МНОГОЛУЧЕВОЙ НАУЧНЫЙ ЭХОЛОТ ДЛЯ УЧЁТА ВОДНЫХ БИОРЕСУРСОВ

Предлагаемый эхолот относится к научной гидроакустической рыбопоисковой аппаратуре и предназначен для лоцирования водных акваторий, поиска и подсчета количества рыбы, определения параметров отдельных рыб и рыбных скоплений.
Известны научные эхолоты Simrad EK15 [1] и Simrad EY60 [2], фирмы Kongsberg Maritime Subsea Simrad, Норвегия, содержащие блок управления, выход которого соединён с управляющими входами генераторного тракта, приёмного тракта, блока обработки и блока индикации; выход генераторного тракта и вход приёмного тракта соединены с акустической антенной, а выход приёмного тракта соединён через блок обработки с входом блока индикации. Блоки управления, обработки и индикации могут представлять собой отдельные аппаратурные реализации или программно-аппаратурные элементы персонального компьютера или ноутбука.
Блок управления вырабатывает периодически повторяющиеся синхроимпульсы, поступающие в генераторный тракт и разрешающие формирование в нём зондирующего сигнала, 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. Отражённые эхоимпульсы принимаются той же акустической антенной, и соответствующие им электрические сигналы поступают на вход приёмного тракта, где осуществляется их обработка по заданному алгоритму (усиление, частотная фильтрация, изменение амплитудных соотношений в блоке «Временная автоматическая регулировка усиления «ВАРУ», преобразование аналогового сигнала в цифровой и другие операции) [3]. С выхода приёмного тракта сигнал поступает на блок обработки, а затем на блок индикации, выдающий информацию о наличии, параметрах и количестве обнаруженной рыбы.
Рассматриваемые эхолоты выдают оператору большое количество информации о водной акватории, обнаруженной рыбе, однако им, как и всем однолучевым эхолотам, присущи недостатки, ограничивающие их эксплуатационные возможности.
Эти эхолоты не позволяют получать достоверные значения плотности обследованных скоплений рыбы [4, с. 142-143]. В частности, при оценке приповерхностных концентраций подвижных рыб, которые сильно распугиваются судном. Получаются 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, причём, постоянная работа рыболовного флота не вызывает её 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, 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% [5]. Это актуально и 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 [6].
Кроме того, однолучевые эхолоты исследуют только узкую полосу водного пространства, что приводит к уменьшению расстояний между галсами судна при разведке рыбы, увеличению длительности и стоимости процесса разведки рыбных скоплений.
Судно при поиске рыбы перемещается с некоторой скоростью, подвергаясь качке и выполняя рысканье в некотором угловом диапазоне. В результате этого приём эхосигналов осуществляется только с части озвученного зондирующим сигналом участка водной среды, что приводит также к заниженным значениям количества обнаруженных рыб.
В патенте [7] предложены «Способ и устройство для поиска и подсчёта рыбы» частично устраняющие перечисленные недостатки. Предлагаемое устройство содержит блок управления, соединенный с управляющими входами генераторного тракта, приёмного тракта, блока формирования веера характеристик направленности, блока обработки и блока индикации; акустическую антенну, соединенную с выходом генераторного тракта и с входом приёмного тракта, выход которого соединен с последовательно соединенными блоком формирования веера характеристик направленности, блоком обработки и блоком индикации; выход блока определения положения судна через блок расчета коэффициента уменьшения зоны обзора Кузо соединен с дополнительным входом блока обработки и с входом блока управления.
Блок управления вырабатывает периодически повторяющиеся синхроимпульсы, поступающие в генераторный тракт и разрешающие формирование в нём зондирующего сигнала, 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. Отражённые эхоимпульсы принимаются элементами акустической антенны и соответствующие им электрические сигналы поступают на вход приёмного многоканального тракта, где осуществляется их обработка по заданному алгоритму. С выхода приёмного тракта сигналы поступают на блок формирования веера характеристик направленности, где выполняется формирование N направлений приёма эхосигналов, распределённых в секторе излучения. Эхосигналы, соответствующие каждому из N направлений, поступают на вход блока обработки, где выделяются последовательности эхоимпульсов от отдельных рыб, поступающие затем на блок индикации, представляющий информацию о наличии и о количестве рыбы. Для устранения ошибок, возникающих за счёт ухода рыбы от судна в результате её испуга, лоцирование и подсчёт количества рыбы выполняют до расстояний больших, чем дистанция испуга рыбы.
Для устранения погрешности вызванной перемещением судна, его креном, дифферентом и рысканьем в устройстве предусмотрен блок определения положения судна, данные с которого подаются в блок расчёта коэффициента уменьшения зоны обзора Kузо, где рассчитывается поправочный коэффициент уменьшения зоны обзора Kузо, поступающий на дополнительный вход блока обработки, в котором обнаруженное за цикл лоцирования количество рыб корректируется в соответствии со значением этого коэффициента. Коэффициент Кузо также поступает на вход блока управления, где параметры лоцирования (период лоцирования, количество и длительность зондирующих сигналов, ширина характеристики направленности антенны и др.) изменяются таким образом, чтобы минимизировать ошибку при подсчёте обнаруженной рыбы.
В данном устройстве, однако, как и в других аналогичных рыбопоисковых системах, не устранены погрешности, обусловленные тем, что при перемещении судна отдельные объёмы водной среды лоцируются по несколько раз и рыба, находящаяся в этих объёмах подсчитывается также несколько раз, что приводит к появлению дополнительных погрешностей, ограничивающих эксплуатационные возможности устройства. Кроме того устройство выполняет лоцирование только в заданном секторе, в устройстве отсутствуют диагностические режимы работы, позволяющие просматривать и определять параметры основных сигналов на всех этапах их формирования. Всё это ограничивает эксплуатационные возможности устройства.
В патенте [8] предложено «Устройство для поиска и подсчёта рыбы», имеющее наибольшее количество совпадающих признаков с заявляемым устройством, и в котором перечисленные недостатки частично устранёны. Устройство содержит блок управления, соединённый с управляющими входами генераторного тракта, приёмного тракта, блока формирования веера характеристик направленности, блока обработки, блока индикации и блока определения пространственного положения зон повторного лоцирования, акустическую антенну, соединённую с выходом генераторного тракта и с входом приёмного тракта, выход которого соединён с последовательно соединёнными блоком формирования веера характеристик направленности, блоком обработки и блоком индикации; выход блока определения положения судна соединён с блоком расчёта коэффициента уменьшения зоны обзора Kузо, выход которого соединён с дополнительным входом блока обработки и с входом блока управления; второй выход блока определения положения судна соединён с входом блока определения пространственного положения зон повторного лоцирования, выход которого соединён со вторым дополнительным входом блока обработки.
Блок управления вырабатывает периодически повторяющиеся синхроимпульсы, поступающие в генераторный тракт и разрешающие формирование в нём зондирующего сигнала, 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. Отражённые эхоимпульсы принимаются элементами акустической антенны и соответствующие им электрические сигналы поступают на вход многоканального приёмного тракта, где осуществляется их обработка по заданному алгоритму (усиление, частотная фильтрация, изменение амплитудных соотношений в блоке «Временная автоматическая регулировка усиления «ВАРУ», преобразование в цифровую форму и др.) [3]. С выхода приёмного тракта сигналы поступают на блок формирования веера характеристик направленности, где выполняется формирование N направлений приёма эхосигналов, распределённых в секторе излучения. Эхосигналы, соответствующие каждому из N направлений, поступают на вход блока обработки, где выделяются последовательности эхоимпульсов от отдельных рыб и выполняется подсчёт количества обнаруженных рыб, а затем на блок индикации, с которого осуществляется получение информации о наличии и о количестве рыбы.
Для устранения погрешностей вызванных тем, что в результате перемещения судна, его крена, дифферента и рысканья приём эхосигналов выполняется не со всего объёма канала лоцирования, в котором распространяется зондирующий сигнал в устройстве предусмотрен блок определения положения судна, данные с которого подаются в блок расчёта коэффициента уменьшения зоны обзора Kузо, где рассчитывается поправочный коэффициент уменьшения зоны обзора Kузо, поступающий на дополнительный вход блока обработки, корректирующий количество обнаруженной рыбы, разделив её значение на коэффициент Kузо. Подробно методика расчёта коэффициента Кузо рассмотрена в патенте [7].
При перемещении судна часть участков среды будет лоцироваться несколько раз, и при наличии в них различных объектов (рыбы и других морепродуктов) эхосигналы от этих объектов будут приняты также несколько раз, что вызовет ошибки при конечном подсчёте количества обнаруженной рыбы. Для более точной оценки количества обнаруженных объектов предлагается полученное число эхоконтактов для каждого направления лоцирования делить на коэффициент кратности обзора пространства Ккоп, который вырабатывается в блоке определения пространственного положения зон повторного лоцирования. Это позволяет устранить погрешности при подсчёте рыбы, вызванные повторными лоцированиями отдельных участков водных акваторий.
Устройство, однако, имеет ограниченные режимы работы - лоцирование только в заданном секторе, в нём отсутствует диагностические режимы работы, позволяющие просматривать и определять параметры основных сигналов на всех этапах их формирования. Всё это ограничивает эксплуатационные возможности устройства.
Аналогичные недостатки присущи и другим многолучевым эхолотам, предложенным, например, в патентах [9-12] и других.
Целью полезной модели является расширение эксплуатационных возможностей устройства, позволяющих выполнять лоцирование с различными сочетаниями секторов обзора, а также просматривать и определять параметры основных сигналов на всех этапах их формирования.
Для этого в устройство для поиска и подсчёта рыбы, содержащее блок управления, соединённый с управляющими входами генераторного тракта, приёмного тракта, блока формирования веера характеристик направленности, блока обработки, блока индикации и блока определения пространственного положения зон повторного лоцирования, акустическую антенну, соединённую с выходом генераторного тракта и с входом приёмного тракта, выход которого соединён с последовательно соединёнными блоком формирования веера характеристик направленности, блоком обработки и блоком индикации; выход блока определения положения судна соединён с блоком расчёта коэффициента уменьшения зоны обзора Кузо, выход которого соединён с дополнительным входом блока обработки и с входом блока управления; второй выход блока определения положения судна соединён с входом блока определения пространственного положения зон повторного лоцирования, выход которого соединён со вторым дополнительным входом блока обработки, дополнительно введён блок выбора режимов, вход которого соединён с блоком управления, а выход с входами режимов генераторного и приёмного трактов, блоков формирования веера характеристик направленности, обработки и индикации.
Полезная модель поясняется чертежами. На фиг. 1 показана структурная схема заявляемого устройства, на фиг. 2 - структурная схема его генераторного тракта, на фиг. 3 - структурная схема приёмного тракта, на фиг. 4 - изображение зоны приёма эхосигналов в плоскости, совпадающей с диаметральной плоскости судна, на фиг. 5 - распределение зон кратности обзора пространства в плоскости, совпадающей с диаметральной плоскостью судна, на фиг. 6 - структурная схема блока обработки, на фиг. 7 - запись результатов лоцирования в режиме 2D, на фиг. 8 - запись результатов при проведении лоцирования в секторе, на фиг. 9 - показаны 3D изображения результатов лоцирования, на фиг. 10 - примеры осциллограмм просматриваемых сигналов, на фиг. 11 - результаты расчета величины NASC, на фиг. 12 - эхограммы лоцирования одного из внутренних водоёмов.
Предлагаемый многолучевой научный эхолот для учёта водных биоресурсов содержит блок управления 1 (фиг. 1), соединённый с управляющими входами генераторного тракта 2, приёмного тракта 3, блока формирования веера характеристик направленности 4, блока обработки 5, блока индикации 6, блока определения пространственного положения зон повторного лоцирования 7 и блока выбора режимов 8, акустическую антенну 9, соединённую с выходом генераторного тракта 2 и с входом приёмного тракта 3, выход которого соединён с последовательно соединёнными блоком формирования веера характеристик направленности 4, блоком обработки 5 и блоком индикации 6; выход блока определения положения судна 10 соединён с блоком расчёта коэффициента уменьшения зоны обзора Кузо 11, выход которого соединён с дополнительным входом блока обработки 5 и с входом блока управления 1; второй выход блока определения положения судна 10 соединён с входом блока определения пространственного положения зон повторного лоцирования 7, выход которого соединён со вторым дополнительным входом блока обработки 5; выход блока выбора режимов 8 соединён с входами генераторного 2 и приёмного 3 трактов, блоков формирования веера характеристик направленности 4, обработки 5 и индикации 6.
Рассмотрим работу предлагаемого устройства для одного из возможных режимов. Блок управления 1 вырабатывает периодически повторяющиеся синхроимпульсы, поступающие в многоканальный генераторный тракт 2 и разрешающие формирование в нём зондирующих сигналов, поступающих на акустическую антенну 9, которая состоит из нескольких активных поверхностей, излучающую в водную среду акустический зондирующий сигнал. Направление излучения и ширина пучка формируемого акустического сигнала определяются амплитудно-фазовыми соотношениями электрических сигналов, поступающих с выхода генераторного тракта на элементы антенны 9 [13]. Один из вариантов структурной схемы генераторного тракта 2 показан на фиг. 2. Он содержит k параллельных каналов, каждый из которых состоит из последовательно соединённых формирователя зондирующего сигнала 12-1, 12-2…12-k, усилителя мощности 13-1, 13-2…13-k, блока согласования 14-1, 14-2…14-k и элементов коммутатора 15-1, 15-2…15-k. Количество каналов k зависит от параметров излучаемого акустического сигнала, и обычно выбирают больше восьми [13].
Акустический сигнал распространяется в среде лоцирования (воде), отражается от дна и от объектов, находящихся в канале лоцирования. Отражённые эхоимпульсы принимаются элементами акустической антенны 9 и соответствующие им электрические сигналы поступают на вход приёмного многоканального тракта 3, где осуществляется их обработка по заданному алгоритму (усиление, частотная фильтрация, преобразование в цифровую форму, децимирование цифровых пакетов и другие операции) [3]. Коммутатор, который обычно присутствует в эхоимпульсных лоцирующих системах [3 с. 181], на структурной схеме фиг. 1 в виде отдельного блока не выделен, а его элементы являются составными частями генераторного 2 и приёмного 3 трактов. На фиг. 3 показан вариант структурной схемы приёмного тракта заявляемого эхолота. Он содержит m параллельных каналов, каждый из которых состоит из последовательно соединённых элементов коммутатора 16-1, 16-2…16-m, блока согласования импедансов 17-1, 17-2…17-m, усилителей 18-1, 18-2…18-m и частотных фильтров 19-1, 19-2…19-m, выходы которых соединены с входами многоканального аналого-цифрового преобразователя (АЦП) 20, выход которого соединён через блок цифровой фильтрации 21 и блок децимации цифровых пакетов 22 с блоком формирования веера характеристик направленности 4. Управляющие входы АЦП 20, блока цифровой фильтрации 21 и блока децимации 22 соединены с выходами блока управления 1 и блока выбора режимов 8.
Электрические сигналы, соответствующие акустическим эхоимпульсам с элементов акустической антенны 9 через элементы коммутатора 16 поступают на блоки согласования импедансов 17, представляющие собой обычно повторители с высоким входным сопротивлением и низким выходным. Для компенсации ёмкостной реактивной составляющей элементов акустической антенны они могут иметь также индуктивные элементы. После усилителей 18 и частотных фильтров 19 аналоговые сигналы поступают на многоканальный АЦП 20, где преобразуются в цифровую форму. Цифровые сигналы с выхода АЦП 20 после дополнительной цифровой фильтрации в блоке 21 и децимации [14, с. 203] в блоке 22, поступают на блок формирования веера характеристик направленности 4, где выполняется формирование N направлений приёма эхосигналов, распределённых в секторе излучения. В зависимости от режимов работы, определяемых структурой управляющих сигналов 23 и 24, вырабатываемых в блоках 1 и 8, (см. фиг. 3), количество направлений приёма N, а также их параметры могут варьироваться в зависимости от задач лоцирования. Также могут изменяться алгоритмы операций выполняемых в блоках 20, 21, 22, 4.
Эхосигналы, соответствующие каждому из N направлений, поступают на вход блока обработки 5, где происходит их дополнительная вторичная обработка. При одном из режимов работы выделяются последовательности эхоимпульсов от отдельных рыб, выполняется подсчёт количества обнаруженных рыб, а затем эта информация передаётся на блок индикации 6, с которого осуществляется её съём оператором.
При использовании средств лоцирования, за счёт движения судна, а также за счёт его качки и рысканья, происходит уменьшение объёма водной среды, из которого происходит приём эхосигналов, по сравнению с озвученным объёмом, в котором распространяется зондирующий сигнал. Это приводит к обнаружению рыбы только из части озвученного объёма и соответственно к заниженным значениям плотности распределения рыбы. На фиг. 4 схематично показано уменьшение угла приёма эхосигналов на угол А1О1А2 по сравнению с углом излучения. Этот угол в общем случае равен:
с
изл
пр
где V - скорость судна, R - максимальная дальность лоцирования, c - скорость звука в среде, α - ширина характеристики направленности антенны 9 (ХН) при излучении, α - ширина ХН при приёме.
Для устранения этой погрешности в устройстве предусмотрен блок определения положения судна 10, который определяет значения скорости судна, величину его крена, дифферента, а также угловую скорость рысканья. Эти величины подаются в блок 11, где постоянно рассчитывается поправочный коэффициент уменьшения зоны обзора Kузо, являющийся отношением объема водной среды, из которого могут быть приняты эхосигналы к объёму, в котором распространяется зондирующий сигнал до максимальной дистанции лоцирования Rmax. Значения коэффициента Кузо поступают на дополнительный вход блока обработки 5, в котором обнаруженное за цикл лоцирования количество рыб корректируют, разделив её значение на коэффициент Kузо, а в блоке управления 1 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. Подробно методика расчёта коэффициента Кузо рассмотрена в патенте [7].
При перемещении судна часть участков среды будет лоцироваться несколько раз, и при наличии в них различных объектов (рыбы и других морепродуктов) эхосигналы от этих объектов будут приняты также несколько раз, что вызовет ошибки при конечном подсчёте количества обнаруженной рыбы. На фиг. 5 показан пример распределение для рыбопоискового эхолота зон кратности обзора пространства в плоскости, совпадающей с диаметральной плоскостью судна. Из рисунка видно, что до расстояний равных Rлоц все обнаруженные объекты будут посчитаны однократно. С увеличением расстояния часть объектов будет подсчитана один раз, а часть объектов - два раза, затем - два и три раза и так далее.
Для оценки действительного количества обнаруженных объектов с блока определения положения судна 10 значения скорости судна, величины его крена, дифферента и угловой скорости рысканья поступают на вход блока определения пространственного положения зон повторного лоцирования 7, где для каждого i-того обнаруженного объекта рассчитывается коэффициент кратности обзора пространства Ккоп, представляющий собой усреднённое число повторений обнаружения этого объекта. Значения коэффициента Ккоп подаются на второй дополнительный вход блока обработки 5, в котором количество обнаруженных целей H рассчитывают как
,
где i – индекс (номер) обнаруженного эхосигнала от объекта находящегося в канале лоцирования. Подробно методика расчёта коэффициента Ккоп рассмотрена в патенте [8].
Рассмотрим подробнее структуру и операции, выполняемые блоком обработки 5. Один из вариантов его структурной схемы показан на фиг. 6. Он содержит блок согласованного приёма эхосигналов с различной структурой 25, блок пороговой обработки 26, блоки селекции одиночных целей 27 и донного сигнала 28, блок стационаризации сигналов по законам ВАРУ 29, блок формирования расщеплённых лучей 30, блок определения параметров рыбы, эхосчёта и эхоинтегрирования 31, блок отображения придонного слоя (система «Дно») 32, блок формирования 3D изображений 33 и блок хранения информации 34. Связь блока обработки 5 с остальными системами эхолота выполняется по Etehrnet каналу, через модуль связи 35.
Цифровые сигналы поступают на вход блока согласованного приёма эхосигналов 25, где выполняется их оптимальная обработка. В эхолоте могут использоваться зондирующие сигналы различной длительности и разной структуры – тональные радиоимпульсы с прямоугольной огибающей, линейно частотно модулированные (ЛЧМ) радиоимпульсы. Кроме сигналов на приёмный тракт воздействуют различные помехи. В соответствии с этим в блоке 25 выбирают различные алгоритмы совместной обработки эхосигналов и помех. Блок пороговой обработки 26 выполняет ограничение по минимуму принятых эхосигналов с порогом ограничения, зависящим от уровня помех. При необходимости просмотра структуры всех сигналов, снимаемых с выхода приёмного тракта, этот порог может быть равен нулю. В блоках 27 и 28 выполняется селекция донного эхосигнала и эхосигналов от одиночных объектов, для которых затем в блоке 29 выполняется стационаризация по законам ВАРУ. Причём для донного и для эхосигналов от одиночных объектов могут использоваться разные законы ВАРУ изменения уровней сигналов, например, 20logR+2βR и 40logR+2βR, где R - расстояние до объекта лоцирования, β - коэффициент поглощения акустического сигнала в воде.
Для определения параметров обнаруженных рыб в блоке 30 выполняется формирование расщеплённых лучей для каждого направления приёма эхосигналов. В блоке 31 выполняется определение параметров рыб, эхосчёт и эхоинтегрирование количества обнаруженной рыбы за определённый временной интервал или на заданной дистанции хода судна. При этом учитываются значения коэффициентов Кузо и Ккоп, рассчитанных в блоках 7 и 11.
Результаты лоцирования передаются в блок индикации 6, где они могут быть представлены в различных видах.
На фиг. 7 показан вариант записи результатов лоцирования в режиме 2D при работе заявляемого устройства в режиме однолучевого эхолота. В левой части эхограмм показано текущее значение глубины для последнего цикла лоцирования, распределение обнаруженных объектов в сечении пучка акустического сигнала, гистограмма силы цели обнаруженных объектов. В верхней части могут быть расположены «кнопки» для выбора режимов работы и вида представляемой информации. В нижней части расположена цветовая шкала и её соответствие значениям силы цели обнаруженных объектов. В центре расположены основные результаты лоцирования, справа от них – осциллограмма высокочастотных сигналов для текущего цикла лоцирования, а также могут располагаться дополнительные элементы для выбора и настройки режимов работы эхолота.
На фиг. 8 показаны записи результатов при проведении лоцирования в секторе, равном 90°. В нижней части эхограмм расположены отметки от донных сигналов, а выше - отметки от косяков и от отдельной рыбы. Цвет эхограммы определяет уровень отражённых эхосигналов.
Первичные результаты лоцирования при необходимости могут сохраняться в блоке хранения информации 34 (фиг. 6). Затем их можно будет просматривать и выполнять их дальнейшую обработку, при которой можно строить, например, 3D изображения результатов лоцирования.
На фиг. 9 показаны 3D изображения, полученные при проведении секторного лоцирования поперёк русла реки в районе расположения опор моста, а также при лоцировании рыбы.
Кроме режимов, позволяющих отображать результаты лоцирования, в заявляемом эхолоте имеются также режимы, позволяющие выполнять просмотр основных сигналов при их прохождении в блоках эхолота. На фиг. 10 показаны примеры осциллограмм просматриваемых сигналов, полученных при проведении калибровки эхолота по эталонной сфере. Показаны: осциллограмма эхосигнала принимаемого по одному лучу, его фаза, разности фаз между сигналами, снимаемыми с отдельных участков расщеплённого луча для данного направления приёма, порог TS (порог ограничения, устанавливаемый оператором при поиске одиночных целей), изменение коэффициента передачи эхосигналов при их стационаризации в блоке 29 ВАРУ.
Для подтверждения технических характеристик предлагаемого эхолота был изготовлен его опытный экземпляр, и проведены испытания на внутренних водоёмах, на Азовском и Каспийском морях. На фиг. 11 представлены совмещенные результаты расчета величины NASC (Nautical area scattering coefficient) - интегральная величина биомассы рыб на одну морскую милю вдоль траектории движения научно-исследовательского судна «Исследователь Каспия», полученные в результате обработки гидроакустических данных заявляемого научного многолучевого эхолота и научного эхолота Simrad EK60. Видно качественное и количественное совпадение полученных результатов. Разбросы данных в величине NASC, не превышающие 10% и могут быть объяснены различными рабочими частотами этих приборов 200 кГц и 120 кГц.
На фиг. 12 показана эхограмма лоцирования одного из внутренних водоёмов, выполненных одновременно заявляемым эхолотом и эхолотом Simrad EY500. Отмечены одиночные рыбы, зарегистрированные только заявляемым эхолотом, что объясняется его более широкой полосой обзора.
Рассмотрим основные режимы работы заявляемого эхолота и варианты представляемой информации о результатах лоцирования. Эхолот может выполнять:
- Многолучевое секторное лоцирование.
- Количество акустических лучей в пределах сектора обзора и степень их взаимного перекрытия исключают возможность пропуска целей при движении судна.
- Лоцирование в одном секторе с направлением и шириной сектора устанавливаемым оператором.
- Лоцирование в режиме ГБО.
- Отображение результатов в виде 2D изображения последовательности циклов лоцирования.
- Предусмотрена возможность формирования на индикаторе до пяти эхограмм с выбираемых оператором направлений в пределах сектора обзора.
- В эхолоте обеспечивается автоматическое слежение за донной поверхностью с индикацией текущего расстояния до дна.
- Построение по сохранённым результатам секторного лоцирования 3D изображений.
- Построение результатов лоцирования для объектов, расположенных в слое водной акватории. Толщина и глубина залегания слоя задаются оператором.
- Эхолот выполняет оценку биомассы промысловых объектов, определяет размерный ряд для одиночных рыб и для разреженных скоплений.
- В эхолоте предусмотрен режим калибровки его отдельных лучей с помощью эталонного отражателя, в качестве которого может служить, например, карбид-вольфрамовая сфера диаметром 38,1 мм.
- В эхолоте имеется режим просмотра основных сигналов при их прохождении в блоках эхолота.
- В эхолоте обеспечивается обмен необходимыми NMEA сообщениями (NMEA 0183 «National Marine Electronics Association» - стандарт, определяющий текстовый протокол связи морского оборудования между собой.).
Источники информации
1. http://www.simrad.com/ek15
2. http://www.simrad.com/ey60
3. Кобяков Ю.С., Кудрявцев Н.Н., Тимошенко В.И. Конструирование гидроакустической рыбопоисковой аппаратуры. - Л. Судостроение, 1986. - 272 с.
4. Юданов К.И. Гидроакустическая разведка рыбы. - СПб.: Судостроение, 1992. - 192 с.
5. Olsen K. Fish behavior and acoustic sampling. // Intern. symp. on fish. acoust., 1987, Seattle, USA, 28 p.
6. 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.
7. Патент RU 2421755 «Способ и устройство для поиска и подсчёта рыбы». МПК G01S 15/96. Заявка 2010108610/28 от 09.03.2010. Опубликовано 20.06.2011.
8. Патент RU 2558003 «Устройство для поиска и подсчёта рыбы». МПК G01S 15/96, A01K 79/00. Заявка 2014114807/28 от 14.04.2014. Опубликовано 27.07.2015.
9. Патент RU 2275654 «Устройство для поиска и обнаружения рыбы». МПК G01S 15/96. Заявка 200413060/09 от 21.10.2004. Опубликовано 27.04.2006.
10. Патент ЕР 2518528 «Method and apparatus for measuring target length, and computer readable media storing target length measurement program». МПК G01S 15/96, G01S 7/539. Заявка 12162672.5(22) от 30.03.2012 с приоритетом JP 2011097756 от 26.04.2011. Опубликовано 31.10.2012.
11. Патент GB 2425595 «Acoustic echo sounder for locating and quantifying a target». МПК G01S 15/96, G01S 7/539. Заявка 0605579.2 от 20.03.2006, с приоритетом JP 2005095000 от 29.03.2005. Опубликовано 01.11.2006.
12. Патент US 20170097416 «Detection apparatus, fish finder, and radar». МПК G01S 15/96, G01S 7/62, G01S 15/89. Заявка 15/160,666 от 20.05.2016. Опубликовано 06.04.2017.
13. Смарышев М.Д., Добровольский Ю.Ю. Гидроакустические антенны. - Л. Судостроение, 1984. - 300 с.
14. Гольденберг Л.М., Матюшкин Б.Д., Поляк М.Н. Цифровая обработка сигналов. Справочник. - М. Радио и связь, 1985. - 312 с.