Подводные системы звуковидения и акустическая голография

В последнее время проводится значительная работа по (Созданию и совершенствованию систем подводного видения с очень высокой разрешающей способностью, сравнимой по этому параметру с оптической аппаратурой, - систем звуковидения, которые могут оказаться полезными в рыбохозяйственных исследованиях в случаях низкой прозрачности водной среды. При этом зона обзора и имеющиеся в ней объекты облучаются источником направленных акустических волн. Отраженная волна фокусируется акустической линзой (примерно так же, как создается световое изображение с помощью оптических линз), и в плоскости изображения создается картина распределения интенсивности акустической энергии в зависимости от отражательной способности отдельных элементов наблюдаемого объекта.

Для преобразования ультразвукового изображения в видимое в плоскость УЗ-изображения помещают матрицу гидроакустических приемников. На выходе каждого из них создается сигнал, соответствующий интенсивности акустической волны от одного элемента разрешения. Проводя поочередной съем сигналов с каждого элемента матрицы и подавая их после усиления на индикатор телевизионного типа, можно воссоздать визуальное изображение объектов в озвучиваемой зоне. Высокая разрешающая способность может быть получена только при использовании очень высоких рабочих частот (не менее сотен килогерц).

Большое внимание уделяется в настоящее время акустической голографии. Акустические системы подводного видения имеют ряд преимуществ перед системами прямого оптического видения и гидролокационными системами обычного типа при наблюдениях в водной среде. Оптическое видение ограничивается сравнительно небольшими дальностями, особенно в мутной воде, а гидролокационные системы не обеспечивают детальной информации о цели. Акустическая голография позволяет создать систему видения, на которую мало влияет турбулентность и мутность воды и которая может воспроизводить изображения подводных объектов в сравнительно большом угле поля зрения при большей дальности видения по сравнению с оптическими системами.

Получение изображения в акустической голографии существенно отличается от его получения в системах с акустическими линзами. Оба способа предполагают обработку принятого сигнала, однако методы обработки информации различаются. Линзовые изображения имеют недостатки, обусловленные аберрациями линзы (вызывающими искажения), трудностью перемещения тяжелых, больших акустических линз при фокусировании разноудаленных объектов (требуется сложное, громоздкое устройство) и ограниченной глубиной поля зрения.

Основным достоинством линзовых систем звуковидения по сравнению с голографическими является возможность прямого получения изображения объекта при минимальной обработке сигнала, т. е. снимаемый с экрана матрицы электрический сигнал практически без всякой обработки (если не считать обычного условия) подается на телевизионный индикатор. При голографическом способе получения изображения нет необходимости применять линзу. Благодаря этому исключаются искажения, свойственные линзе, и трудности, связанные с ее перемещением. Основным недостатком голографического способа получения информации является потребность в аппаратуре для обработки данных и оптического восстановления изображения. Объекты можно визуализировать в реальном масштабе времени в обеих системах. Поскольку оптическим элементам, применяемым для восстановления изображения в голографической системе, присущи меньшие искажения, чем акустическим линзам, она должна обеспечивать получение лучших результатов.

Другое различие между этими двумя типами систем звуковидения состоит в количестве информации, извлекаемой из принятых сигналов. Единственная информация, которую можно получить в линзовой системе от каждого преобразователя, - это амплитуда акустического давления (при создании изображения используется только амплитуда волны, поэтому можно получать только плоские изображения). В голографической системе для построения изображения используется как амплитуда, так и фаза волны от каждого преобразователя матрицы, благодаря чему в принципе может быть воссоздана световая волна, подобная акустической, отраженной от объекта и, следовательно, трехмерное (стерео-) изображение объекта.

Акустические голографические системы подводного видения находятся в стадии разработки [2, 6].