Модель эхосигнала от трубопровода, лежащего на дне

С геометрической точки зрения подводный трубопровод можно рассматривать как бесконечно длинный круговой цилиндр. Приводимые в литературе /4, 14 – 16/ акустические модели для такого вида объекта подразумевают, что нормаль к оси цилиндра совпадает с направлением на источник сферической звуковой волны. При локации трубопроводов с помощью ГБО облучение трубопровода в большинстве случаев осуществляется по направлению, которое не совпадает с перпендикуляром к оси трубопровода. Кроме того, можно считать, что вследствие очень малой ширины ХН в горизонтальной плоскости и приблизительно горизонтальном положении трубопровода, падающая звуковая волна имеет плоский фронт. Для плоской звуковой волны существуют акустические модели рассеяния звуковых волн цилиндром конечной длины /4, 15,16/, в которых не учитывается рассеяние торцами цилиндра. Если воспользоваться моделью идеальной ХН антенны в горизонтальной плоскости, подразумевающей отсутствие в режиме излучения звукового поля за пределами основного лепестка (например, на уровне минус 6 дБ) и отсутствие реакции антенны в режиме приема на звуковые колебания в этих же пределах, то часть трубопровода, ограниченную ХН, можно рассматривать как цилиндр конечной длины.

Используя зависимости, приведенные в /4/ для цилиндра конечной длины, можно записать следующее выражение для силы цели такого цилиндра

, (30)

где - радиус цилиндра (внешний радиус трубы);

- высота цилиндра (горизонтальный отрезок трубы, ограничиваемый ХН антенны);

- параметр, определяемый ракурсом цилиндра и его волновыми размерами;

- угол между направлением зондирования и нормалью к оси цилиндра.

Величина параметра определяется следующим выражением

. (31)

Для перехода от силы цели к эффективной площади рассеяния цилиндра можно воспользоваться выражением для радиуса эквивалентной сферы /1/

(32)

и площади сечения эквивалентной сферы

. (33)

После соответствующих преобразований выражение для принимает следующий вид

, (34)

где - диаметр цилиндра (внешний диаметр трубы).

Следует заметить, что член , аналогичный ХН для прямоугольного поршня, при = 0 определяется через его лимит при стремлении к нулю и равен 1. Для этого частного случая выражение для принимает следующий вид

. (35)

Также следует учитывать, что при коротких зондирующих импульсах и больших значениях угла длина участка трубы , одновременно рассеивающего звуковую энергию, может быть меньше участка трубы , ограничиваемого ХН антенны.

Величина определяется через протяженность импульсного объема в соответствии со следующим выражением

. (36)

Величина зависит от дистанции до рассеивающего участка трубы и ширины ХН в горизонтальной плоскости и может быть определена из следующего выражения

. (37)

Таким образом, при расчете эффективной площади рассеяния цилиндра необходимо рассчитать обе величины и и меньшую из них подставить вместо параметра в выражение (35).

По аналогии с выражением (20) квадрат эффективного значения акустического давления эхосигнала от трубопровода может быть рассчитан в соответствии со следующим выражением

. (38)

П р и м е ч а н и е. При расчете результирующего сигнала на выходе антенны в соответствии с выражением (6) член в выражении (38) следует исключить.