесс взаимовлияния акустических систем по полю условно'разделяется на различные "независимые физические процессы, обусловленные различными свойствами антенн, среды и акустических полей, и формализован, как последовательное воздействие различных функционально независимых операторов. Используя гармонический спектральный анализ и ориентируясь на решения частных акустических задач, получено решение, определяющее- уровень сигнала-помехи (амплитуду приведенного ко входу принимающей антенны давления) на каждой дискретной частоте $ в полосе частот

где К, - коэффициент, описывающий процесс преобразования,. радиосигнала в акустический; - коэффициент, описывающий процесс формирования пространственной характеристики излучающей антенны; К1 -

коэффициент, учитывающий изменение амплитудного спектра сигнала в результате нелинейных искажений при распространении в среде; К^ -коэффициент, учитывающий влияние э^екта поглощения при распространении волн в морской средне; К^ - коэффициент, учитывающий дифракцию акустических волн; К$ - коэффициент, учитшаюг^Ш. процесс преобразования акустического сигнала в радиосигнал; - коэффициент, учитывающий направленные свойства приемной антенны.'

Определены расчетные выражения для коэффициентов, входящих в решение, используя уже известные реаения частных задач, аппроксимации характеристик антенн и свойств среды. Коэффициенты , К} определяются частотными характеристиками антенн, а К* , т^кже и споктральним составом излучаемого сигнала. Коэффициенты , К], ,

определяют пространственное взаимовлияние антенн, и в общем случае, находятся из последовательного решения волновых уравнений с различными граничными условиями. Последовательно решаются задачи излучения антенной, расположенной на носителе, дифракции и отражения воли на поверхности носителя нриемной антенны.' Для систем, расположенных в дальней зоне взаимодействия, коэффициенты К^ , К 5 определены видом пространственных характеристик направленности, (основного излучения, если антенна.в освещенной зоне, бокового излучения, если антенны расположены в зоне тени). Предложено использовать извечные аппроксимации пространственных характеристик. Коэффициент К| определяется выражением

5 1И.П1

где. Р - уровень давления, создаваемого у поверхности приемной антенны; - уровень давления, приведенный к.единичному расстоянию в направлении . Предложено, при расположении систем на одном носителе, рассчитывать, рассматривая дифракционные лучи, распространяющиеся вдоль геодезических линий поверхности объекта; каждому лучу придается значение ближайшего макстгмума характеристики направленности. Получены расчетные результаты, демонстрирующие возможность описания поля, лучами с уровнем давления пропорциональным уровню максимумов характеристики направленности. Коэффициенты, характеризующие поглощение и нелинейные искажения в сродз определены из известных частных задач.

Проведена теоретическая оценка влияния эффекта рег.ербегации

на уровень комах, создаваемых цштеинами друг другу при работе в комплексе. Предложено учитывать влияние реверберационной помехи в общем реаешш вводя поправку к произведению коэффициентов К^ , К^ К^ , описывающих пространственное взаимовлияние

где Кп? = К4 К1 - коэффициент пространственного взаимодействия,

Кпр - значение коэффициента пространственного взд^модействия с учетом влияния реверберационной помехи; $Кв? * попРавка> Учи~

тываищая влияние реверберационной помехи Й1КП,~ ^х/^ип > гдеЗ^-

интенсивность суммарной реверберационной помехи, Зцц - интенсивность помехи без учета эффекта реверберации) ,ТГП- множитель, определяющий уровень реверберационной помехи на входе, либо приведенной ко входу акустической системы. Получено решение, позволяющее определить уровень помехи при рассеянии на неоднородностях среды дифракционных волн Сдая систем расположенных на одном носителе'. Акустическое пола описываемся дифракционными лучаш. Выражения построены в предположении, что носитель .имеет гладкую выпуклую поверхность. Решение, определяющее шпенсивность поля у поверхности приемной антешш,- при рассеянии па элементарном объеме, заполненном рассеиватояями в самом общем случае,имеет вид

где А - уровень * поля, создаваемый элсмнтарным рсточником, находящимся на поверхности, " приведенный к единичному расстоянию; ¿V -элементарный объем, заполненный рассеивателями;^ - угловая координата в системе координат, принятой для рассматриваемой поверхности; р , С - плотность среды и скорость звука в среде; И^ - точка срыва дифракционного луча с поверхности; И^ - точка зарождения соскальзывающего дифракционного луча, порождаемого лучом, рассеянной . на объеме (IV волны; % , - угловые координаты элементарного излучателя и точки. наблюдения соотиетствешш; ^ , углонпе координаты точек И( и И^ ;0.С?)- радиус криршны геодезической линии поверхности носителя, вдоль Которой скользит ди^рагашонпин

луч; 1, , - расстояние от точек И, и И^соответственно, до объема (IV; коэффициент, зависящий от граничных условий; - характеризует обратное рассеяние в среде. Анализ влияния эффекта реверберации, сводится к оценке соотношения интенсивности суммарной реверборащюшгой помехи, и интенсивности помех без учета реверберации. Доказано, что при анализе взаимовлияния акустических систем по пода, при расположении антенн на одном носителе, влиянием проекта реверберации полно пренебречь.

Проведен теоретический анализ взятовяалнпя акустических систем с учетом случайных ^ттетуации при ¿г/нкилонировании. Показано, что энергии сигнала-помехи на дискретных частотах и интегральную энергию сигнала-помехи можно рассматривать, как пог'олъго распре-доле иные величюIн.

Па физической модели проведен« экспериментальные исследования уровней сигнала-помехи, создаваемых излучателем в полосе частот. Эксперимента проводились с целью обоснования подхода и опенки достоверности предложенного решения. Рассмотрены измерительная устанет -тса и алгоритмы экспериментов. Проанализированы погрешности. Совпадение экспериментальных данных с расчетпо-эксперлменталышми является достаточным д«я пршегической оценки вэанмовлйянпя антенн но полю и подтверждает достоверность полученного речения.

В заключение выделены основные результаты данного раздела.

В четвертом разделе предложен подход к решению задачи дифракции на поверхности объекта с.лояион кон$игурацаи, связанной с исследованием акустической совместимости антенн..

Рассматривается взаимное влияние акгегн в результате дифракции волн на поверхности объекта. Введены ряд модельных представлений поверхностей, антенн * граничных условий ¡¡а поверхности объекта. Проведен анализ геометрии реальных объектов. В качестве моделей выбраны выпуклые тела.с ребрам! л изломами, с импедаксной поверхностью. Опираясь на анализ принятых модельных представлений, задача сведена к сценке уровня поля, создаваемого у поверхности объекта, »дачентаргдгд источником, расположенным на, либо у поверхности объекта. Решение задачи дифракции получено на основе модификации метода геометрической теория дифракции (ГТД), сохрангя терминологию классической формулировки ГТД. Решение, определяющее поле в точке наблюдения, строилось, рассматривая цепь последовательных взаямо-7«-;>тт,иЛ луче:: с поверхностью объекта-носителя. Построены решения

определяющие поля, создаваемое.;дифракционным лучом, для двух типов поверхностей с ребрами. В первом случае - для поверхностей, гладкие выпуклые участки которых образуют ребра. Во втором случае для выпуклых поверхностей о ребраш в ввде присоединенных пластин (клиньев).

Поле,создаваемое в точке наблюдения И , лучом, скользящим вдоль 1Í участков поверхности, и дифрагировавшим на L изломах

</ НИ ц i\

где Лц- амплитуда луча в точке падения на поверхность; радиус кривизны волнового фронта в точке срыва луча с поверхности; 9ц -значение фазы лучевого поля в точке наблюдения; - коэффициенты, учитывающие дифракций на изломах; В^- дифракционные коэффициенты, учитывающие изменение, амплитуды в точках зарождения и срыва дифракционного луча на гладких участках поверхности; oí^ - коэффициент, учитывающий убивание энергии при сходе с поверхности касательных лучей; длина дифракционных лучей вдоль гладких участков поверхности;-щ- - соотношение ширины лучевой- трубки в точке зарождения дифракционного -луча на гладком участке поверхности и в' точке схода луча с поверхности; t - длина луча от точки срыва с поверхности до точки наблюдения., '

Поле, создаваемое в точке наблюдения $ , лучом,' скользящим • вдоль Н участков гладкой поверхности и дифрагирующим на L ребрах в ввде присоединенной пластины (клина) ^

где t"1^- путь, который проходит луч, срываясь с гладких участков поверхности, к вершине ребра, либо к точке наблюдения; t' . - пул,, который проходит луч, дня'шчфсшашшй на ре';ре, до точки нарождения дн ,рпклио|;| oi'í) луча на гладкой поверхности.

j (хяш£ я»и икцимчпос лучеТ. - чиг.т; гйгл'.ртг-й'яе.ская а «mu.

При расположении элементарного излучателя на, либо у поверхности выпуклого тела, в точку наблюдения может приходить несколько дифракционных лучей, поле определяется суммарным вкладом лучей. Установлено» что для поверхностей больших волновых размеров следует рассматривать _толысо однократно дифрагировавшие лучи. Дифракционные коэффициенты ]) ' , 5ГЛ( и коэффициенты с^ , учитывающие убывание энергии при распространении дифракционных лучей вдоль поверхности, определяются из решения модельных задач. Ребро при'построении решения рассматривалось как фиктивный источник. Дифракционный коэффициент в физическом понимании, соответствует амплитуде фиктивного источника.

.Осуществлен анализ и выбор модельных задач, определяющих дифракционные коэффициенты. Для случая, когда элементарный источник расположен на поверхности объекта, либо .луч дифрагирует на ребре, образованном глад'кимп гранями, вид а с( ^ определены из решений модельные задач об излучении элементарны:,«! йсточниками, расположенными в ишедансном экране (точечный источник на поверхности сферы, либо пить, расположенная на поверхности цилиндра) , получмшкх из общих решений, уравнения Гельмгольца с учетом граничных условий.

. В качестве модельных задач' для ребер и изломов выбраны задачи дифракции плоской волны на клине, полуплоскости» Дифрагированные . на ребре лучи касательные к гладким участкам поверхности порождают соскальзывающие яифюакцаонпш луча. Пола, создаваемое дифрагированной на ребре волной вблизи ребра (амплитуда, располож'егаюго на . ребре фиктивного источника) , ойределяется равномерны:,! асимптотическим разложением краегой волны» если точка зарождения соскальзы-гагг;сго луча находится з перз:-:одкоЗ зона свет-тень.

Доказана правомерность предложенного подхода и достоверность • получении*, на его основе решений двумя. возможными способами. .

Сопоставлено существующее строгое асимптотическое решение, . определяющее поле у поверхности неплоского конечного «крана, созданного однократно рассеяной на ребре плоской волной,

1 ~ корень уравнения

(о-

где {> - отсчитыьается от одного из краев экрана; К5» 1, 0<6<6„,

к--.г =0(1)

корень уравнения ' ПГТТ '

^(0) ,радиусы кривизны в точках 0, -6 соответственно; с!6 -косинус угла падения плоской волны на край экрана, с речением, построенным для этой ае задачи на основа предложенного подхода •

1 _ -ЧьлЩьлЩ**)

В (л\ _ _!_ Т- V К____ х

14 И?) Й ('"к"'Т."(¡»у"ч»Й-}">

где 0 - корни Д;(4н)в6 ♦ к\- «уккция Эйри; А. - дакция Эйри, ^ Г е / Г Ь \itfx

Получены расчетные результаты на основе двух ¿юрм решения. Как аналитические так и расчетные результаты позволяют еде тать вывод о правомерности использования предложенного подхода.'

Кроме того, проведены экспериментальные исследования-дифракции акустических, волн на модельных поверхностях: круговом цилиндре, круговом цилиндре с ребром в виде присоединенной пластины, цилиндре с полусферической заглушкой. Исследования дифракции акустических волн на гладком выпуклом теле проводились с целью продемонстрировать возможность использования известных подходов ГТД для гладких тел, в задачах, связанных.с акустической совместимостью. Рассмотрена измерительная установка, проанализированы, погрешности. По-.лученные, как экспериментальные, так и расчетные результаты для указанных модельных поверхностей, хорошо совпадают как качественно, так и количественно.

Выделены основные результаты и выводы данного раздела. -В приложении приведены описание и тексты пакетов программ, использонанных для численного молплироышия в работе.

■ - 15 -

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Проведенные исследования позволили получить следующие основные вшзоди и результаты:

1. Используя .элементы теории сложных систем, автором предлоне-на модель.для оценки нолевого взаимовлияния акустических систем, • функционирующих в комплексе. Модель позволяет рассматривать работу комплекса во времени с учетом существующих функциональных взаимосвязей между системами» т.е. учесть логику функционирования комплекса. Б рамках построенной модели предложены алгоритмы принятия реще-шм о совместимости афотических систем, входящих в комплекс. Критерием оценки взаимовлияния систем для этих алгоритмов является степень совпадения решений, пршпмаемих системой при воздействии помех.и при отсутствии помех.

2. Разработан подход к быстрой вероятностной оценке качества функционирования систем разного целевого назначения, входящих в коглиекс} логика функционирования комплекса а функциональные взаимосвязи не учитываются. Предложены два варианта критериев оценки. В основу критериев полонена оценка соотношений вероятностей качественной работы в комплексе и вне комплекса, как при рассмотрении взаимовлияния пар систем, так и при рассмотрении воздействия помех, создаваемых несколькими системами. . •

3. Получена решения, позволяющие учесть влияние различных физических механизмов на уровень сигнала-помехи, и расчетные внраяе-ния, определяющие уровень сигнала-помехи. Установлено, что влиянием ■ эффекта реверберации при оценке уровня помеха ыояно пренебречь. Проведенные теоретические' и эксиершлеиталышэ исследования показали, что влияние на уровень сигнала-помехи различных физических механизмов Мокно учитывать в решений независимыми операторами, применяя, аппроксимации при определении операторов из решений частных, задач. На основе полученных решений разработан алгоритм•и пакет программ на языке ФОРТРАН для определения уровня спгнаяа-помехн в полосе частот.

. 4. На основании теоретического анализа взаимовлияния акусти-' ческих систем с учетом случайных фяза&уацпй при функционировании системы, установлено, что энергию сигнала-помехи на дискретных частотах и интегральную энергию сигнала-помехи могло рассматривать, как нормально распределенные величины.

- IG -

5, Установлено, что при расположении антенн на одном объекте в зоне тени друг друга, основным механизмом взаимовлияния систем является дифракция акустических волн на поверхности объекта носителя. Предложен подход к решанию задачи дифракции на поверхности ' объекта сложной конфигурации - выпуклом теле, имеющем ребра. Правомерность подхода, полученных на его основе решений доказаны .экспериментально и путем сопоставления с существующим асимптотическим решением-. Составлены программы на алгоритмическом''языке ФОРТРАН для расчета дифракции акустических волн.

публикации по tb.ie диссертации

1. Кригер А.Б., Сенчук'В.И, Акустическое поле у поверхности гладкого тела сложной конфигурации / Ленингр.электротехн.ин-т им. В.И.Ульянова (Ленина ) . Л., 1988. - Деп.в ВИНИТИ 12.04.88,

Js 2755 - В83.

2. Детерминированная оценка акустической совместимости . антенн / А.Б,Кригер, А.В^Осетров, Е.Д.Пигулевский, В.И.Сенчук // Судостроит.пром-ть.Сер.Общетехнич. - Л., 1989. - Вып.23. -

-С. 19-25.

3. Кригер А.Б., Пигулевский Ё.Д, Модель Для оценки акустической совместимости.// Направленные и фокусирующие акустические системы: Тв^,докл.У-й Дальневосточной акустической конф.1-6 окт. 1989. - Владивосток, 1989. - С. 38-40. -

4. Кригер А,Б» Вероятностный подход к оценке совместимости акустических.систем // Направленные и фокусирующие акустические системы: Тез.докл.У-й Дальневосточной акустической конфД-6 окт. 1989. * Владивосток, 1989. - С. 36-37.

5. Кригер А.Б, Решение трехмерной задачи дифракции на теле сложной конфигурации // Электроакустические методы в науке и. технике: Сб.науч.тр. - Л., 1989. - С.73-78. - ( Изв.Ленингр. влектротехн.ин-та им,В.И.Ульянова ( Ленина ) ..- Вып.407 ) .

6. Кригер А.Б., Пигулевский Е.Д., Сенчук В.И. Взаимовлияние акустических систем по полю // Прикладная акустика. - ТРТИ, 1990. - Вып.14. г С.12-18.

Подписано к печати 24.12.90, Заказ 520 ст.

Формат 60x84 I/I6, Объем 1.0 п.л. Тираж 100. Бесплатно.

Тип.ЛВВИСУ.