Модуляция шумового сигнала при качке корабля вследствие флуктуирующей интерференции лучей

Амплитудная модуляция шумового сигнала надводного корабля образуется как непосредственно в процессе шумоизлучения при вращении линии вала и винта, так и дополнительно — вследствие качки корабля, обусловленной волнением моря. При этом дополнительную низкочастотную (не более 0,2 Гц) амплитудную модуляцию шумоизлучения можно наблюдать в виде процесса временных вариаций мощности принимаемого сигнала. В связи с этим, представляет интерес установить связь спектра амплитудно-фазовой модуляции широкополосного сигнала корабля при его качке со спектром процесса качки.

В качестве механизма образования модуляции шумового сигнала при качке корабля рассмотрено явление флуктуирующей интерференции лучей, распространяющихся от вертикально качающегося точечного подводного источника вблизи поверхности воды. Получены аналитические соотношения, связывающие спектр амплитудно-фазовой модуляции широкополосного сигнала корабля при его качке со спектром процесса качки. В результате установлен параметр, описывающий совокупные условия, по которому можно определить спектральные свойства модуляции. Вид спектра вариации мощности может быть различным существенно в зависимости от значений параметра K = σ2k _H sinα, где k — волновое число, σ_H — среднеквадратичное значение вертикальной составляющей (смещения источника) вследствие качки, α — угол скольжения луча у поверхности. При значении K< 1 результаты наблюдения процесса модуляции сигнала можно отожествлять с процессом качки корабля. При значении K> 1 спектр модуляции сигнала не будет соответствовать спектру процесса качки. С ростом значения параметра K спектр модуляции расширяется, выходит за пределы спектра процесса качки. Появляются существенно более низкие и высокие гармоники. Результаты компьютерного моделирования и натурных экспериментов подтвердили зависимость вида спектра модуляции от параметра K. Таким образом, установлено наличие дополнительного механизма образования модуляции шумового сигнала при качке корабля, обусловленного явлением флуктуирующей интерференции лучей, распространяющихся от вертикально качающегося точечного подводного источника вблизи поверхности воды.

1. Кудрявцев А.А., Лугинец К.П., Машошин А.И. Об амплитудной модуляции подводного шума морских объектов // Акустический журнал. 2003. Т. 49, № 2. С. 224–228.

2. Машошин А.И. Оптимизация устройства обнаружения и измерения параметров амплитудной модуляции подводного шумоизлучения морских судов // Акустический журнал. 2013. Т. 59, № 3. С. 347–353. doi:10.7868/S0320791913030106

3. Консон А.Д., Волкова А.А. Обнаружение амплитудной модуляции подводного шумоизлучения морских судов при качке на фоне сверхнизкочастотных флуктуаций // Фундаментальная и прикладная гидрофизика. 2019. Т. 12, № 2. С. 12–19. doi:10.7868/S2073667319020023

4. Ремез Ю.В. Качка корабля. Л.: Судостроение, 1983. 328 с.

5. Войткунский Я.И. и др. Справочник по теории корабля: В трех томах. Т. 2. Статика судов. Качка судов. Л.: Судостроение, 1985. 440 c.

6. Акустика океана / Под ред. акад. Л.М. Бреховских. М.: Наука, 1974. 694 с.

7. Лаваль Р., Лабаск И. Влияние неоднородностей и нестабильности среды на пространственную и временную обработку сигналов // Подводная акустика и обработка сигналов / Под ред. Л. Бьёрнё. М.: Мир, 1985. 488 с.

8. Долуханов М.П. Флуктуационные процессы при распространении радиоволн. М.: Связь, 1971. 185 с.

9. Консон А.Д. Спектр флуктуации мощности сигнала, излучаемого кораблем при качке // Судостроение. 1997. Вып. 6. С. 46–48.

10. Консон А.Д. Синтез амплитудно-частотных характеристик фильтра для приема шумовых гидроакустических сигналов // Судостроение. 1998. Вып. 2. С. 41–42.

11. Консон А.Д. О корреляционных характеристиках флуктуации мощности шумового сигнала, излучаемого надводным кораблем // Акустический журнал. 1999. Т. 45, № 4. С. 523–527.

12. Бреховских Л.М. Волны в слоистых средах. М.: Наука, 1973. 344 с.

13. Бронштейн И.Н., Семендяев К.А. Справочник по математике. М.: Изд-во технико-теоретической литературы, 1957. 608 с.

14. Левин Б.Р. Теоретические основы статистической радиотехники. М.: Сов. радио, 1975.