Источники погрешностей гидроакустических доплеровских лагов

Флюктуационная погрешность доплеровского лага Флюктуационная погрешность доплеровского акустического лага является основной методической погрешностью измерения скорости доплеровским методом. Более подробно эта сложная картина выгладит следующим образом. Отражающая поверхность морского грунта содержит большое количество случайно распределенных элементарных отражателей. Отраженные от них сигналы имеют случайные начальные фазы, а амплитуда каждого элементарного сигнала вследствие движения судна, а также его качки беспрерывно меняется, так как изменяется положение отражателя отно­сительно оси диаграммы направленности антенны. Изменяются и углы, под которыми отраженные сигналы приходят к приемной антенне. Сово­купность всех этих факторов приводит к различным величинам доплеровского сдвига частот отдельных элементарных сигналов. В результате принятый антенной сигнал представляет собой сумму большого числа независимых сигналов, имеющих случайную фазу и различный доплеровский сдвиг частот, т. е. определяется не одной принятой частотой, а непрерывным спектром частот, так называемым доплеровским спектром.

Экспериментальные исследования рассеянных дном сигналов подтверждают их шумоподобный характер с плотностью распределения вероятности мгновенных значений, близкой к нормальному закону

Центральная часть этого спектра соответствует доплеровскому сдвигу частоты. Ширину доплеровского спектра частот приближенно можно найти как разность доплеровских сдвигов частот для направлений, ограничивающих антенный луч.

где — ширина доплеровского спектра сигнала (на уровне половин­ной мощности); — раствор характеристики направленности или ширина диаграммы направленности (на уровне 0,7 мощности сигнала).

Получим приближенное выражение для ширины доплеровского спект­ра частот

Следовательно, задача измерения скорости судна с помощью до­плеровского лага сводится к измерению средней частоты доплеровского спектра. Этот полезный сигнал на фоне близкой по статистическим свойствам шумовой помехи выделяет приемник по признаку возраста­ния плотности мощности в полосе частот, занимаемых сигналом. Оче­видно, что при любом отношении сигнал/шум будет иметь место по­грешность в измерении скорости судна.

Эффективный способ снижения флюктуационных погрешностей — их сглаживание путем временного усреднения результатов измере­ний за некоторое время Т₀.

Если обозначить символом N число статистически независимых измерений за некоторое время T_Q, то, как известно, при усреднении

результатов измерения за время Т₀ среднеквадратичная погрешность уменьшается в раз. Следовательно, в рассматриваемом случае сте­пень уменьшения погрешности будет определяться формулой

Где — значение погрешности, усредненной на интервале времени T_Q. — мгновенное значение погрешности.