Сонар для поиска под водой

Читаем эхолот и его показания

С годами технология эхолота стала очень точной, что сделало ее полезной для определения подводной топографии и обнаружения многообещающих рыбных угодий, таких как обрывы или подводные сооружения, такие как насыпи, затонувшие деревья или даже затонувшие корабли. Кроме того, он также позволяет с большой точностью определять косяки или отдельные рыбы.

Однако общая проблема, с которой сталкивается большинство новичков, – это понять, как правильно читать экран эхолота. Здесь мы покажем вам, как именно читать эхолот, и интерпретировать результаты, чтобы улучшить успех вашей рыбалки.

Основы работы с эхолотом

Первое, что вам нужно понять об эхолотах, это то, что они используют технологию сонара для получения подробной информации о том, что находится под вашей лодкой или каяком. Технология эхолота основана на отправке и приеме сигналов сонара.

Преобразователь эхолота посылает сигналы сонара (называемый конусом сонара) вниз в воду. Когда эти сигналы сонара попадают в объект, они отбрасываются обратно вверх, а затем приемник эхолота интерпретирует возвращенные сигналы и отображает их в виде фигур на экране. Подробнее об этом вы можете прочитать в нашей статье о том, как работают эхолоты .

В большинстве случаев луч эхолота относительно узкий, а это означает, что вы сможете видеть только то, что находится в значительной степени прямо под вашим судном. Однако, как только вы поймете, как применить это к максимальному эффекту, этой информации будет достаточно, чтобы дать вам огромное преимущество в поиске отличных возможностей для рыбалки. Важно помнить, что эхолот может работать только в воде, но не в воздухе (подробнее об этом читайте в нашей статье, могут ли эхолоты работать без воды? ).

Как только вы научитесь читать эхолот, вы будете точно знать, насколько глубоко дно под вашей лодкой, какова температура воды, какие структуры находятся под вами и где находится рыба. Кроме того, вы даже сможете оценить размер рыбы.

Как читать экран эхолота?

Рыбные арки против рыбных точек

На эхолотах 2D (включая эхолоты CHIRP, подробнее см. Ниже) рыба обычно отображается на экране в виде дуг с вершиной, направленной вверх. Этот эффект изгиба вызван тем фактом, что рыба находится в движении, движется через конус сонара и отбрасывает немного другой сигнал в зависимости от того, где в конусе сигнал сонара попадает на них.

На эхолотах, отображающих нисходящие изображения , рыба обычно отображается в виде точек , а не дуг. Это связано с тем, что сонар нисходящего изображения использует гораздо более узкий конус гидролокатора и, таким образом, показывает только небольшую часть того, что находится прямо под вашей лодкой.

Когда вы привыкнете распознавать рыбные дуги или точки на эхолоте, вы сможете с высокой точностью определять косяки рыб или даже отдельную рыбу. Вы даже сможете заметить свою приманку в воде, а также, если рядом с ней есть рыба.

Чем больше арки на эхолоте, тем больше размер рыбы (хотя имейте в виду, что настройка диапазона вашего эхолота также повлияет на размер дуг). Немного попрактиковавшись, вы сможете оценить размер рыбы, которую видите на экране эхолота. И, по мере практики, вы научитесь различать сигналы, которые соответствуют рыбе, и сигналы, исходящие от других подводных объектов, таких как растения и камни.

Иконки значки рыбы на экране эхолота

Некоторые эхолоты имеют так называемую технологию Fish-ID , которая означает, что эхолот автоматически преобразует сигналы сонара в значки идентификации рыбы на экране дисплея, что упрощает пользователю идентификацию их как рыб.

Хотя в теории это звучит великолепно, проблема в том, что иногда технология не на 100% точна, а это означает, что эхолот помечает некоторые объекты как рыбу, которая на самом деле не является рыбой, и пропускает другие сигналы, которые являются рыбой.

Немного попрактиковавшись, вы научитесь лучше, чем технология Fish-ID, определять разницу между рыбой и другими объектами на экране эхолота. Из-за этого многие опытные рыболовы предпочитают рассматривать арки, а не иконы рыб. Имея небольшой опыт в интерпретации рыбных дуг, вы также сможете отличить рыбные дуги от других объектов более точно, чем с помощью технологии идентификации рыбы.

Как читать нижние изображения по сравнению с сигналами боковых изображений

Для визуализации вниз используется очень узкий конус сонара, который направляется вертикально вниз в воду, что отлично подходит для детального просмотра того, что находится прямо под вашей лодкой.

С другой стороны, для бокового обзора используются два конуса сонара, которые направляются вбок слева и справа от вашей лодки. В результате это поможет вам получить обзор общей подводной топографии по обе стороны от лодки.

Как правило, используйте боковую визуализацию для выявления многообещающих особенностей подводного ландшафта, а затем переключайтесь на визуализацию вниз, когда вы хотите идентифицировать рыбу в определенном месте.

Как определить размер рыбы с помощью эхолота

Как правило, более крупная дуга или точка означает более крупную рыбу. Тем не менее, есть дополнительная информация, которую можно почерпнуть из арок, исходя из их формы, а также их толщины и ширины. Большинство эхолотов показывают ширину каждой дуги, и вы можете использовать это, чтобы оценить длину рыбы.

Помимо ширины важна форма арки. Большая рыба будет отображаться на экране в виде полной толстой дуги с четко определенной кривой, в то время как более мелкая рыба будет отображаться как частичные дуги, которые не такие толстые и не такие изогнутые.

Если вы смотрите на косяк рыбок, они будут отображаться не в виде арок, а в виде точек или коротких линий. Лучший способ идентифицировать их как рыб основан на том факте, что они образуют «облако», висящее в воде. Такое поведение также помогает отличить их от более крупных рыб, таких как окунь, которые либо живут поодиночке, либо образуют небольшие группы с большим пространством между особями.

В идеале вы сможете идентифицировать стаю рыб-приманок, подвешенных в воде, и нескольких более крупных хищников под ними, что может стать отличным местом для заброса вашей приманки. Немного попрактиковавшись, вы сможете сосредоточить свою рыбалку на самой крупной рыбе, бросив приманку рядом с ней.

Если вы хотите научиться читать эхолот с эхолотом CHIRP, ознакомьтесь со статьей о том, как читать эхолот CHIRP .

Как читать подводную топографию на экране эхолота

Помимо определения рыбы, также важно научиться использовать функцию определения глубины и рельефа дна. На большинстве эхолотов глубина (в футах или метрах) между дном и поверхностью воды отображается в верхнем левом углу дисплея. Прямо под глубиной обычно отображается температура воды.

Кроме того, на дисплее эхолота также отображается информация о структуре и плотности дна под вашим рыболовным каяком или лодкой. Вы можете использовать это с большим преимуществом, медленно перемещаясь по территории, чтобы определить структуры, такие как обрыв или затонувшее бревно, которые, как правило, привлекают много рыбы.

Чтобы получить общий обзор подводной топографии местности, вы можете установить для эхолота настройку широкого луча, но если вы хотите получить более подробное представление о конкретном месте, лучше всего изменить настройку сканирования на Узкий луч. Это создаст очень подробное изображение перспективного места и рыбы, находящейся в нем.

Подводные водоросли отображаются на экране эхолота в виде тонких вертикальных линий. Кроме того, вам следует искать ямы или углубления, так как они могут содержать скрывающуюся рыбу, а также бревна и подводные насыпи, которые также имеют тенденцию привлекать рыбу.

Различные типы консистенции дна

Немного потренировавшись, вы сможете многое сказать о стабильности дна на основе сигнала сонара. Твердое дно будет выглядеть более прочной и толстой линией по сравнению с илистым дном, которое на экране эхолота 2D выглядит более широким и «нечетким».

Как читать мигалку для зимней рыбалки

Если вы увлекаетесь подледной рыбалкой, вы, вероятно, захотите использовать эхолот с мигалкой, который специально разработан для этой цели. В отличие от обычных эхолотов, он отображает одномерные данные о толщине воды под прорубью (подробнее об этом читайте в нашем обзоре лучших мигалок для подледной рыбалки и о том, как они работают).

Кстати, вы также можете использовать обычный эхолот для подледной рыбалки (хотя правильное расположение датчика может оказаться затруднительным), и вы даже можете использовать его, чтобы стрелять эхолотом прямо сквозь лед, не сверля дыры (если вы Чтобы узнать больше об этом, ознакомьтесь с нашей статьей под названием « Может ли эхолот работать во льду» ).

Как читать эхолот Garmin

Эхолоты Garmin являются одними из самых надежных и широко используемых брендов, используемых как новичками, так и опытными рыболовами. В случае серии эхо-сигналов Garmin конус сонара отображается в правой части экрана. Это соответствует столбу воды прямо под вашей лодкой и будет отображать прямой сигнал о том, что в настоящее время там обнаружено. Слева от него находится двухмерная карта сонара, которая показывает, что некоторое время назад находилось в конусе сонара.

Цветной дисплей имеет цветовой код: самые сильные сигналы отображаются желтым цветом, а более слабые сигналы – синим и красным. Рыбы отображаются на экране в виде арок.

Если вы хотите увидеть более подробную информацию об особенностях модели Garmin высокого класса, возьмите добычу в нашем обзоре Garmin Striker 7SV .

Как читать эхолот Lowrance

Lowrance – еще один очень популярный бренд эхолотов, который может предложить множество преимуществ. Одним из самых больших преимуществ является то, что датчик Lowrance HDI позволяет одновременно получать двухмерный сонар и нисходящую визуализацию. Таким образом, вы можете выбрать функцию разделения экрана, при которой изображение сонара будет отображаться в левой части экрана, а изображение внизу – в правой.

У каждого типа визуализации есть свои преимущества. Двухмерное изображение с помощью сонара отлично подходит для получения общего обзора местности, в то время как нижнее изображение лучше для получения более подробной информации о конкретных объектах и ​​рыбе с более высоким разрешением.

Дисплей сонара Lowrance также имеет цветовую кодировку, при этом желтый и красный цвета соответствуют самому сильному сигналу. Другими словами, если приемник возвращает более сильный сигнал, на дисплее это будет ярко-желтым и красным, а более слабые сигналы – синим или серым.

Если вам интересно узнать больше о функциях, предлагаемых Lowrance высокого класса, ознакомьтесь с нашим обзором Lowrance Elite 9 TI .

Заключительные замечания

На этом мы завершаем нашу статью о том, как читать эхолот. Если вы думаете о приобретении нового эхолота, ознакомьтесь с нашими обзорами лучших эхолотов стоимостью менее 30 000 рублей и лучших эхолотов стоимостью менее 50 000 рублей .

Наконец, если вы приобретете новый эхолот, вам также понадобится надежный источник питания для его работы. В этом случае вы можете ознакомиться с нашим обзором лучших аккумуляторов для эхолотов .

Источник

Принципы работы сонаров и подводная акустика: как, зачем и почему

Сонары используются для обнаружения и исследования подводных объектов, в то время как похожие устройства, называемые радары — для исследования надводных, наземных, воздушных и космических объектов. Многое из того, что сказано ниже про сонары, справедливо и для радаров, либо имеет очевидные сходства.

Я заметил, что в интернете нет материалов по данной теме, описывающих все процессы в связи друг с другом и понятными словами. В статье мы пройдем весь путь от особенностей распространения звуковых волн в воде до процессов внутри сонара. Сделать это я намереваюсь просто и ясно, чтобы заинтересовать как любопытных читателей, так и тех, кому через 2 часа надо сдать устный экзамен по подводной акустике. Предполагается, конечно, что кто-то из одной, либо из другой обозначенной группы может не иметь никаких знаний по данной теме, поэтому все начнется с основ.

Задолго до того, как Шелдон поможет разобраться с эффектом Доплера, мы погружаемся под воду, чтобы начать знакомство с тем, как происходит и от чего зависит распространение звуковых волн в водной среде.

Природа звука под водой

Колебания – это движения, в той или иной степени повторяющиеся во времени. Колеблющееся тело может отдавать свою энергию во внешнюю среду. Звук – это механические колебания в какой-либо среде. Частицы (молекулы) внешней среды представляют собой миниатюрные колебательные системы, связанные друг с другом упруго, поэтому колебание, создаваемое телом, может распространяться в среде на некоторое расстояние. Вода, в отличие от воздуха, имеет свойство распространять звуковые колебания на очень большие расстояния, в этом причина использования звуковых волн под водой. Электромагнитные волны вместо звуковых -использовать не получится: они не распространяются в воде.

На распространение звуковых волн в водной среде влияют множество факторов: частота и амплитуда звуковой волны, температура, соленость и глубина воды, расстояние распространения звука (и связанная с этим постепенная трансформация звука в тепло — абсорбция), а также другие местные факторы (неоднородности в воде, участки с турбулентностью, состояние поверхности воды – пузырьки воздуха, дождь и ветер; тип дна – ил, песок, гравий или скала).
Чем больше температура, соленость, глубина, т.е. чем выше плотность воды – тем выше скорость распространения звука. Изменение этих трех параметров также влияет на искривление направления движения звука в воде, а также на величину пространственного угла распространения.

Часто в умеренных широтах температура в поверхностных слоях воды быстро понижается, что снижает скорость звука, фокусирует звуковую волну на некоторой глубине, удаляя ее от поверхности. Напротив, когда температура у поверхности постоянна (например, в тропиках вода прогревается довольно глубоко), на скорость звука влияет только глубина, и из-за этого скорость звука в поверхностных водах увеличивается только благодаря глубине. В таких водах звук фокусируется возле поверхности, постоянно отражаясь от нее и возвращаясь к ней снова. Средняя скорость звука в воде – 1480 метров в секунду, граничные скорости: от 1450 до 1540 м/с.

Чем выше частота звука, тем быстрее он рассеивается. Это вызывается трансформированием энергии звука в тепло, рассеиванием из-за неоднородностей в воде и при подходящей глубине затуханием на дне (в первую очередь если дно – ил или песок), либо возле поверхности по причине дождя, ветра, пузырьков воздуха и т.п.; при штиле потери на поверхности незначительны, так как поверхность воды отражает более 99% звука.

Все эти данные позволяют создавать шаблоны настроек сонара и просчитывать возможные время и траектории распространения звуковых волн, настраивать сонар с максимальной эффективностью.

Конструкция антенны сонара

Передающая антенна сонара колеблется в звуковом диапазоне частот и производит звуковые воллны. Излучающая звуковые волны поверхность антенны называется апертурой.
Апертуры бывают непрерывные и дискретные, то есть имеющие множество отдельных излучающих элементов.
Можно рассматривать дискретные апертуры как содержащие в себе множество непрерывных апертур. Элементы дискретных апертур находятся на определенном расстоянии друг от друга, поэтому волны, излучаемые ими, будут приходить к цели в разное время. Этот факт учитывается при генерировании волн, при направлении звукового пучка, а также по прибытии отраженных волн.
Излучаемые апертурами звуковые волны оказывают давление на слои воды вокруг, поэтому можно говорить о распределении давления звуковой волны вокруг апертуры, назовем это формой акустического пучка. Вот пример такой формы:

Звуковые колебания, как и любые колебания, по причине своей упругой природы имеют минимумы и максимумы, сменяющие друг друга и противоположные друг другу по амплитуде. Изначально в волне минимумы и максимумы находятся на определенном расстоянии друг от друга во времени и пространстве, то есть смещены по фазе. Вследствие излучения звуковые волны имеют свойство объединяться, находясь в разных фазах, то есть усиливают, либо гасят друг друга. Это называется интерференцией.
Боковые лепестки на изображениях выше возникают из-за того, что энергия от антенны распространяется не только фронтально, но и в смежных направлениях; они имеют минимумы и максимумы благодаря интерференции. Боковые лепестки являются нежелательными, так как имеют амплитуды и частоты, отличные от основного лепестка, и этим вносят помехи.
Как можно представить, пучок раскрывается под некоторым пространственным углом. Если рассматривать в горизонтальной и вертикальной плоскостях, то это два угла — вертикальный (угол элевации) и горизонтальный (азимут). Развернув эти углы на плоскости, можно показать форму пучка в более наглядном виде:

Апертуры бывают разных геометрических форм и поэтому производят разные пучки. На рисунке выше, например, показана форма пучка для прямоугольной апертуры. Также существуют круговые апертуры, либо линейные (похожие на отрезок определенной длины), либо даже апертуры в виде трехмерных форм, например, параболоиды. Вы можете представить, как для них выглядят формы пучков. Например, для круговой апертуры боковые лепестки уменьшаются радиально, а не в виде креста, как на рисунке выше. В случае параболоидной формы происходит увеличение основного лепестка за счет соседних.
Если у диаграммы выше сделать сечение по центру, вот что мы увидим:

Длиной волны называется расстояние, которое волна проходит во время одного колебания. А время, за которое она проходит это расстояние, называется периодом. Если расстояние между двумя излучающими звук элементами дискретной апертуры становится больше половины длины волны, у нас начинают увеличиваться боковые лепестки, а при дальнейшем уменьшении длины волны появляются новые лепестки, равные по амплитуде основному, что вносит помехи и является нежелательным фактом: при приеме сигнала будет неизвестно, какой именно лепесток является причиной.

Даже если все боковые лепестки меньше основного, они являются нежелательными по причине дополнительных искажений, вносимых ими: волны боковых лепестков тоже будут отражаться от каких-то объектов и двигаться в обратном направлении к сонару. Поэтому разработали способы уменьшения как боковых лепестков при излучении звука, так и их следствий при приеме отраженного сигнала. Основная идея: нужно таким образом сформировать сигнал, чтобы переместить энергию из боковых лепестков в основной, тем самым уменьшив и уровняв боковые лепестки по амплитуде. Это делается с помощью предустановленных паттернов (так называемых «окон»), через которые пропускается сигнал. Самый эффективный паттерн гордо носит имя «окно Чебышева». На примере ниже сигнал, прошедший через окно Чебышева, выделен курсивом:

Чтобы исследовать определенную область пространства, сонары поворачивают под необходимым углом, тем самым добиваясь нужного направления для основного лепестка звукового пучка. Еще существуют более тонкие способы направить звуковой луч в нужном направлении.

В случае, если сонар настроен на принятие сигнала (называется «пассивный режим»), может использоваться способ, рассмотренный на рисунке справа. Звук из исследуемого направления приходит на разные элементы апертуры через разные промежутки времени. В зависимости от требуемого направления луча высчитывается необходимая задержка для каждого элемента апертуры, вследствие чего принимается картинка из нужного направления. Этот способ прекрасно работает для принятия сигналов, в которых присутствуют волны большого диапазона частот, то есть «широкополосных» сигналов. Причины использования широкополосных сигналов будут рассмотрены в следующем параграфе.

Сигнал одной частоты, либо очень близкого диапазона частот называется узкополосным. В узкополосном сигнале нам легче увидеть его периодическую составляющую. По этой причине нет особой нужды вычислять различные промежутки времени, которые сигнал идет к разным элементам апертуры, так как по прошествии одного периода сигнала начинается точно такой же период снова, т.е. информация повторяется. Достаточно учитывать и использовать лишь сдвиг по фазе, с которым сигнал приходит, либо излучается разными элементами апертуры. Когда мы управляем направлением пучка этим способом, на элементах апертуры сигнал принимается/излучается с разной задержкой по фазе. На картинке справа вы можете наблюдать, как перенаправляется основной лепесток пучка при изменении фазы. Данный способ называется фазовым затенением и применяется как для пассивного, так и для активного режимов сонара.

Внутри сонара. Обработка сигналов

Внутри все начинается с генератора синусоидальных импульсов. Типичный генератор состоит из двух компонентов. Во-первых это усилитель, выход которого подключен к собственному входу («положительная обратная связь»), из-за чего происходят колебательные отклонения сигнала. Второй компонент — это электрический фильтр. Внутри фильтра находятся катушки индуктивности и конденсаторы, сопротивление которых зависит от частоты подаваемого сигнала. На определенных частотах сопротивление возрастает, что препятствует прохождению сигнала. С помощью разных комбинаций катушек и конденсаторов настраивается отсеивание необходимых частот на выходе генератора.

Далее находится группа фильтров, имеющих сходства с описанным только, однако чуть более сложных. Они занимаются амплитудным и фазовым затенением, формированием направления и формы пучка (это все описывалось выше). Еще некоторые их функции будут со временем рассмотрены.

Следом сигнал подается на усилитель и на антенну, где он становится звуком. Излучаемый звуковой сигнал имеет некоторую протяженность во времени и называется импульсом. Импульс движется к исследуемому объекту, отражается и возвращается назад к сонару. Сонар в это время находится в пассивном режиме и ожидает возвращения импульса, который снова переводится в электрический сигнал. Длительность импульса должна быть короче времени, которое, как предполагается, будет затрачено на движение импульса от сонара к цели и обратно, иначе на приемнике результат будет суммироваться с исходящими волнами.
Давайте еще раз обратимся к фильтрам и процессам, которые сигнал проходит после до того, как будет излучен антенной. Впрочем, после приема отраженный сигнал ждут вполне похожие процедуры.

Квадратурная модуляция

Чем выше частота звука (= меньше длина волны), тем выше разрешающая способность сонара (более мелкие элементы могут быть обнаружены). С другой стороны, высокая частота несет меньше энергии в каждом колебании, поэтому оно подвергается большему воздействию шума и отношение сигнал-к-шуму уменьшается.
Рассмотрим одно колебание в отдельности. Оно несет в себе максимум и минимум своей амплитуды. Информацию при этом передает максимум амплитуды, а минимум фактически не используется. Что будет, если дублировать исследуемый сигнал, сместить его по фазе на 90 градусов и сравнить с исходным? Максимум второго сигнала окажется на одном уровне с минимумом первого. Если передавать одновременно в одном канале эти два сигнала, их частоты останутся прежними, однако информационная насыщенность возрастет в 2 раза, так как передающий информацию максимум амплитуды будет встречаться в 2 раза чаще. Такая одновременная передача двух сигналов называется квадратурной модуляцией. Это довольно распространенный прием и он используется во множестве электронных устройств.

Сжатие импульса

Уровень мощности антенны сонара, конечно же, ограничен какими-то пределами. Однако мы заинтересованы в том, чтобы энергия сигнала была как можно более высокой, так как это уменьшает влияние шумов на сигнал, этим увеличивая разрешающую способность. Используя более длинные импульсы, можно уменьшить пиковую мощность у передаваемого импульса при сохранении того же уровня энергии. При приеме импульс сжимается в более короткий, что увеличивает пиковую мощность импульса. Пиковая мощность импульса после сжатия во много раз превышает пиковую мощность, которая была бы без сжатия. Перед отправкой импульс удлинняется в той же пропорции, в которой по прибытию будет сжат.

Линейная частотная модуляция

Пусть был послан такой сигнал, как расположен слева, а в ответ был получен сигнал, как выше отрезка Х. Как мы сможем отличить этот сигнал от аналогичного над отрезком Y? Это сделать невозможно, так как оба сигнала одинаковы, лишь смещены во времени. То есть появится некая неопределенность в интерпретации временного отрезка, которому соответствует пришедший сигнал, соответственно будет неопределенность в расстоянии до объекта.

Если же сигнал будет такой, как сейчас на рисунке справа, становится возможным отличить соответствующие ему временные отрезки. Этот прием называется линейной частотной модуляцией, когда частота увеличивается или уменьшается линейно.

Гауссова огибающая

В предыдущем параграфе рассматривались бобковые лепестки, возникающие под действием интерференции. Этими лепестками описывалось распределение давления звуковой волны в трехмерной среде. Хочется отметить, что боковым лепесткам соответствуют волны меньших амплитуд. Амплитуда вместе с тем уменьшается и от дальности распространения сигнала. До сих пор мы подразумевали, что пик каждого колебания имеет одинаковую амплитуду. Будет ли полезным менять амплитуды каждого колебания по определенному правилу? Конечно, поскольку в этом случае мы сможем дополнительно дифференцировать сигналы боковых лепестков, частоты которых уменьшены. Сравнивая, как изменяются амплитуды переданного и полученного сигналов на определенной частоте и находя несоответствия, можно отсекать сигналы с боковых лепестков.

Эффект Доплера

Если приближать и отдалять телефонную трубку, когда в ней раздается гудок, можно почувствовать плавные изменения в тональности. Это изменяется воспринимаемая частота звука. Эффект изменения частоты звука при движении называется эффектом Доплера. Эффект Доплера для электромагнитных волн существенно отличается от рассматриваемого здесь, так как для них отсутствует какая-либо среда-посредник, являющаяся третьей стороной в контакте приемника и передатчика волны. Для звука же такой средой является вода.
Если представить, что судно, к которому прикреплен сонар, находится в движении, либо двигается объект исследования, можно прийти к выводу, что частота принимаемого сигнала будет изменена в соответствии с эффектом Доплера. В этом случае линейная частотная модуляция снова является причиной неопределенности и может вводить в заблуждение: сигнал привязан к отрезкам времени изменяющейся частотой, однако эту частоту дополнительно изменяет эффект Доплера.

Диаграмма неопределенности

Как написано выше, одновременно используются две техники модуляции сигнала, чтобы сократить две неопределенности в исследуемых параметрах объекта. Первая неопределенность связана со способностью сонара различить временную задержку сигнала (расстояние до объекта), а вторая — связанная с эффектом Доплера (скорость объекта).
На диаграмме ниже показаны уровни неопределенности для немодулированного сигнала: временная задежка по горизонтальной оси и частотная — по вертикальной. Тут неопределенности возникают благодаря упоминавшимся выше причинам: боковые лепестки вызывают неопределенности, связанные с эффектом Доплера (это видно как поперечные дуги); формы одного цвета показывают неопределенности в оценке дальности, которые поясняются неоднозначностью временного отрезка, к которому можно отнести пришедший сигнал (по причине неизменности каждого его периода при неизменной частоте). Диаграмма неопределенности напрямую отражает разрешающую способность сонара.

Следующий график отображает линейно частотно модулированный сигнал. Благодаря частоте, изменяемой пропорционально времени, можно более точно определять временную задержку сигнала и дальность до цели. Эффект Доплера, меняя частоту, вносит искажения. Также искажения вносят боковые лепестки.

Следующий график отображает линейно частотно модулированный сигнал с гауссовой огибающей (амплитудная модуляция). Теперь мы можем убрать боковые лепестки частот, поскольку дополнительно сравниваем амплитуды исходящего и пришедшего сигналов, а у боковых лепестков амплитуды меньше, чем у основного.

При увеличении дальности объекта пропорционально затухает амплитуда сигнала во время его движения к объекту и обратно. Если на этот же сигнал еще влияет и эффект Доплера, то становится неясным, что на сигнал влияло больше — уменьшение амплитуды из-за дальности (сигнал будет сверяться по частотам с исходным, а по разнице амплитуд будут формирования предположения о дальности), либо эффект Доплера (сигнал будет сверяться по амплитудам с исходным, а по разнице частот будет сделан вывод о скорости объекта). Эти две пересекающихся стратегии оценки на диаграмме ярко выражены тем, что форма растягивается по диагонали.

Согласующий фильтр

Ранее много раз упоминалось, что принятый сигнал сравнивается с исходным. Это происходит в согласующем фильтре, в нем имеются копии исходных сигналов. Здесь сигнал не только делится на фрагменты и сравнивается, но и суммируется с исходным сигналом, что позволяет уменьшить количество шумов, которые испытал на себе сигнал во время движения к цели и обратно. Здесь же первично оцениваются искажения сигнала и производятся вычисления, что же было причиной искажений. Например, здесь присутствует абсорбционная модель, которая учитывает возможное рассеивание импульса во время его движения к цели и обратно. Здесь же происходит сжатие импульса.

Быстрое преобразование Фурье

Согласно преобразованию Фурье, любой сигнал (даже шум) можно представить в виде суммы синусоид разных частот и фаз (говоря более строго, можно представить в виде спектральной плотности). В синусоиде, которая является периодическим сигналом, информация повторяется много раз — из периода в период одно и то же. После преобразования Фурье эти повторения информации исчезают. Быстрое преобразование Фурье позволяет выполнять преобразование с меньшим количеством вычислений. Вычисления в согласованном фильтре происходят со сжатыми быстрым преобразованием Фурье сигналами, для чего необходимы специальные микроконтроллеры, выполняющие математические операции.

Вот порядок того, что с сигналом происходит по прибытии на антенну:

Предварительный усилитель и фильтр полосы частот, автоматическая регулировка усиления => Квадратурная демодуляция => Фильтр антиалиасинга и конвертация в цифровой вид => Переход в согласующий фильтр (компрессия импульса, описанные выше действия; компенсация движения, микро-навигация, автофокус, искусственные методы повышения разрешения) => Обработка изображения (формирование частей изображения, объединение их, программируемые обнаружение и классификация целей) => Выведение на экран монитора.

Источник