Бесплатный автореферат и диссертация по географии на тему

Разработка и исследование гибридной гидролокационной системы изучения шельфа Восточного Средиземноморья

ВАК РФ 11.00.08, Океанология

Автореферат диссертации по теме "Разработка и исследование гибридной гидролокационной системы изучения шельфа Восточного Средиземноморья"

РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ НАУК ИНСТИТУТ ОКЕАНОЛОГИИ им. П.П.ШИРШОВА

Р"о ОД

На правах рукописи

НАКША МОХАМАД МОФЛЕХ

УДК 534,681

РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ ГИБРИДНОЙ ГИДРОЛОКАЦИОНОЙ СИСТЕМЫ ИЗУЧЕНИЯ ШЕЛЬФА ВОСТОЧНОГО СРЕДИЗЕМНОМОРЬЯ.

Специальность 11.00.08 - Океанология.

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на сонсканис ученой степени кандидата технических наук

МОСКВА - 1997

Работа выполнена в Институте Океанологам им. П.П. Ширшова РАН Научные руководители: доктор технических наук, профессор

ЯСТРЕБОВ Вячеслав Семенович главный специалист отдела Руссак Юрий Семенович

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

СМИРНОВ Г.В.

кандидат технических наук ЧИРИСКОВ И.Ф.

Ведущая организация :

Инженерно-Технический Центр «Дюккер» АО «ГАЗПРОМ».

Зашита состоится_1997 года в_часов

на создании специализированного совета К.002.86.02 в Институте Океанологии им. ГШ.Ширшова РАН по адресу 117851, Москва, Нахимовский проспект, 36

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ИО РАН Автореферат разослан _1997 года

Ученый секретарь Специализированного Совета, канд.геогр.наук / С.Г.Панфилова

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ. АКТУАЛЬНОСТЬ ТЕМЫ. Исследование донного рельефа, структур и объектов шельфа Восточного Средиземноморья является важнейшей научной и практической задачей. Однородность рельефа дна этого района делает малоэффективным применение обычных гидролокаторов бокового обзора (ГБО), которые зачастую не обеспечивают уверенную локализацию и идентификацию донных целей. Для проведения эффективных и результативных исследований, требуется более совершенная гидролокационная система обследования, которая пока не разрабатывалась. Эта система должна наилучшим образом соответствовать натурным условиям шельфа Восточного Средиземноморья, обеспечивать определение дальностей, угловых положений и силы донных целей с заданной точностью, а также включать современную математическую обработку информации и обладать невысокой стоимостью.

Для выполнения этих требований было предложено совместное использование обычного, интерференционного и фазового гидролокатора бокового обзора (ГБО), в составе единого комплекса с современной математической обработкой информации, представляющего качественно новую гидролокационную систему, альтернативную многолучевым ГБО (МГБО).

ЦЕЛЬ РАБОТЫ. Разработка и исследование принципов построения гибридной гидролокационной системы для исследований дна шельфовой зоны Восточного Средиземноморья и других районов с аналогичными свойствами дна. ЗАДАЧИ РАБОТЫ. Основными задачами работы являются:

1. Анализ существующих гидролокационных средств исследования дна, их достоинств и недостатков.

2. Разработка принципов и структуры гибридной гидролокационной системы, альтернативной многолучевому эхолоту и объединяющей в единый комплекс обычный, интерференционный, фазовый ГБО и спутниковую навигационную систему с использованием комплексной математической обработки информации; определение ее основных характеристик; разработка конструкции, механических узлов и схемотехники.

3. Разработка принципов и структуры обработки данных системы и блока обработки данных с математическим обеспечением.

4. Экспериментальное исследование и подтверждение заложенных в систему принципов.

НАУЧНАЯ НОВИЗНА. Исследованы и разработаны принципы создания гидролокационной системы для изучения шельфа Восточного Средиземноморья, объединяющей в единый гидролокационный комплекс обычный, интерференционный, фазовый ГБО и спутниковую навигационную систему. Создана комплексная, не имеющая аналогов гидролокационная система. Разработаны принципы создания и реализации блоков системы. Разработан пакет программ математической обработки информации системы. Исследованы и разработаны принципы согласования аналоговой части каналов ГБО с цифровой системой обработки комплекса. Разработаны схемотехнические решения блоков системы на базе современной электронной техники.

РЕАЛИЗАЦИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ РАБОТЫ. В Институте океанологии им. П.П.Ширшова РАН при участии автора был исследован, разработан, изготовлен, оснащен программным математическим обеспечением и использован в экспериментальных исследованиях действующий макет щдролокационной системы. Разработанный комплекс аппаратуры прошел успешную опытную эксплуатацию, а полученные с его помощью данные представляют большой практический и научный интерес. Полученные результаты показали высокую эффективность применения разработанной системы и методик ее использования, а также математического обеспечения обработки данных.

АППРОБАЦИЯ РАБОТЫ. Основные результаты работы докладывались и обсуждались на: 4-ой конференции «Автоматика-97» (Украина, гЛеркассы, 1997), Семинаре Отделения БПЧСК Секции Геополитики и Безопасности РАЕН (Москва, 1997), Конференции ИОРАН (Москва, 1997), расширенном семинаре отдела техники глубоководных исследований ИОРАН (Москва, 1996).

ПУБЛИКАЦИИ. По теме диссертационной работы опубликовано 5 научных печатных работ.

СТРУКТУРА И ОБЪЕМ ДИССЕРТАЦИИ. Диссертационная работа изложена на 120 страницах машинописного текста, включает таблицы, рисунки, приложения и состоит из введения, четырех глав, заключения и списка литературы.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ.

ВВЕДЕНИЕ. Исследование шельфовой зоны Восточного Средиземноморья является важной научной и практической задачей. Всесторонние обследования обширных областей этой

зоны, в частности шельфа Восточного Средиземноморья, до сих пор не проводились. Предварительные исследования проводились в 1985г и 1992г Институтом океанологии РАН. в процессе которых исследовались некоторые прибрежные участки в районе между о. Кипр и Сирийским побережьем. Бесспорно, что шельфовая зона Восточного Средиземноморья требует всестороннего изучения, в том числе и наиболее эффективными для морских исследований пщролакаииоиными методами. Поэтому руководство сирийского Научно-технического центра (ББИС) приняло решение о начале таких исследований и разработало план первоочередных исследовательских и конструкторских работ при участии Института океанологии РАН.

Первым шагом в осуществлении этой цели стало исследование и разработка принципов построения шдролокащюнной системы исследования морского дна. Основными задачами, решаемыми этой системой, были определены следующие:

1. построение батиметрических карт шельфа Восточного Средиземноморья и аналогичных районов;

2. визуализация дна указанного района;

3. поиск и идентификация затонувших объектов в шельфовой зоне;

4. осмотр и определение местонахождения подводных сооружений (подводные трубопроводы, кабели связи, и т.д.).

В ПЕРВОЙ ГЛАВЕ анализируются принципы построения: и свойства гидроакустических и традиционных средства исследования дна, их достоинства и недостатки.

Средства исследования дна водоемов весьма разнообразны и существенно различаются по своим характеристикам максимальной рабочей глубине, дальности действия, производительности, надежности и достоверности полученных результатов, эффективности, возможности пост-обработки и сохранения данных и т.п. Современные средства изучения и исследования дна водоемов с этих позиций можно разделить на традиционные и гидролокационные. К пщролокационным средствам относятся: эхолоты; ГБО (простые, интерференционные и фазовые); многолучевые эхолоты; профилографы, К традиционным - водолазные средства; фото и телевизионные средства; телеуправляемые аппараты, Охарактеризуем основные гндролокационшле средства:

Простые ГБО' системы. ГБО состоит из антенны, обычно имеющей диаграмму направленности около 1° в горизонтальной

плоскости - и 70° в вертикальной, и приемо-передающего тракта. ГБО излучают акустическую энергию частотой от бкГи до 900кГц с периодом, зависящем от полосы обзора (0.01с-10с). ГБО можно разделить на три класса, в зависимости от рабочих частот:

1. Низкочастотные (дальнего действия, обзорные): рабочая частота б-35кГц, полоса обзора 1-50км, (ГБО с большой дальностью действия для акустического картирования дна).

2. Среднечастотные (геологические): 35-150кГц, 200- 1500м, ( для геологических исследований континентального шельфа);

3. Высокочастотные (ближнего действия, поисковые): 100-900кГц, 25-250м (для поисковых и спасательных операций);

Точность определения дальности ГБО составляет порядка процента от ее значения. К недостаткам обычных ГБО следует отнести невозможность построения батиметрических карт.

Интерферометрпческие ГБО (ИГБО). Для повышения информативности и эффективности ГБО весьма перспективно его дополнительное использование в режиме интерферометра, позволяющего построить батиметрические карты, что позволяет повысить его результативность в морских исследованиях. Этот резким может быть получен за счет эффекта зеркала Ллойда - формирования мнимой приемо-излучающая антенны вследствие отражения от гладкой поверхности воды, работающей в противофазе с реальной антенной и образующей вместе с ней акустический интерферометр, или использования дополнительной антенны. Расстояние между антеннами составляет порядка десятков длин звуковых волн для получения многолепестковой ХН. В режиме интерферометра на записях ГБО (сонограммах) появляются светлые и темные полосы, соответствующие конструктивной и деструктивной интерференции сигналов антенн и отвечающие определенным дискретным углям прихода рассеянных дном сигналов. При определенных условиях, а именно достаточно однородном дне (характерном для Восточного Средиземноморья шельфа), ИГБО позволяет определять утлы прихода эхо-сигналов и на основные их строить батиметрические карты. Кроме того, эти полосы, как показали многочисленные эксперименты, весьма чувствительны к неровностям и неоднородностям дна, а также донным объектам, и во многих случаях облегчают их идентификацию.

При определенных условиях, а именно достаточно однородном дне (характерном для Восточного Средиземноморья

Схема станции 24-го рейса пне,. Витязь

О-АБС »-станции

Рис. 1 Шельф Восточного Средиземноморья

Поиск и идентификация затонувших объектов, а также определение местонахождения подводных сооружений, осуществляемые системой, требует разрешения по дальности порядка 0.1 метра. Исходя из этого, рабочая частота системы была определена равной 80кГц, а длина звуковой волны - 1.875см. Система имеет две полосы обзора - правого и левого борта, сигналы которых не должны перемешиваться, так что их рабочие частоты должны различаться для обеспечения расфильтровки. Исходя из этих требований, рабочие частоты выбраны 80кГц и 90кГц (/.= 1.67см). Поэтому в качестве приемо-излучающих антенн были выбраны 85кГц широкополосные антенны длиной 75см и шириной 5см с ХН 45х 1°.

Угловое разрешение при построении батиметрических карт задавалось порядка 0.1рад., что при глубинах в сотни метров обеспечивает распознавание донных структур порядка десятков метров. При этом число лучей ИГБО составляет около полутора десятков, поэтому для удобства обработки число лучей выбираем 16. Число лучей может быть уменьшено вдвое до 8 за счет уменьшения расстояния между антеннами вдвое. Расстояние между антеннами определялось, исходя из числа лучей и составляло 32 сантиметра в основном режиме и 16 сантиметров в дополнительном. Дальность действия системы определялась из условия обеспечения наблюдения самого пологого луча и составляла около 1км.

На основе определенных принципов, структуры и основных характеристик системы были разработаны блок-схема и принципиальные электрические схемы многолучевой гидролокационной системы, называемой далее МГС-80. Многолучевая пщролокационная система МГС-80 предназначена для гидролокационной съемки поверхности морского дна на глубинах до 200 метров в полосе шириной до 400м, расположенной слева или справа по курсу судна обеспечения, в режиме гидролокатора бокового обзора, интерферометра бокового обзора (ИГБО) и фазового (ФГБО), что при их комплексном использовании в составе единой системы и соответствующей математической обработке позволяет получать акустические изображения поверхности дна и строить батиметрические карты обследуемых районов. Функциональная схема электронной части системы МГС-80 представлена на рис. 2 и включает погружаемую, судовую части и вычислительный комплекс.

Погружиая часть состоит из трех параллельных антенн В1,В2 и Н, расположенных горизонтально в вертикальной плоскости, причем антенны В1 и В2 выполнены в одном корпусе и разнесены на расстояние около 2см, а антенна H удалена от них на расстояние около 30см или 15см. Кроме того, погружная часть включает блок приемников, состоящий из 3 предварительных малошумящих усилителей БП и электронного коммутатора КМ режимов приема и излучения антенны Н. Выход погружной части с помощью герметичного многожильного кабеля соединяется с бортом судна.

Судовая часть состоит из 3 судовых приемников СП, формирователя зондирующих импульсов ФЗИ, усилителя мощности УМ, сумматора/перемножителя СП, 2 амплитудных детекторов АД и 2 фильтров низких частот ФНЧ. Выход судовой части с помощью многожильного кабеля соединяется с вычислительным комплексом.

Вычислительный комплекс реализован на базе персональной ЭВМ типа Pentium-166 с блоком обработки информации Растр-М. Он осуществляет упраатение системой, генерацию синхроимпульсов, ввод информации от судовой части и спутниковой навигационной системы, и ее предварительную обработку.

Погружная часть

ТГ

Антенна -В1

Л

Антенна -В2

Антенна-Н1

Блок приемников

-У-

Км

>

БПр-В

БПф

(^Пр-Е

Многожи -льний кабель

ль ; ; /

Лр-

Судовая часть

Электронный блок в

>

УМ

V

СПр-В

СЛч>

—г ^

СПр-Н

ФЗИ

ГСМ

ФНЧ

ЭВМ

Рси.2 Функциональная схема электронной части системы МГС-80

Работа системы происходит следующим образом. При включения МГС-80 Растр-М подает синхроимпульсы на формирователь зондирующих импульсов ФЗИ судовой части. Сформированные зондирующие импульсы усиливаются в усилители мощности УМ и по соединительному кабелю поступают в погружную часть на коммутатор прием-передача. С выхода КМ зондирующие импульсы поступают на излучающую антенну Н, излучаются ею в направлении на неод-нородностях дна в виде звуковой посылки , достигают его и рассеиваются в обратном направлении и возвращаются обратно к антеннам, где преобразуются в электрические сигналы. Сигналы трех антенн В1, В2 и Н предварительно усиливаются малошумящими усилителями и по многожильному кабелю подаются в судовую часть. В судовой части они дополнительно усиливаются тремя судовыми приемниками и поступают на интерфейс блока обработки информации Растр-М. В блоке Растр-М осуществляется автоматическая обработка информации антенн В1,В2 и Н - определяются дальности и силы донных цели!, фазовый сдвиг между сигналами антенн В1 иВ2 и угол прихода эхосигнала, формируется акустическое изображение и интерференционная картина. Отметим, что в системе предусмотрена возможность аналогового формирования интерференционной картины с помощью сумматора/перемножителя СП, амплитудных детекторов АД и низкочастотных фильтров ФНЧ. Блок Растр-М под управление программного обеспечения ЭВМ отображает данные на экране монитора в виде интерактивного окна, отображающего акустическую и интерференционную картины дна и числовые параметры донных целей - дальности, угла прихода и силы цели в специальных окнах, а также форму принимаемых сигналов и т.п.

Конструкция механической части. Эта часть обеспечивает погружение ИГБО, она состоит из носителя, двух антенн приемо-передающего тракта, блока приемников, прочного корпуса и элементов коммутации. Между вертикальными пластинами устанавливаются две антенны приемопередающего тракта, причем угол наклона каждой антенны можно регулировать в диапазоне от 0° до 90° при помощи поворотного устройства. Прочный корпус, внутри которого находится блок приемников, крепится к задней пластине при помощи болтов. Антенны соединяются с прочным корпусом при помощи кабелей с герметичными разъемами.

Основные технические характеристики системы приведены в таблице 1.

Таблица! Основные характеристики МГС-80.

ХАРАКТЕРИСТИКА ЗНАЧЕНИЕ

рабочая частота 80 и 90 кГц

разрешение 0.1м

диапазон глубин До 200м в районе работ

наклонная дальность До 1000м на один борт

количество лучей 16 или 8

длительность зондирующей посылки 0.1-10 мс

количество каналов в приемном тракте 2

электрическая мощность ЗП в импульсе 0,5 кВт

коэффициент усиления каждого канала 80 дБ

уровень электрических шумов в канале 1 мкВ

ширина полосы пропускания 5 Кгц

расстояние между антеннами ИГБО 8-16?.

расстояние между антеннами ФГБО 0.7Х

Б ТРЕТЬЕЙ ГЛАВЕ рассматриваются принципы и структура обработки информации в системе МГС-80; структура, устройство и программное обеспечение блока обработки информации Растр-М; а также задачи и методы постобработки данных.

Основные принципы обработки информации в системе МГС-80 включают:

1. Одновременное получение информации об участке дна или донном объекте по нескольким (трем) независимым гидролокационным каналам;

2. Использование данных одного канала для уточнения данных другого канала;

3. Комплексное использование информации всех каналов при идентификации донных структур и объектов;

4.Совмещение аналоговых и цифровых методов обработки сигналов;

-155. Непрерывное навигационное обеспечение пщролокацион-ных измерений данными спутниковой системы; 6.Использование современного программного обеспечения для обработки данных.

Система МГС-80 содержит три независимых одновременно работающих гидролокационных канала - обычного, интерференционного и фазового ГБО. Канал А обычного ГБО, включающий антенну В и приемный тракт, выделяющий огибающую эхосигнала, дает данные о дальности и cime цели. Канал В фазового ГБО, включающий антенны Bl, В2, двух-канальный приемный фазовый тракт, выделяющий фазовый сдвиг, дает оценку утла прихода эхосигнала. Канал С интерференционного ГБО, включающий антенны H и В1, двухка-нальный приемный тракт, перемножитель и фильтр нижних частот, формирующий многолучевую ХН, позволяет уточнить угол прихода эхосигнала по дискретным углам фиксируемых интерференционных полос. Синтез информации каналов фазового и интерференционного ГБО позволяет на порядок улучшить оценку угла прихода эхосигнала. Кроме того, данные интерференционного канала позволяют идентифицировать донные структуры и объекты по искривлениям, изломам, расширениям и исчезновениям интерференционных полос. Данные каналов интегрируются в обрабатывающей блоке, включающем плату РАСТР-М, ПЭВМ и программное обеспечение. Все гидролокационные измерения непрерывно обеспечиваются данными спутниковой навигации для отображения информации в географических координатах.

Структура обработки информации в системе МГС-80, приведена на рис. 3. Обработка информации осуществляется одновременно по 3 каналам и включает 5 основных этапов:

1. получение исходных данных;

2. предварительная обработка данных;

3. преобразование данных;

4. определение основных параметров;

5. комплексное представление информации.

На первом этапе происходит получение первичной информации об акустическом давлении на приемных антеннах. Она поступает с пьезокерамических преобразователей антенн в виде электрических сигналов, пропорциональных давлению. Затем эти сигналы поступают на предусилшели, где обработка осуществляется в аналоговом виде.

На втором этапе осуществляется предварительная обработка сигналов - они усиливаются, фильтруются и подвергаются операциям ВАРУ и АРУ. Обработка сигналов на этом этапе может осуществляется как в аналоговом, так и в цифровом виде. Коэффициенты усиления, полосы фильтрации, закон изменения ВАРУ и параметры АРУ формируются в цифровом виде блоком Растр-М и поступают на соответствующие цифро-аналоговые устройства.

На третьем этапе происходит преобразование сигналов. В канале обычного ГБО формируется огибающая сигнала. В канале фазового ГБО определяется разность фаз сигналов антенн В1 и В2 для определения угла прихода эхо-сигнала. В канале интерференционного ГБО формируется многолучевая ХН посредством перемножения сигналов антенн В2 и Н и последующей низкочастотной фильтрации. Эти преобразования могут осуществляться как в аналоговой, так и в цифровой форме. Цифровое преобразование основано на определение и преобразовании квадратурных составляющих, что обеспечивается современным уровнем развития вычислительной техники (рис.3).

На четвертом этапе происходит определение основных параметров цели - дальности, относительной силы, угла прихода, а также формируется интерференционная картина. Этот этап предполагает полностью цифровую обработку. Определение этих параметров происходит в соответствии с известными алгоритмами в блоке обработки информации ИАБХИ-М,

На пятом, заключительном этапе осуществляется комплексное представление на экране монитора всей обработанной информации в виде акустического изображения дна с возможностью наложения интерференционной картины. При этом на экране монитора отображаются силы донных целей по яркоетной шкале в координатах дальность-смещение судна (по горизонтали и вертикали соответственно) с отображением значения дальности и угла прихода для каждого элемента изображения при совмещении с ним курсора. Кроме того, имеется возможность отображения интерференционной картины в тех же координатах, как независимо, так и в виде наложения на акустическое изображение в виде интерференционных полос выбранного цвета. Управление платами и блоками системы на всех этапах обработки осуществляется автоматически ЭВМ и блоком КА5Т11-М и может программно изменяться и корректироваться.

ПРЕДВАРИТЕЛЬНАЯ ОБРАБОТКА ДАННЫХ

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОСНОВНЫХ ПАРАМЕТРОВ

КОМПЛЕКСНОЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЕ ИНФОРМАЦИИ

[СХОДНЫЕ ДАННЫЕ

Антенна В1

Антенна В2

Усиление, ВАРУ, АРУ

ПРЕОБРАЗОВАНИЕ ДАННЫХ

Выделение огибающей

Дальность и Сила Цели

Усиле-

ние,

ВАРУ,

АРУ >

Плата

мэта-м

Управление комплексная обработка и отображение данных

Управление

Рис. 3 Структура обработки информации в системе МГС-80.

В ЧЕТВЕРТОЙ ГЛАВЕ приводятся результаты испытаний системы и исследований заложенных в нее принципов. Эти испытания и исследования проводились в два этапа - сначала исследовались основной и часть интерференционного канала прототипа системы, а затем испытывались остальные, за исключением фазового, находящегося в стадии разработки.

На первом этапе исследовании!! интерференционный режим ГБО достигался за счет эффекта зеркала Ллойда, когда условие наблюдения интерференционных максимумов, имеет вид: ё-ътд) = (п + 0.5)-Л, (1а)

а минимумов: с1 ■ бш у/ = п • X, (1Ь)

где й / 2 - заглубление антенны ГБО, Л - длина волны зондирующего импульса длительностью г, » = 0,1,2,...- номер максимума или минимума (смежные экстремумы имеют равные номера), а (р,у/ - углы скольжения направления на экстремумы. Для интерферометра с двумя вертикальными антеннами с разнесением с1 формулы (1а-Ь) меняются местами, а формирование интерференционной картины осуществляется перемножением сигналов антенн и отфильтровкой несущей для повышения контрастности полос. Интерференционная картина возникает лишь при когерентности сигналов на реальной и мнимой антеннах, достигаемой при времени корреляции рассеянного сигнала, которое сравнимо с длительностью посылки, много большим временной задержки сигналов антенн:

г»$■ (рIс или $т<р«с-г/с1, (2)

где с - скорость звука в воде, в частности, при скользящих углах для коротких посылок. Из формул (1а-Ь) следует, что угловая ширина полосы приближенно равна 8<р « Л/(с1со&<р), а для малых углов скольжения (<р <15°) составляет около 8<р ~ X/с} и полосы

образуют своеобразные координатные линии, причем каждой последующей полосе дальности X соответствует увеличение глубины на 8И « 8<р • Ь « Я • ЬI с!. Горизонтальному лучу (р = 0, соответствует нулевой интерференционный минимум или темная полоса, за которой по оси дальностей интерференционная картина отсутствует. При нарушающих (2) углах скольжения, соответствующих небольшим дальностям

дальностям, интерференционная карпгаа также пропадает из-за исчезновения когерентности. Кроме того, ширина дающего одновременный отклик участка дна, как известно, равна Д ä с • т 1(2 COS (р), а для мшшх углов скольжения - А~ с - т 12.

При наличии локального донного объекта - подводной возвышенности или выемки, а также трубопровода или затопленного судна интерференционные полосы смещаются по оси дальностей в месте расположения объекта относительно полос невозмущенного дна. Смешение интерференционной полосы, как легко показать, приближенно равно:

h

-5 (3)

sin -(1+ {ga/tgtp) где h - высота над дном рассеивающей под утлом <р точки объекта; сс - локальный угол продольного наклона дна в месте расположения объекта. При малых \тлах скольжения смещение Е, ~ h/(ff> + а) особенно существенно, причем угол скольжения луча к плоскости дна равен (р +а « // « X-Ll(d • /), где /- разность дальностей соседних полос, так что:

? Л. • Z/ у.

h «--(4)

d-l

Экспериментальные исследования принципов

функционирования ИГБО проводились в натурных условиях внутренних водоемов, причем формирование интерферометра осуществлялось за счет эффекта зеркала Ллойда. Рабочая частота ГБО составляла около / « 240 кГц,

длина звуковой волны - X—c/f^ 0.625 см, заглубление антенны - dl 2 « 0.9 м, а длительность зондирующей посылки - г«0.3 мс, что соответствовало А«27.5 см (<р < 15°) и вдвое превышало размер слагающей дно водоема гальки. Условие возникновения интерференции (2) в этом случае принимает вид ^»«15°, так что интерференция наблюдалась при малых углах скольжения, угловая ширина полосы составляла Sq> ~ 0.2° (0.0035 рад). В экспериментах обследовалась прибрежная зона водоема до кромки воды шириной около 50м и глубиной от 5-6м до нуля

при движении научно-исследовательского судна вдоль берега и зондировании в его направлении.

Результаты натурных Исследований представлены на рис.4-7 в виде сонограмм, яркостно отображающих силу цели по осям дальностей и движения судна (вертикальная и горизонтальная оси). На рис.4 приведена сонограмма в обычном режиме ГБО, представляющая собой весьма слабоконтрасную и малоинформативную картину достаточно однородного дна. На рис.5-7 представлены со-нограммы в режиме интерферометра с хорошо заметными светлыми и темными интерференционными полосами.

На рис.5 интерференционные полосы имеют вид почти параллельных полос, что свидетельствует о практически однородном дне в этом месте прибрежной зоны. При характерных значениях /,~50-ь25м и 4.7 +1.6 м каждой последующей полосе соответствует увеличение глубины ~ 17 н- 8.5см и угол скольжения к плоскости дна <р + а . Интерференционная картина про-

слеживается вплоть до углов скольжения <р —10°, однако видимость и контрастность полос уменьшается с увеличением <р.

На рис.6 приведена сонограмма в районе прибрежной отмели, которая превосходно оконтуривается изгибающимися интерференционными полосами, вдоль которых угол скольжения постоянен. Здесь отчетливо видна темная зона дальностей больших расстояния до берега и идентифицируется нулевая светлая полоса, так что можно определить номера полос п и рассчитать абсолютные значения глубины

1гп к п • (37? отмели с известными дальностями .

На рис.7 приведена сонограмма в районе донной возвышенности, прекрасно выявляемая и оконтуриваемая интерференционными полосами. Овальная темная область, охватываемая полосами, представляет собой зону акустической тени за возвышенностью. Примерная высота возвышенности над дном оценивается формулой Л » с, < (<р + а), подставляя в которую смещение полос с Л 10 м и угол скольжения к плоскости дна (р + а& 0.05 рад., получаем Ь = 0.5 м.

На втором этапе проводились технические испытания прототипа разрабатываемой системы МГС-80 и были получены удовлетворительные результаты, подтвердившие ее работоспособность.

Таким образом, гидролокационное изучение мелководья с помощью ГБО в дополнительном режиме интерферометра позволяет существенно повысить репрезентативность и информативность исследований. В режиме интерферометра появляется возможность оценки батиметрии мелководья, а также более надежных выявления и идентификации донных объектов, в том числе подводных отмелей, донных возвышенностей и впадин, затопленных судов и подводных трубопроводов. Отметим также, что на основе описанных модификаций ГБО могут быть созданы высокоэффективные и высокочувствительные средства экспресс оценки гидролокационной обстановки внутренних водоемов, необходимые для дальнейшего экономического освоения и использования богатств водных ресурсов.

Рнс. 6. Соно грамма прибрежной отмели в интерференционном режиме.

О*«-« |1Ь« д.« „ - > "е

■"-И

; ■ (^ л-'. ;г

ЙЙГ*|||»*»>а О" С ^ и| 2 :! -- - '

1» и . ). к. Ь ■■

I ? Л "С '

к,»Иг г.:

4е * '

« » « Ч

41

»

• Й

ЛИ»! ! I

N1

ч

Н

гч

» Р1

»ГэдММ'И^'Л:''

мглЧГ« ¡I1* 6 11

б' >»'.

Г 1

и

» 1«

Рис. 7. Сонограмма подводной возвышенности в интерференционном режиме.

В ЗАКЛЮЧЕНИИ приводятся основные результаты и выводы работы:

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ.

В процессе работы получены следующие результаты:

1. Проведен обзор современных гидролокационных средств исследования морского дна и проанализированы их достоинства и недостатки.

2. Разработаны принципы создания гидролокационного комплекса, объединяющего в единую систему обычный, интерференционны! и фазовый ГБО, а также спутниковую навигационную систему Разработаны схемотехнические и механические решения задачг реализации разрабатываемого комплекса. Изготовлен действующи! макет прототипа системы и проведены его технические испытания

3. Разработаны принципы обработки данных, определена структур;: блока обработки информации и блока обработки данных, а также разработано математическое обеспечение. Определены пути модернизации блока комплексной обработки информации RASTR-M Составлены компьютерные программы управления и обработы информации разрабатываемой системы.

4. Проведены исследования заложенных в систему принципов ] натурных условиях и получены положительные результаты. Раз работаны методики исследования дна с помощью разработан ной системы.

По теме диссертации опубликованы следующие работы.

1. М.М. Накша, X. Дарвиш, М.С. Клюев, В.А. Сычев, Интерфе ренционные методы в пщролокацнонных исследованиях дна внут ренних водоемов. Океанология (в печати) .

2. Накша М. М. , Руссак Ю. С. , Сычев В. А. Особенности обра ботки информации в интерферометрах бокового обзора (ИГБО) Сборник трудов 4-ой конференции «Автоматика-97», Украина Черкассы, 1997.

3. М.М. Накша, М.С.Клюев, М.Ж.Абдольсалам. Исследовани Конференция ? Москва, ИОРАН, 1997 (в печати).

4. Накша М.М. Использование дна водоемов с помощью акустиче ского интерферометра, гидроакустической аппаратуры для обеспе чения безопасности эксплуатации подводных сооружения. Труд! Семинара Отделения БПЧСК Секции Геополитики и Безопасно ста РАЕН, Москва, 1997, с.13-14.

5.Yu.V.Gulayev, V.I.Grigorievski, M.T.Nisafi, М.М. Naksheh, Angula Dependence of the Second Order Reflection Coefficient of SAW fror Corrugated Surface. JASA (в печати).