Донные профилографы
Донный параметрический профилограф (ППФ) позволяет проводить работы по стратификации дна; поиску, обнаружению или исследованию различных объектов, расположенных в толще воды, на поверхности дна а также в толще осадков.
Использование в качестве источника акустических сигналов параметрических антенн, а также благодаря высоконаправленному широкополосному излучению низкочастотных сигналов удается получать очень высокое разрешение для такого диапазона частоты при хорошем проникновении. Еще одним преимуществом построенных таким образом параметрических профилографов является то, что, за счет постоянства характеристики направленности в широком диапазоне частот, они озвучивают один и тот же участок в пределах узкого луча разностного низкочастотного сигнала на всех частотах, обеспечивая достоверность измеряемых параметров.
Комплекс предназначен для профилирования морского дна при глубинах от 10 м до 50 м и мощности слоя грунта до 20 м с разрешением до 20 см. Профилирование проводится с помощью комплекса, размещаемого на борту движущегося носителя (судна, катера, лодки и т.д.). Комплекс используется на любых реках, озерах и шельфе морей, океанов. Возможно использование комплекса и на больших глубинах (в зависимости от типа грунта).
Комплекс работает под управлением программного обеспечения (далее ПО), установленного на компьютер комплекса. По мере движения судна проводится зондирование толщи воды и дна, прием эхо сигналов и их запись на накопитель (архивирование). Одновременно, в реальном времени на экране компьютера Оператор может наблюдать получаемое акустическое изображение (АИ) — сонограмму. Синхронно с зондированием пространства идет измерение и запись данных о положении и координации судна. Наличие этой информации совместно со специально подготовленным планом похода позволяет Оператору оперативно оценить достаточность объема полученной информации, и при необходимости провести повторные или дополнительные галсы. Это может экономить время и средства по сравнению с необходимостью возврата в район съемки уже после обработки полученных данных. Получение АИ, первичная обработка информации и ее архивирование для дальнейшего использования осуществляется в процессе съемки. Перед съемкой рекомендуется провести подготовительные работы и мероприятия, обеспечивающие ее качественное выполнение. После завершения съемки может осуществляться вторичная (камеральная) обработка полученных в процессе съемки данных и создание различных отчетов.
С помощью комплекса можно выполнять разнообразные задачи:
— Поиск различных затонувших объектов на поверхности дна, в толще донных осадков (заиленные объекты). Высокое разрешение и широкая полоса обзора позволяют осуществлять поиск подводных объектов, существенно сокращая время и материальные затраты. Особенно эффективно использование комплекса в мутной воде, где оптические средства не дают результата. Мобильность комплекса позволяет приступить к работам в кратчайшие сроки, что особенно важно при проведении аварийных спасательных операций.
— Инженерный и экологический мониторинг. Высокое качество получаемого АИ позволяет эффективно использовать комплекс при подготовке строительства и обследовании подводных частей различных сооружений (включая трубопроводы), как на этапе строительства, так и в процессе эксплуатации.
— Подготовка и строительство гидротехнических сооружений, инспектирование и контроль текущего состояния. С помощью комплекса решаются задачи подготовки строительства портовых сооружений, нефтяных вышек, трубопроводов разного назначения, линий связи, и т.д., а также задач, возникающих в процессе их эксплуатации. При строительстве и эксплуатации подводных сооружений комплекс позволяет проводить проверку с целью контроля качества строительства, предупреждения опасных ситуаций, что обеспечивает в конечном итоге снижение риска техногенных катастроф.
— Специальные и научные исследования. Многофункциональность комплекса в области формирования и обработки сигналов, а также возможность работать на различных глубинах позволяют проводить широкий спектр исследований практически в любой акватории.
Источник
Параметрический профилограф морского дна
Параметрический профилограф (ППФ) — гидролокационный комплекс, использующий методы нелинейной акустики для подводного поиска заиленных объектов и стратификации донных осадков. Применение параметрических излучающих антенн в режиме излучения сложных сигналов в гидроакустической аппаратуре позволяет получить высокую разрешающую способность по дистанции при значительном увеличении глубины проникновения сигнала в толщу морского донного грунта.
Параметрический профилограф (ППФ) — гидролокационный комплекс, использующий методы нелинейной акустики для подводного поиска заиленных объектов и стратификации донных осадков. Применение параметрических излучающих антенн в режиме излучения сложных сигналов в гидроакустической аппаратуре позволяет получить высокую разрешающую способность по дистанции при значительном увеличении глубины проникновения сигнала в толщу морского донного грунта.
Перспективы современных гидроакустических технологий базируются, в основном, на повышении информативности гидроакустического канала за счет применения новых типов сигналов, совершенствования методов излучения и обработки, более полного использования потенциала заложенного в амплитудных, частотных и фазовых характеристиках сложных широкополосных сигналов.
Для решения ряда специфических задач гидроакустики целесообразно использование параметрических излучающих антенн, принцип действия которых основан на нелинейном взаимодействии акустических волн при распространении. Применение параметрических антенн в гидроакустической аппаратуре позволяет за счет их широкополосности, высокой направленности, низкого уровня бокового поля существенно увеличить отношение сигнал/помеха в сложной помеховой обстановке, повысить информативность и точность при обнаружении и определении координат подводных объектов, получить дополнительные признаки для распознавания.
Круг конкретных задач, которые могут быть решены с помощью параметрических гидроакустических систем, весьма широк. Сюда следует отнести проблемы стратификации морских донных осадочных структур с комплексной оценкой свойств грунта, поиск объектов и трубопроводов в толще донного ила, экологический мониторинг водных районов, количественную оценку и определение видового состава рыбных скоплений, обнаружение пловцов, измерение силы цели объектов в широком частотном диапазоне, дистанционное измерение вертикального распределения скорости звука в море и др.
Основными элементами параметрической антенны являются: участок водной среды, в которой происходит нелинейное взаимодействие волн накачки и антенна накачки, представляющая собой антенную решетку, состоящую из двух подрешеток из элементов с разными резонансными частотами. Подрешетки вставлены друг в друга так, что элементы располагаются в порядке чередования типов. На рисунке 1 представлена двухчастотная антенна накачки круглой формы. Вокруг антенной решетки располагается приемная антенна в форме кольца.
Ширина характеристики направленности антенны составляет ~3° и практически постоянна на всех разностных частотах в диапазоне 7-20 кГц. Уровень бокового поля не превышает -40дБ.
Высокая направленность ППФ при излучении низких, хорошо проникающих в грунт частот, позволяет добиться хорошего разрешения и за счет этого получить детальную информацию об изучаемом участке. В силу своей широкополосности ППФ способен адаптивно решать задачу профилирования донных отложений, позволяя выбрать оптимальную рабочую частоту в зависимости от вида и типа донного грунта. При этом «озвученный» объем на разных частотах будет одинаковым благодаря свойству постоянства характеристики направленности параметрической антенны в широком частотном диапазоне.
Существенно повысить энергетический потенциал ППФ можно только с помощью сложных, например, ЛЧМ сигналов. Однако обычная практика увеличения энергии сигнала за счет существенного увеличения длительности при одновременном уменьшении амплитуд излучаемых сигналов для облегчения режима работы излучающей антенны и усилителей мощности для параметрической антенны не годится. Это объясняется амплитудной зависимостью эффективности процесса нелинейного взаимодействия волн. Так как давление сигнала разностной частоты, пропорционально произведению уровней давления волн накачки, то сколько–либо значительно уменьшить излучаемую акустическую мощность не представляется возможным.
ППФ с широкополосными сигналами позволяют повысить разрешающую способность по дистанции за счет оптимальной обработки. Результаты экспериментальных исследований показывают, что разрешающая способность по дистанции составляет 15 см при длительности импульса 2 мс. Использование более длинных импульсов позволит существенно увеличить глубину проникновения при той же разрешающей способности по дистанции.
Следует отметить, что ППФ за счет своей широкополосности и высокой направленности на низких частотах являются практически незаменимым средством поиска заиленных объектов, трубопроводов и других предметов, находящихся в толще морского донного грунта.
Акустические профилографы (справочник)
Поскольку формат представления указанных сведений ограничивает количество и качество информации о АП, для представления более полной информации в справочнике приведены дополнительные сведения о некоторых наиболее характерных разработках, оформленные в виде текстов, где, наряду с более подробными техническими данными, представлены также фотографии их внешнего вида.
Перспективные акустические профилографы
При выработке рекомендаций по вопросам создания перспективных акустических профилографов (АП), используемых для изучения Мирового океана, необходимо было, во-первых, произвести классификацию представленных на рынке АП. Во-вторых, необходимо было собрать сведения об основных отечественных и зарубежных фирмах, занимающихся их разработкой, и, в-третьих, выявить тенденции развития АП средств.
Компании-разработчики акустических профилографов
Акустический профилограф — аппарат, используемый для съемки дна океана в научных исследованиях. В данном материале публикуются данные о наиболее известных компаниях — разработчиках акустических профилографов
Источник