Bistatiskt ekolod
Bistatiskt ekolod är en ekolodskonfiguration där sändare och mottagare är åtskilda av ett avstånd som är tillräckligt stort för att vara jämförbart med avståndet till målet. De flesta ekolodssystem är monostatiska , genom att sändaren och mottagaren är placerade på samma plats. En konfiguration med flera mottagare kallas multistatisk .
Bistatisk vs monostatisk
Förlust av förökning (överföring).
Detta är en förlust av ljudnivån som inträffar medan ljudpulsen går från projektor till mål och från mål till mottagare. Det finns 3 olika mekanismer som orsakar överföringsförlust : sfärisk (eller cylindrisk i grunt vatten) spridning, absorbering och spridning av inhomogeniteter i havets media. Sändningsförlust (TL) är proportionell mot räckvidd (ju längre ljudet färdas desto mer förlust) och mot ljudfrekvensen. I monostatiskt ekolod går ljudet först från projektor till mål, sedan samma väg tillbaka från mål till mottagare, så tvåvägsförlust är bara 2TL, där TL är envägsförlust. I bistatiskt ekolod är den totala förlusten (i decibel) summan av TL pt (från projektor till mål) och TL tr (från mål till mottagare).
Dödzon
I monostatiskt ekolod är det första som mottagaren kan höra ljudet från den sända pingen. Denna ljudnivå är mycket hög och det är omöjligt att upptäcka ekot under pingtiden τ. Det betyder att mål inte går att upptäcka inom cirkeln med radien Cτ/2, där C är ljudhastigheten i vatten. Detta område brukar kallas "död zon". Om ekolodet är nära ytan, botten eller båda, (vilket kan hända i grunt vatten), kan den döda zonen vara större än Cτ/2 på grund av en hög nivå av efterklang.
I bistatiskt ekolod är färdavståndet från projektor till mål och från mål till mottagare R = R pt + R tr . Eftersom projektorn är separerad från mottagaren med R pr avstånd, första R pr /C sekunder efter att pingen startar, väntar mottagaren bara. Efter den tiden tar den emot en direkt signal från projektorn (ofta kallad "direkt sprängning") som varar i τ sekunder. Så ekolodet kan inte upptäcka mål inom ellipsen R = Rpr + Cτ, som visas på bilden. Hög nivå efterklang i projektorområdet påverkar inte dödzonen.
Målspridningsmönster
Mål reflekterar inte ljudet rundstrålande. Mekanismen för ljudreflektion (eller spridning av målet) är komplicerad, eftersom målet inte bara är en stel sfär. Spridd ljudnivå beror på vinkeln β från vilken målet avges av projektorn, och den varierar också med vinkelspridningsriktningen α (se lokala målaxlar Z{x,y}). Dessa vinklar kallas ofta för aspekter. Denna spridda ljudnivå vs (α, β) funktion kallas spridningsmönstret S(α, β). Riktningen för maximalt eko (maximalt S(α, β)) beror också på målform och inre struktur. Så ibland är den bästa ensonifierande aspekten inte densamma som den bästa mottagningsaspekten.
Detta leder till den bistatiska lösningen. Målspridning blir ännu mer komplicerad om målet begravs (eller delvis begravt) i havsbottensediment. (Detta händer med sjöminor, avfallscontainrar, skeppsvrak, etc.) I så fall påverkas spridningsmekanismen inte bara av målegenskaper, utan också av ljudvågsinteraktion mellan målet och den omgivande botten.
Specifika klasser av bistatiska ekolod
Bakåtspridning och framåtspridning
I monostatiskt ekolod lyssnar mottagaren på ekot som reflekteras (spritts) rakt tillbaka från målet. Bistatiskt ekolod kan fungera på två sätt: genom att använda antingen målbakåtspridning eller framåtspridning. med bakåtspridning är det ekolod där den bistatiska vinkeln φ är mindre än 90°. Spridning framåt är de fysiska fenomenen baserade på Babinets princip . Bistatiskt ekolod med framåtspridning är det ekolod där den bistatiska vinkeln φ är större än 90°.
Pseudo-monostatiskt ekolod
Detta är ekolodet med en liten bistatisk vinkel. Med andra ord är både räckvidden från projektor till mål R pt och från mål till mottagare R tr mycket större än avståndet från projektor till mottagare R pr .
Multistatiskt ekolod
Detta är multinodsystemet med mer än en projektor, mottagare eller båda.
Ansökningar
Långdistansövervakning
För kustövervakning är ett stort mottagarsystem av hydrofoner vanligtvis utplacerat nära stranden och kopplat med kablar till ett landbaserat bearbetningscenter. För att möjliggöra måldetektering på lång räckvidd (långt borta från stranden) kan man använda en kraftfull mobil projektor, utplacerbar från fartyget. Ett system av detta slag utnyttjar idén att "föra projektorn närmare området av intresse och få ner överföringsförlusten".
Stort områdesövervakning med en enda projektor och ett nät av mottagare
Ett system av denna typ är multistatiskt. Den utnyttjar idén om att "täcka området av intresse med ett gles nät av mottagare och försona hela området med en kraftfull projektor". Mottagningsnoder kan vara sonobooys (med radiokommunikationslänk till ett bearbetningscenter) eller autonoma undervattensfordon (AUV) med en akustisk kommunikationslänk. Exemplet är GOATS-projektet som använder AUV:er som mottagningsnoder.
Lågfrekvent bogserat ekolod
Ju lägre frekvens, desto mindre blir komponenterna som absorberar och sprider överföringsförluster. Å andra sidan, ju lägre frekvens, desto större är storleken på riktad projektor och mottagaruppsättning. Så det fartygsutplacerbara ekolodet med lång räckvidd är ett lågfrekvent bistatiskt släpmatrisekolod med rumsligt separerad projektor och mottagningsmatris. Exemplet är LFATS bogserade ekolod.
Detektering av begravda föremål
För att upptäcka ett nedgrävt föremål måste sändningspinget tränga in i botten. Det kräver en kraftfull och mycket riktad projektor. Därefter bör en riktad mottagare placeras på den punkt där "målet + omgivande botten"-reflektion är bäst. Detta är ett bistatiskt system. Exemplet är SITAR-projektet, utvecklat för att hitta föremål som behållare för giftigt avfall och gruvor.
De huvudsakliga fördelarna med bistatiskt och multistatiskt ekolod inkluderar: [ citat behövs ]
- Lägre anskaffnings- och underhållskostnader (om du använder en tredje parts sändare)
- Drift utan frekvensavstånd (om man använder en tredje parts sändare)
- Hemlig drift av mottagaren
- Ökad motståndskraft mot elektroniska motåtgärder eftersom vågformen används och mottagarens placering är potentiellt okänd
- Möjligt förbättrat radartvärsnitt av målet på grund av geometriska effekter
De huvudsakliga nackdelarna med bistatiskt och multistatiskt ekolod inkluderar: [ citat behövs ]
- Systemkomplexitet
- Kostnader för att tillhandahålla kommunikation mellan webbplatser
- Brist på kontroll över sändaren (om man utnyttjar en tredje parts sändare)
- Svårare att distribuera
- Minskad lågnivåtäckning på grund av behovet av siktlinje från flera platser
Se även
Källor
Vidare läsning
- NK Naluai et al. Bi-statiska tillämpningar av intensitetsbearbetning. Journal of Acoustic Society of America, 2007, 121 (4), s. 1909–1915
- JR Edwards, H. Schmidt och K. LePage, "Bistatic synthetic aperture target detection and imaging with an AUV", IEEE Journal of Oceanic Engineering, 2001, 26(4): s. 690–699
- I. Lucifredi och H. Schmidt. Subkritisk spridning från nedgrävda elastiska skal. Journal of Acoustic Society of America, 2006, 120 (6), s. 3566–3583, 2006
- Captas Nano lågfrekvent bogserat ekolod. www.thalesgroup.com/naval
- JI Bowen och RW Mitnick. En multistatisk prestandaprediktionsmetod. Johns Hopkins APL Technical Digest, 1999, v.2, nr 3, s. 424–431
