СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОИСКА И ПОДСЧЁТА РЫБЫ
METHOD AND DEVICE FOR SEARCHING FOR AND COUNTING FISH

Изобретение относится к рыбопромысловой технике и предназначено для использования на судах рыболовного и научно-исследовательского флота для поиска и подсчета количества рыбы.
Известен способ поиска рыбы, заключающийся в излучении в направлении дна акустического импульсного сигнала, приеме эхосигналов, отраженных от дна и от рыбы, находящейся на пути распространения излученного сигнала, и по параметрам эхосигналов в получении информации о наличии и количестве рыбы в канале лоцирования.
Известны рыбопоисковые эхолоты, реализующие этот метод, например, «Сарган», «Лещ» и другие, характеристики которых приведены в работах [1, с.20-21, 2, с.44-45], содержащие блок управления, выход которого соединен с управляющими входами генераторного тракта, приемного тракта, блока обработки и блока индикации; выход генераторного тракта и вход приемного соединены с акустической антенной, а выход приемного тракта соединен через блок обработки с входом блока индикации.
Блок управления вырабатывает периодически повторяющиеся синхроимпульсы, поступающие в генераторный тракт и разрешающие выработку в нем зондирующего радиоимпульса, поступающего на акустическую антенну, излучающую в водную среду акустический зондирующий сигнал. Этот сигнал распространяется в среде лоцирования (воде), отражается от дна и от объектов, находящихся в канале лоцирования. Отраженные эхоимпульсы принимаются той же акустической антенной, и соответствующие им электрические сигналы поступают на вход приемного тракта, где осуществляется их обработка по заданному алгоритму (усиление, частотная фильтрация, изменение амплитудных соотношений в блоках «Отсечка», «Временная автоматическая регулировка усиления «ВАРУ», детектирование и др.). С выхода приемного тракта сигнал поступает на блок обработки, где выделяются эхосигналы от отдельных рыб, а затем на блок индикации, с которого осуществляется получение информации о наличии и о количестве рыбы. В эхолотах, установленных на судах рыборазведки, к выходу блока управления и к приемному тракту дополнительно может подключаться интегратор, выдающий информацию о величине обнаруженных запасов рыбы за определенный временной интервал или на определенной величине пути перемещающегося судна [2, с.15-23, 60-85, 3, с.136-150]. Имеются эхолоты, с встроенным интегратором, например эхолот FQ-50 фирмы «Фуруно» [2, с.22]. У таких эхолотов блок индикации будет показывать как наличие рыбы в канале лоцирования, так и ее интегральную величину на определенной дистанции лоцирования. В современных эхолотах с микропроцессорной обработкой эхосигналов интегратора как такового может и не быть, а интегральную величину количества рыбы определяют программным способом.
Причинами, препятствующими достижению технического результата, являются ограниченные эксплуатационные возможности данного способа и реализующего его устройства, заключающиеся в следующем.
Применение эхолота не позволяет получать достоверные значения плотности обследованных скоплений рыбы [3, с.142-143]. В частности, при оценке приповерхностных концентраций подвижных рыб, которые сильно распугиваются судном, получают заниженные значения плотности и численности рыб. Это объясняется тем, что эхолоты просматривают участки водной среды, расположенные в основном под судном. Явление распугивания рыбы в приповерхностных слоях характерно для таких рыб, как лососевые, ставрида, скумбрия, сельдь и другой пелагической рыбы, причем постоянная работа рыболовного флота не вызывает ее адаптацию к шумам судна. Подводные наблюдения с применением разных технических средств показали, что стаи многих видов пелагических рыб на глубинах до 50 м и более и с дистанций до судна 100-150 м четко реагируют на шум судна и уходят в сторону от судна. По мере приближения судна скорость ухода рыбы растет, что приводит к уменьшению плотности концентрации рыбы в участках водной среды, расположенных вблизи судна. Например, результаты наблюдения за стаями сельди на глубинах 30-60 м показали, что при прохождении судна над рыбой ее концентрация уменьшается в среднем на 70-80% [4]. Особенно это актуально для лососевых разреженных рыб, которые до глубин порядка 20 м имеют максимальную концентрацию, для глубин 20-40 м - среднюю, а на глубинах более 100 м практически отсутствуют [11-13].
Кроме того, использование эхолота позволяет исследовать только узкую полоску водного пространства, что приводит к уменьшению расстояний между галсами судна при разведке рыбы, увеличению длительности и стоимости процесса разведки.
Судно при поиске рыбы перемещается с некоторой скоростью, подвергаясь качке и выполняя рысканье в некотором угловом диапазоне. В результате этого прием эхосигналов осуществляется только с части озвученного зондирующим сигналом участка водной среды, что приводит также к заниженным значениям количества обнаруженных рыб.
Признаки, совпадающие с заявляемым объектом: выполняется излучение в водную среду акустического импульсного сигнала, прием эхосигналов, отраженных от дна и от рыбы, находящейся на пути распространения излученного сигнала, по параметрам эхосигналов получают информацию о наличии и количестве рыбы в канале лоцирования.
В заявляемом устройстве имеются признаки, совпадающие с рассмотренным аналогом: блок управления, выход которого соединен с управляющими входами генераторного тракта, приемного тракта и блоков обработки и индикации, выход генераторного тракта и вход приемного соединены с акустической антенной, а выход приемного тракта соединен через блок обработки с блоком индикации.
В патенте RU 2229226, МПК A01K 79.00, опубл. 27.05.2004, для "расширения зоны и эффективности обнаружения рыб и других объектов лова" предложено лоцирование выполнять в направлении дна протяженной акустической антенной, выполненной в виде n-го количества эхолокационных датчиков вертикального зондирования. После излучения в водную среду зондирующего сигнала принимают эхосигналы, отраженные от дна и от рыбы, находящейся в канале лоцирования, и по количеству и уровню эхосигналов получают информацию о наличии и количестве рыбы в канале лоцирования.
Устройство, реализующее данный способ содержит: блок управления, выход которого соединен с управляющими входами генераторного тракта, приемного тракта, блока обработки и блока индикации; выход генераторного тракта и вход приемного соединены с акустической антенной, а выход приемного тракта соединен через блок обработки с входом блока индикации. Акустическая антенна выполнена в виде n-го количества эхолокационных датчиков вертикального зондирования, расположенных на поперечных усах, имеющих на концах углубители и компенсирующие подъемные средства, а также регулирующие величину развода усов отводители. Концы усов соединены с судном посредством траловых ваеров.
Блок управления вырабатывает периодически повторяющиеся синхроимпульсы, поступающие в генераторный тракт и разрешающие выработку в нем зондирующего радиоимпульса, поступающего на акустическую антенну, излучающую в водную среду акустический зондирующий сигнал. Этот сигнал распространяется в среде лоцирования (воде), отражается от дна и от объектов, находящихся в канале лоцирования. Отраженные эхоимпульсы принимаются той же акустической антенной, и соответствующие им электрические сигналы поступают на вход приемного тракта, где осуществляется их обработка по заданному алгоритму (усиление, частотная фильтрация, изменение амплитудных соотношений в блоках «Отсечка», «Временная автоматическая регулировка усиления «ВАРУ», детектирование и др.). С выхода приемного тракта сигнал поступает на блок обработки, где выделяются эхосигналы от отдельных рыб, а затем на блок индикации, с которого осуществляется получение информации о наличии и о количестве рыбы.
Причинами, препятствующими достижению технического результата, являются ограниченные эксплуатационные возможности данного способа и реализующего его устройства, заключающиеся в следующем.
В данном способе просматривается участок водной акватории только между акустической антенной и дном, то есть шириной порядка нескольких метров, что не решает вопрос о реальном расширении зоны поиска. Верхние и боковые участки зоны поиска не просматриваются, а в контролируемой зоне, располагаемой за судном, получают заниженные значения плотности рыбы за счет ее ухода из участков, прилегающих к курсу судна [3, с.142-143], [4].
При использовании буксируемой акустической антенны, предложенной в патенте [5], значительно усложняется конструкция и процесс эксплуатации локационного устройства, а также технологически невозможно проводить выборочное траловое обследование концентрации рыбных скоплений. При последовательной работе отдельных элементов акустической антенны значительно увеличивается время одного просмотра контролируемого участка водной среды, что приводит к необходимости уменьшения скорости судна, иначе появляются пропущенные участки. При одновременной работе всех элементов антенны разрешающая способность локатора в направлении, перпендикулярном курсу судна, будет равна длине антенны, что приводит к слиянию эхосигналов от отдельных рыб и к ухудшению условий обнаружения придонной рыбы [1, с.148-151].
Признаки, совпадающие с заявляемым объектом: выполняется излучение в водную среду акустического импульсного сигнала, прием эхосигналов, отраженных от дна и от рыбы, находящейся на пути распространения излученного сигнала, по количеству и уровню эхосигналов получают информацию о наличии и количестве рыбы в канале лоцирования.
В заявляемом устройстве имеются признаки, совпадающие с аналогом: блок управления, выход которого соединен с управляющими входами генераторного тракта, приемного тракта и блоков обработки и индикации, выход генераторного тракта и вход приемного соединены с акустической антенной, а выход приемного тракта соединен через блок обработки с входом блока индикации.
В патенте RU 2367151, МПК A01K 61.00, опубл. 20.09.2009 [6], имеющем наибольшее количество совпадающих признаков с заявленными способом и устройством, предложено излучать зондирующие импульсы и принимать эхосигналы в направлении дна в каком-либо одном направлении в пределах сектора, расположенного в плоскости, перпендикулярной направлению движения судна, к примеру ближе к одному его краю. Затем осуществляют поворот антенны на небольшой угол по направлению к другому краю сектора обзора и выполняют следующий цикл лоцирования и т.д. За это время судно проходит некоторое расстояние. Далее начинается новый цикл лоцирования в поперечной плоскости. При электронном повороте характеристики направленности излучение может проводиться сразу в пределах сектора, а прием - узкой характеристикой при ее последующем повороте в пределах сектора, далее новое излучение и т.д. Также может применяться режим сначала последовательного излучения зондирующих импульсов в пределах сектора, а затем последовательный прием эхосигналов. По параметрам принятых эхосигналов определяют количество обнаруженной рыбы.
Устройство, реализующее этот способ, содержит: блок управления, выход которого соединен с управляющими входами генераторного тракта, приемного тракта, блока обработки и блока индикации, акустическую антенну, соединенную с выходом генераторного тракта и с входом приемного тракта, выход которого соединен с последовательно соединенными блоком обработки и блоком индикации; антенна также соединена с блоком обеспечения поворота антенны или ее характеристики направленности.
Блок управления вырабатывает периодически повторяющиеся синхроимпульсы, поступающие в генераторный тракт и разрешающие выработку в нем зондирующего радиоимпульса, поступающего на акустическую антенну, излучающую в водную среду акустический зондирующий сигнал. Причем излучение производят в каком-либо одном направлении в пределах сектора расположенного в плоскости, перпендикулярной направлению движения судна, к примеру от одного его края. Этот сигнал распространяется в среде лоцирования (воде) и отражается от дна и от объектов, находящихся в канале лоцирования. Отраженные эхоимпульсы принимаются той же акустической антенной и соответствующие им электрические сигналы поступают на вход приемного тракта, где осуществляется их обработка по заданному алгоритму (усиление, частотная фильтрация, изменение амплитудных соотношений в блоках «Отсечка», «Временная автоматическая регулировка усиления «ВАРУ», детектирование и др.). С выхода приемного тракта сигналы поступают на блок обработки, где выделяются последовательности эхоимпульсов от отдельных рыб, а затем на блок индикации, с которого осуществляется получение информации о наличии и о количестве рыб. После данного цикла лоцирования происходит поворот характеристики направленности в поперечной плоскости и начинается новый цикл лоцирования. За это время судно пройдет некоторое расстояние. От каждой рыбы будет принято несколько эхосигналов. При приеме трех эхосигналов от объекта, расположенного примерно на одном и том же расстоянии и по одному направлению, этот объект будет классифицирован как рыба, и информация о нем будет передана в блок индикации.
Поворот антенны или ее характеристики направленности на некоторый угол в пределах заданного сектора обзора в плоскости, перпендикулярной курсу судна, может осуществляться механическим или электрическим путем.
Причинами, препятствующими достижению технического результата, являются ограниченные эксплуатационные возможности данного способа и реализующего его устройства, заключающиеся в следующем.
В данном способе просматривается участок водной акватории в секторе между акустической антенной и дном. Приповерхностные и боковые участки зоны поиска не просматриваются. В контролируемой зоне, располагаемой под судном, получают заниженные значения плотности рыбы за счет ее ухода из участков, прилегающих к курсу судна [3, с.142-143], [4].
Время лоцирования всего сектора велико, и возможны неучтенные пропуски водного пространства, что приводит к ошибкам при определении количества обнаруженной рыбы.
Судно при поиске рыбы перемещается с некоторой скоростью, подвергаясь качке и выполняя рысканье в некотором угловом диапазоне. В результате этого прием эхосигналов осуществляется только с части озвученного зондирующим сигналом участка водной среды, что приводит к заниженным значениям количества обнаруженной рыбы.
Признаки, совпадающие с заявляемым объектом: выполняется излучение в водную среду акустического импульсного сигнала, прием эхосигналов, отраженных от дна и от рыбы, находящейся на пути распространения излученного сигнала, по параметрам эхосигналов получают информацию о наличии и количестве рыбы в канале лоцирования. В заявляемом устройстве имеются признаки, совпадающие с прототипом: блок управления, выход которого соединен с управляющими входами генераторного тракта, приемного тракта, блока обработки и блока индикации, выход генераторного тракта и вход приемного соединены с акустической антенной, а выход блока обработки соединен с входом блока индикации.
Задачей данного изобретения является расширение эксплуатационных возможностей.
Технический результат заключается в том, что просматривают все водное пространство, расположенное поперек курса судна на дистанциях, превышающих расстояние ухода рыбы от перемещающегося судна. Это позволяет устранить ошибки при определении количества рыбы за счет ее ухода от судна. Кроме того, корректируют количество обнаруженной рыбы за каждый цикл лоцирования, устраняя ошибки, возникающие за счет перемещения, качки и рысканья судна. Для минимизации ошибок при определении количества обнаруженной рыбы изменяют параметры лоцирования в зависимости от скорости судна, а также характеристик его качки и рысканья.
Технический результат достигается тем, что в водную среду излучают импульсный акустический сигнал, распространяющийся в обе стороны от судна перпендикулярно диаметральной плоскости судна в секторе лоцирования, равном 180°, принимают эхосигналы по всему сектору лоцирования с расстояний, больших расстояния ухода рыбы от движущегося судна, по параметрам эхосигналов определяют наличие и количество обнаруженных рыб. Для ускорения просмотра контролируемого пространства акустический сигнал излучают одновременно во весь сектор с углом 180°, прием эхосигналов осуществляют также одновременно, но по N направлениям, распределенным в секторе излучения. В результате того что судно при поиске рыбы перемещается с некоторой скоростью, подвергаясь качке и выполняя рысканье в некотором угловом диапазоне, прием эхосигналов осуществляется только с части озвученного зондирующим сигналом участка водной среды, что приводит к заниженным значениям количества обнаруженных рыб. Для устранения этой ошибки в заявляемом устройстве постоянно рассчитывается поправочный коэффициент уменьшения зоны обзора «Кузо». Также в соответствии с величиной коэффициента «Кузо» изменяют параметры лоцирования таким образом, чтобы минимизировать ошибки при определении количества обнаруженной рыбы.
Для этого в устройство для поиска и подсчета рыбы, содержащее блок управления, выход которого соединен с управляющими входами генераторного тракта, приемного тракта, блока обработки и блока индикации, акустическую антенну, соединенную с выходом генераторного тракта и с входом приемного тракта, выход блока обработки соединен с входом блока индикации, дополнительно введены: блок формирования веера характеристик направленности, вход которого соединен с выходом приемного тракта, управляющий вход соединен с выходом блока управления, а выход - с входом блока обработки, а также блок определения положения судна, выход которого через блок расчета коэффициента уменьшения зоны обзора «Кузо» соединен с дополнительным входом блока обработки и с входом блока управления.
Изобретение поясняется чертежами. На фиг.1 показана функциональная схема заявляемого устройства, на фиг.2 - характеристика направленности излучаемого акустического сигнала в плоскости, перпендикулярной диаметральной плоскости судна, на фиг.3 - характеристика направленности излучаемого акустического сигнала в плоскости, совпадающей с диаметральной плоскостью судна, на фиг.4 - функции распределения плотности рыбы в озвученных участках водной среды, на фиг.5. - непросматриваемые придонные объемы водной среды, на фиг.6 - уменьшение зоны лоцирования за счет боковой качки судна.
Предлагаемое устройство для поиска и подсчета рыбы содержит блок управления 1 (фиг.1), соединенный с управляющими входами генераторного тракта 2, приемного тракта 3, блока формирования веера характеристик направленности 4, блока обработки 5 и блока индикации 6, акустическую антенну 7, соединенную с выходом генераторного тракта 2 и с входом приемного тракта 3, выход которого соединен с последовательно соединенными блоком формирования веера характеристик направленности 4, блоком обработки 5 и блоком индикации 6; выход блока определения положения судна 8 через блок расчета коэффициента уменьшения зоны обзора «Кузо» 9 соединен с дополнительным входом блока обработки 5 и с входом блока управления 1.
Блок управления 1 вырабатывает периодически повторяющиеся синхроимпульсы, поступающие в генераторный тракт 2 и разрешающие выработку в нем зондирующего радиоимпульса, поступающего на акустическую антенну 7, которая может состоять из одной или из нескольких активных поверхностей, излучающую в водную среду акустический зондирующий сигнал. Излучение производят в плоскости, совпадающей с диаметральной плоскостью судна с углом ширины характеристики направленности θ порядка нескольких градусов (фиг.3), и в плоскости, перпендикулярной диаметральной плоскости судна в пределах сектора, равного 180°, как показано на фиг.2. Этот сигнал распространяется в среде лоцирования (воде) и отражается от дна и от объектов, находящихся в канале лоцирования, расположенных на максимальных расстояниях от антенны - Rлоц. Отраженные эхоимпульсы принимаются акустической антенной 7, и соответствующие им электрические сигналы поступают на вход приемного тракта 3, где осуществляется их обработка по заданному алгоритму (усиление, частотная фильтрация, изменение амплитудных соотношений в блоках «Отсечка», «Временная автоматическая регулировка усиления «ВАРУ», детектирование и др.). С выхода приемного тракта 2 сигналы поступают на блок формирования веера характеристик направленности 4, где выполняется прием эхосигналов по N направлениям (N>10), распределенным в секторе излучения, равном 180°. Затем эхосигналы, соответствующие каждому из N направлений, поступают на вход блока обработки 5, где выделяются последовательности эхоимпульсов от отдельных рыб, а затем на блок индикации 6, с которого осуществляется получение информации о наличии и о количестве рыбы.
Таким образом, за один цикл лоцирования просматривается все пространство, находящееся в плоскости, перпендикулярной диаметральной плоскости судна. До прихода судна в некоторую точку пространства, в объеме водной среды концентрация рыб подчиняется некоторому закону распределения «F1». При приближении судна рыба реагирует на шум и уходит в сторону от судна. По мере приближения судна скорость ухода рыбы растет, что приводит к уменьшению плотности распределения рыбы на расстояниях от судна порядка нескольких десятков метров и увеличению ее концентрации на границе зоны испуга. На расстояниях, больших дистанции испуга, плотность рыбы не меняется, и общий закон плотности распределения рыбы будет характеризоваться зависимостью «F2», как показано на фиг.4. Причем, для разных направлений лоцирования, может существовать свой закон распределения «F2-i». Перераспределение рыбы в пространстве не меняет ее общего количества в объеме водной среды, представляющем собой полуцилиндр с осью, совпадающей с курсом судна и с радиусом, большим расстояния до границы зоны испуга рыбы. Поэтому при проведении лоцирования и подсчета количества рыбы до расстояний «Rлоц», больших, чем дистанция испуга рыбы «R1», ошибка, возникающая за счет ее ухода от судна, будет устранена. Очевидно, что при определении расстояния лоцирования «Rлоц» необходимо учитывать ряд параметров, а именно - шумность судна, скорость его хода, гидрологическую обстановку и др. Для большинства рыб «R1» примерно равно 100-200 м [4]. Поэтому расстояние Rлоц, большее зоны испуга «R1» и равное порядка (350-400) метров, является достаточным для определения средней плотности рыбы. В заявляемом способе Rлоц>R1.
В работе [2, с.89] отмечено, что "поскольку горизонтальное сечение зоны действия эхолота ничтожно мало по сравнению с расстоянием между галсами, задачей съемки является не обнаружение максимального числа косяков, а измерение статистических параметров случайного поля плотности зарегистрированных вдоль галсов концентраций". Это замечание является справедливым для всех систем, рассмотренных в материалах заявки. В существующих методиках расчета средней плотности рыбы в единичном объеме количество рыбы, обнаруженной в канале лоцирования, делят на величину объема, просмотренного за один (или за несколько) циклов лоцирования. Однако, как уже отмечалось, за счет ухода рыбы из зоны, расположенной в непосредственной близости от судна, получают значения ее плотности распределения заниженными на 70-80% [4]. Для устранения этой погрешности в заявляемом способе предложено выполнять лоцирование в сегменте, равном 180°, ориентированном перпендикулярно диаметральной плоскости судна, а подсчет рыбы осуществляют до расстояний «Rлоц», превышающих расстояние ухода рыбы «R1» от движущегося судна.
При использовании средств лоцирования, как имеющихся, так и предложенного устройства, за счет движения судна, а также за счет его качки и рысканья, происходит уменьшение объема водной среды, из которого происходит прием эхосигналов, по сравнению с озвученным объемом, в котором распространяется зондирующий сигнал, что приводит к обнаружению рыбы только из части озвученного объема и соответственно к заниженным значениям плотности распределения рыбы.
Для устранения этой погрешности в предлагаемое устройство дополнительно введены два блока - блок определения положения судна 8 (фиг.1) и блок расчета коэффициента уменьшения зоны обзора «Кузо» 9. В блоке 8 определяют значения скорости судна, величину его крена, дифферента, а также угловую скорость рысканья. Эти величины подаются в блок 9, где постоянно рассчитывается поправочный коэффициент уменьшения зоны обзора «Кузо», поступающий на дополнительный вход блока обработки, в котором обнаруженное за цикл лоцирования количество рыб корректируется в соответствии со значением этого коэффициента, а также поступающий на вход блока управления и изменяющий параметры лоцирования (период лоцирования, количество и длительность зондирующих сигналов, ширину характеристики направленности антенны θ и др.) таким образом, чтобы минимизировать ошибку в количестве обнаруженной рыбы.
Рассмотрим основные принципы определения коэффициента «Кузо».
В процессе воздействия на судно волнения морской поверхности судно испытывает килевую, бортовую и вертикальную качку. Кроме того, судно совершает рысканье по курсу, отклоняясь от прямолинейного движения вправо и влево. Информацию об этих движениях судна можно получить с помощью современных датчиков качки (например, Airmar H2183), выдающих значения 3-х углов качки и величину вертикального смещения с частотой дискретизации 10÷20 Гц. Скорость линейного перемещения судна обычно определяют путем использования лагов различных конструкций [7]. Коэффициент уменьшения зоны обзора «Кузо» рассчитывают для каждого цикла лоцирования, и фактически он отражает ту часть озвученного объема водной среды, из которой можно принять отраженные эхосигналы. Математически коэффициент уменьшения зоны обзора «Кузо» является отношением лоцируемого объема водной среды «Vл» (объема, из которого могут быть приняты эхосигналы) к номинальному объему «Vн», равному объему, в котором распространяется зондирующий сигнал до максимальной дистанции лоцирования «Rлоц» за один цикл лоцирования:
.
После излучения зондирующего сигнала судно совершает сложные движения, изменяющие пространственное положение характеристики направленности (ХН) антенны в режиме приема. Для определения объема пространства, в котором пересекаются лучи приемной и передающей XH требуется выполнить сложные математические расчеты.
i
Для упрощения расчетов сложное движение судна под влиянием качки, линейного перемещения и рысканья рассматривают независимо для каждой из составляющих, находят коэффициент «Кузо» для каждого элемента изменения состояния судна, а потом для определения общего коэффициента уменьшения зоны обзора «Кузо» их перемножают.
При нахождении объемов все поверхности с малой кривизной можно заменять плоскостями и все сводить к расчетам объемов простых геометрических тел - конусов, цилиндров, шаров.
Рассмотрим прямолинейное движение судна в отсутствие качки. Поскольку скорость распространения звуковых колебаний в водной среде конечна и составляет примерно 1500 м/с, то возникает эффект, называемый динамическим сужением характеристики направленности антенны и приводящий к уменьшению лоцируемого объема. Динамическое сужение (фиг.3) приводит к образованию непросматриваемого объема пространства, расположенного от крайнего луча характеристики направленности по корме судна до некоторой плоскости, отстоящей от этого крайнего луча на некоторый угол «φ» (строго говоря, не до плоскости, а до сложной искривленной поверхности, радиусом кривизны которой можно пренебречь). Величина этого угла зависит от скорости движения судна «v» и скорости распространения звука в воде «с». Угол динамического сужения приближенно определяется из выражения:
Акустическая антенна для предложенного способа обзора пространства состоит из двух активных частей, располагаемых в районе правого и левого бортов, и обычно они крепятся на некотором расстоянии друг от друга. В результате этого под днищем судна образуется зона пропуска «Vкор» (фиг.2), объем которой равен:
где: Lант - расстояние между антеннами правого и левого бортов, L -расстояние, проходимое судном за один период излучения-приема, Rлоц - дистанция лоцирования.
Мертвая зона антенн «Vмз» образуется вследствие того, что антенны находятся на некотором заглублении от водной поверхности для того, чтобы при сильной качке не выйти из воды и не получить повреждений вследствие работы на воздух. Также на протяженность данной зоны по глубине влияют длительность зондирующего сигнала, величина механической добротности акустической антенны и ряд других параметров. Аналитически объем этой зоны определяется из выражения:
где: Нзм - протяженность мертвой зоны антенны, θ - ширина характеристики направленности антенны, φ - угол динамического сужения характеристики направленности антенны (фиг.3).
Зона пропуска у дна образуется вследствие кривизны фронта акустической волны при излучении сигнала в водную среду. На больших расстояниях кривизна фронта мала, но, тем не менее, требует учета.
При бортовой качке из-за наклона лучей на угол качки «β» (фиг.6) возникает дополнительная зона пропуска сбоку судна. Форма этой зоны может быть приближенно представлена усеченной пирамидой с прямоугольным основанием, вершина которой отсекается мертвой зоной антенн.
Аналогично рассматривают влияние остальных факторов на величину уменьшения объема лоцирования.
Определив положение судна в блоке 8, рассчитывают в блоке 9 величину коэффициента «Кузо», а затем в блоке 5 корректируют количество обнаруженной рыбы, разделив ее значение на коэффициент «Кузо», а в блоке управления изменяют параметры лоцирования (период лоцирования, количество и длительность зондирующих сигналов, ширину характеристики направленности антенны θ и др.) таким образом, чтобы минимизировать ошибку в количестве обнаруженных рыб.
Таким образом, в заявляемом устройстве устраняется также погрешность, вызванная уменьшением объема лоцирования за счет перемещения судна и влияния на него различных дестабилизирующих факторов (качки, рысканья и др.). Предложенная методика была подтверждена расчетами, проведенными для различных исходных концентраций рыбы, скоростей хода, величин качки, рысканья, вертикального перемещения судна.
Использование предложенного способа и реализующего его устройства не представляет сложностей. Текущие параметры положения судна определяются многочисленными стандартными датчиками [7, 8], подсоединенными к ЭВМ, рассчитывающей коэффициент «Кузо» и выполняющей корректировку количества обнаруженной рыбы. Излучение зондирующего сигнала и прием эхосигналов по заданным направлениям выполняется устройством, составные части которого рассмотрены в работах [1, 9, 10].
Источники информации
1. Кобяков Ю.С., Кудрявцев Н.Н., Тимошенко В.И. Конструирование гидроакустической рыбопоисковой аппаратуры. - Л.: Судостроение, 1986. - 272 с.
2. Юданов К.И., Калихман И.Л., Теслер В.Д. Руководство по проведению гидроакустических съемок. - М.: ВНИРО, 1984. - 124 с.
3. Юданов К.И. Гидроакустическая разведка рыбы. - СПб.: Судостроение, 1992. - 192 с.
4. Olsen К. Fish behavior and acoustic sampling. // Intern. symp. on fish. acoust., 1987, Seattle, USA, 28p.
5. Устройство для поиска рыбы. Патент RU 2229226, МПК A01K 79.00, опубл. 27.05.2004.
6. Устройство для оценки размеров рыб в процессе их поиска. Патент RU 2367151, МПК A01K 61.00, опубл. 20.09.2009.
7. Букатый В.М., Дмитриев В.И. Гидроакустические лаги. - М.: Пищевая промышленность, 1980. - 176 с.
8. Проектирование датчиков для измерения механических величин. Под ред. Е.П.Осадчего. - М.: Машиностроение, 1979. - 480 с.
9. Самойлов Л.К. Электронное управление характеристик направленности антенн. - Л.: Судостроение, 1987. - 280 с.
10. Смарышев М.Д., Добровольский Ю.Ю. Гидроакустические антенны. - Л.: Судостроение, 1984. - 300 с.
11. Шунтов В.П. О некоторых нерешенных научных и прикладных вопросах изучения тихоокеанских лососей в ближайшие годы. Владивосток, 2006, ТИНРО-центр. Бюллетень №1 реализации «Концепции дальневосточной бассейновой программы изучения тихоокеанских лососей», с.3-11.
12. Кузнецов М.Ю. Опыт использования научного эхолота ЕК-500 для исследования распределения и количественных оценок тихоокеанских лососей в Беринговом море в летне-осенний период. Владивосток. 2004. Изв. ТИНРО, т.139, с.404-417.
13. Николаев А.В., Кузнецов М.Ю., Сыроваткин Е.В. Гидроакустические исследования тихоокеанских лососей в северной части Тихого океана. Владивосток. 2007. Изв. ТИНРО, т.150, с.27-47.