Исследование моделей сверхширокополосных сигналов

дипломная работа

4. Влияние среды на эхо-сигнал

Рассмотрим влияние среды на свойства СШП сигналов.

Зондирующие сигналы оставим прежними, т.е. это сигналы с прямоугольным спектром различной ширины:

Рис.4.1. Центральная частота 10 кГц, ширина спектра 10 кГц;

Рис.4.2. Центральная частота 10 кГц, ширина спектра 1 кГц.

Предположим, что цель находится в воде в дальней зоне, т.е. выполняется условие:

где r - расстояние от центра антенны до цели, L - наибольший размер апертуры антенны. Тогда спектр эхо сигнала можно найти по формуле:

где ?0 - коэффициент поглощения акустической энергии в воде.

Это выражение справедливо для любых, в том числе и СШП сигналов. В настоящее время существует значительное число формул для вычисления ?0. Их анализ показывает, что наиболее обоснованной эмпирически и физически можно считать формулу Марша и Шулкина. Если верхняя граничная частота ?в спектра зондирующего сигнала лежит в пределах нескольких десятков - ста кГц, эта формула приводит к виду:

где

S00=30 ‰ - соленость в промилле, Т=23 оС - температура в градусах. Тогда а=2,3•10-14.

На рисунке 4.3 приведены частотные характеристики среды для дистанций 0, 5, …, 20 км:

Рис.4.3. Сравнение частотных характеристик среды для различных дистанций.

Из графика видно, что чем больше используемая частота, тем сильнее уровень эхосигнала зависит от расстояния.

Рассмотрим более детально эти характеристики на участке, где находятся наши зондирующие сигналы:

Рис.4.4. Сравнение частотных характеристик среды для различных дистанций (приближение).

Перемножим спектры зондирующих сигналов на найденные характеристики и посмотрим спектры эхосигналов:

Рис.4.5. Центральная частота 10 кГц, ширина спектра 10 кГц;

Рис.4.6. Центральная частота 10 кГц, ширина спектра 1 кГц;

Мы видим, что влияние среды на узкополосные значительно ниже и разница в уровне спектра между минимальной и максимальной частотами не менее 1 %. Влияние на широкополосный сигнал более значительное, причем следует учитывать, что влияние среды в зависимости от частоты изменяется не линейно. И для зондирующего СШП сигнала разница составляет уже почти 10% при прохождении расстояния в 20 км. Но если рассмотреть временные спектры, то можно увидеть, что они различаются не значительно.

И если посчитать разницу в энергии сигналов, который условно проходит расстояние 0 и эхосигналом, проходящим расстояние 20 км, то она составляет:

т.е. 9,4%. Следует учесть, что в расчетах берется идеальный случай и нет других потерь, кроме затухания в воде, а вся энергия, прошедшее расстояние 20 км попадает в антенну. Но главное из графиков видно, что форма сигнала меняется не значительно, а именно влияет на разрешение сигнала.

Делись добром ;)