Применение сложных сигналов в практике морских исследований дна морей и Мирового океана на примере гидролокатора бокового обзора дальнего действия (ГБО дд ) «Океан»

В.А. Фоменко

ПРИМЕНЕНИЕ СЛОЖНЫХ СИГНАЛОВ В ПРАКТИКЕ МОРСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ ДНА МОРЕЙ И МИРОВОГО ОКЕАНА НА ПРИМЕРЕ ГИДРОЛОКАТОРА БОКОВОГО ОБЗОРА ДАЛЬНЕГО ДЕЙСТВИЯ

(ГБО ДД ) «ОКЕАН»

При проведении работ на больших акваториях по исследованию поверхности дна глубоководных районов морей и Мирового океана применение высокопроиз -водительных аппаратурных морских комплексов позволяет существенно сократить время на обследование и изучение параметров и геоморфологических характеристик дна, и в случае необходимости планировать новые, более детальные работы по результатам выполненных работ.

Интенсивные научные исследования и хозяйственное освоение ресурсов Мирового океана, его шельфовой части и мелководий стимулируют поиск новых методов и новых технических решений при проектировании гидроакустической аппаратуры. Особо актуальной становится задача мониторинга экологического состояния дна морей и океанов. Развитие сети подводных нефтяных и газовых трубопроводов, строительство огромных портовых и других инженерных сооружений в прибрежной части, загрязненные и замусоренные стоки больших и малых рек, подводные оползни и вызываемые ими огромные турбидитные грязекаменные потоки, проявления деятельности подводных грязевых вулканов существенным образом влияют на экологическое состояние дна и акваторий, а также прилегающих территорий суши. Актуальным является также мониторинг состояния подводных рудопроявлений (железомарганцевые конкреции, кобальтоникелевые корки, сульфидные руды и т. д.) во время их разработки. В этом случае применение гидролокатора также может оказаться весьма полезным, поскольку позволит оперативно произвести обзор большой площади дна и выявить отдельные участки дна для дальнейших, более детальных исследований. Как показала практика, перспективным для решения вышеперечисленных задач является гидролокатор дальнего действия «Океан», созданный специалистами ГНЦ «Южморгеология» в 1996 г. с участием специалистов ИФЗ РАН г. Фрязино. Преимущества сложных сигналов нашли теоретическое обоснование и практическое приложение в наземных сейсмических исследованиях, радиолокации и радиосвязи. В наземной невзрывной сейсморазведке уже к 1988 г. был накоплен [1] большой объем теоретических и экспериментальных данных, подтверждающих некоторые преимущества сложных сигналов с линейной частотной модуляцией (ЛЧМ-сигналов), а также с псевдослучайными последовательностями и шумоподобными сигналами. В настоящее время в морской сейсморазведке успешно осваиваются вибрационные методы, основанные на сложных сигналах. Теоретические проработки применения сложных сигналов (в диапазоне первых десятков килогерц) зачастую не имели дальнейшего применения в практике создания гидроакустической аппаратуры из-за необходимости проведения большого количества вычислений в реальном масштабе времени, что требовало наличия в составе аппаратуры быстродействующих компьютеров в индустриальном исполнении. Первый ГБО «Глория» [2], использующий сложные сигналы, был создан в Англии. С помощью ГБО ДД “GLORIA” в короткие сроки в рамках национальной программы было выполнено исследование морской экономической зоны США и ряда других стран. По результатам этих работ были изданы атласы сонограмм, которые и в настоящее время представляют практический интерес для ученых.

Таким образом, новейшие технические достижения в области применения сложных сигналов предоставили возможность для детального изучения экономических морских зон, что считалось трудновыполнимой задачей при традиционно применяемых геофизических и технических средствах. Первые успехи применения сложных сигналов были получены в институте «Океанология» АН СССР, где впервые в СССР в 1984 году был создан рабочий макет гидролокатора, работающий на сигналах с линейной частотной модуляцией. В короткие сроки для решения задач по картированию океанского дна с целью поиска и разведки железомарганцевых конкреций на абиссали Тихого океана в институте «НИПИокеангео-физика» входящего тогда в состав НПО “Южморгеология”, был создан и внедрен опытный образец аппаратуры гидролокатора дальнего действия “Океан”, работающий на сигналах с линейной частотной модуляцией.

Уже в начале 90-х годов ХХ в. впечатляющие успехи по съемке дна обширной зоны абиссальной равнины Кларион-Клиппертон в Тихом океане были достигнуты благодаря внедрению в практику геологоразведочных работ первого оте -чественного ГБО ДД “Океан” на ЛЧМ-сигналах. В сжатые сроки (в течение одного рейса) была выполнена съемка более сотни тысяч квадратных километров дна с качественными информативными данными, что позволило сократить время, отведенное для изучения данного района и подачи заявки в международный орган при ЮНЕСКО для регистрации и закрепления изученного участка за СССР, приемником которого стала Российская Федерация ( рис 1). В настоящее время ГБО ДД “Океан” продолжает успешно эксплуатироваться в ФГУНПП ПМГРЭ г. Санкт-Петербурга при решении сложных задач геоморфологического, геологического и инженерно-геологического содержания по международным и отечественным программам. С его участием отработано более 12 отечественных и международных программ. Наиболее значимые работы с участием ГБО ДД “Океан” были выполнены по контракту с Южно-Африканской Республикой по изучению геологических объектов в Индийском океане (1992). В соответствии с международной программой обучения студентов под эгидой ЮНЕСКО в Средиземном море и Атлантическом океане ( Плавучий университет) с данной аппаратурой были выполнены 6 рейсов. Проводились также широкомасштабные работы по исследованию гайо-тов в Марианской котловине Тихого океана, по исследованию континентального склона Болгарии и Румынии в Черном море и многие другие. В 1998 г. по контракту с немецкой фирмой “ОСАЕ” была выполнена, пожалуй, одна из самых уникальных работ по обследованию предполагаемых трасс будущих оптоволоконных линий связи (трансатлантические кабели) «Европа - Северная Америка». Уникальность данной работы заключалась в протяженности обследуемых трасс, что составило более 8 тысяч километров, при допуске брака 1 % (по условиям контракта) в 5-6-бальный шторм с шириной полосы обзора по дну не менее 30 км на оба борта. Скорость буксировки забортной части в среднем составляла 8 узлов. По заключению фирмы OSAE (Германия) и представителей Southampton Oceanography Centre (Англия), качество полученных материалов подтверждают хорошие эксплуатационные характеристики аппаратуры “Океан”.

В конце 1999 г. аппаратура ГБО ДД “Океан” участвовала в контрактных работах по исследованию участков Средиземного моря южнее острова Крит и Эгейского моря севернее острова Родос совместно с университетами г. Афины (Греция) и г. Гамбурга (ФРГ). В результате этих работ на дне Средиземного моря впервые была открыта и однозначно интерпретирована цепь грязевых вулканов (рис.2) и отдельные вулканы с поперечником в диаметре до 5 км. Перечень выполненных работ обширный, но важно подчеркнуть, что интерес, проявленный к данной ап-

паратуре, несомненно, заложен в ее достоинствах и один из основных - это применение сложных сигналов.

П!«!ТЙ1. »-.НИ «I Й( «II11 I< (ИМ» '«»«М* «V«МЛ

НОШММШН 11«

N1»« ибЫЯЯОГ* »0 «М1 СЛШи «1 С*М*

Рис. 1. Мозаика сонограмм ГБО-ДД “Океан" грязевых вулканов на дне Средиземного моря южнее о.Крит

Рис. 2. Мозаика сонограмм ГБО-ДД “Океан ” конуса выноса дельты р. Дунай

ГБО ДД “Океан” имеет следующие технические характеристики [3]: рабочая частота - 9,5 кГц, девиация частоты до 256 Гц, длительность излучения - от 1 до 8 с, мощность передатчиков - 1,5-2 кВт, рабочие глубины моря - от 25 до 8000 м, ширина полосы обзора - до 30 км. Максимальная акустическая мощность излучения - порядка 0,8 Квт. Обтекаемый носитель забортной аппаратуры нейтральной плавучести с весом на воздухе 480 кг, длиной 4,5 м может буксироваться

за судном со скоростью 6-8 узлов. Внедрение сложных сигналов в параметрической аппаратуре ведется коллективом ведущих специалистов ряда городов России: Таганрога, Санкт-Петербурга, Москвы, Пушкина, Геленджика, Уральска. Ряд достижений в этой области внедрен коллективом авторов многих инновационных решений: С.П. Тарасовым, В.И. Тимошенко и др. (ТРТУ, г. Таганрог) [4, 5] в практику создания новых гидроакустических систем нового поколения.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Шнеерсон М.Б., Майоров В.В. Наземная невзрывная сейсморазведка. - М.: Недра, 1988.

2. GLORIA. DEEP OCEAN SURVEY. Рекламный проспект. - The Marconi Company Limited, 1987.

3. Руководство по эксплуатации ГЛБО “Океан”. АЮК. 077.00.00.000 РЭ. - Геленджик: НИПИокеангеофизика, 1991.

4. Воронин В.А., Тарасов С.П., Тимошенко В.И. Гидроакустические параметрические системы. - Ростов на Дону: Ростиздат, 2004. - 40с.

5. Тарасов С.П. Нелинейное взаимодействие акустических волн в задачах гидролокации // Автореферат диссертация на соискание ученой степени доктора техн. наук. - Таганрог: ТРТУ, 1998. - С. 410.

А.В. Воронин, В.А. Воронин, П.П. Пивнев

К ВОПРОСУ КОНТРОЛЯ ПОЛОЖЕНИЯ ПОДВОДНЫХ И ЗАИЛЕННЫХ ЧАСТЕЙ ОПОР МОСТОВ

Контроль состояния заиленных и подводных частей опор мостов связан с безопасностью эксплуатации мостов. Большое количество мостов в мире построено многие десятки лет назад и первоначальное расположение опор и их подушек относительно поверхности грунта не соответствует их нынешнему состоянию. Это связано с тем, что течение реки размывает грунт у свай с одной стороны и намывает с другой, давление моста на опоры деформирует фундаменты (подушки) опор, при этом части, расположенные первоначально в грунте, могут оказаться в воде над грунтом, что приводит к их большому износу.

Состояние и расположение частей опор мостов в настоящее время контролируется в недостаточной мере, поскольку части, расположенные над грунтом, еще можно проконтролировать, например, оптическим способом, а части, расположенные под грунтом, этим способом не проконтролируешь.

В настоящей работе приведены результаты экспериментальных работ по контролю частей опор моста акустическими методами. Для проведения этих работ использовались два вида акустических приборов: гидролокатор бокового обзора и параметрический профилограф. Гидролокатор бокового обзора позволяет просматривать поверхность дна водоема, определять рельеф дна, в том числе и у опоры, и обнаруживать различные объекты, расположенные на дне и над дном. Параметрический профилограф за счет узкого безлепесткового луча на низких частотах позволяет обнаружить объекты в грунте до его глубин 10 - 50 м и поэтому может применяться для контроля положения подгрунтовой части опор моста и их фундаментов. Ниже приведены результаты экспериментальных работ по контролю частей опор моста на реке Хан в районе Сеула.

На рис. 1 приведены эхограммы опор моста и рельефа грунта в районе опор моста для тройной и двойной опор, полученные гидролокатором бокового обзора