О необходимости разработки имитационно-тренажерного комплекса для гидролокатора бокового обзора, ориентированного на поиск и оценку рыбных скоплений

Для больших ГАК с антенной сложной формы и числом элементарных каналов 5х103 и более, где общая вычислительная производительность ППС должна составлять 1011 - 1012 операций в секунду, необходим прибор с существенно более развитой сигнальной частью. Создание такого прибора на базе микропроцессоров КМ6404 и универсальной ЭВМ на микропроцессоре МЦСТ Я500 с условным названием «Прибор-16Д» прорабатывается совместно ЦНИИ «Морфизприбор», НТЦ «Модуль» и ЗАО «МЦСТ».

Таким образом, базовые вычислительные средства для ЦВК ГАК и ГАС нового поколения можно представить как приборы ППС и УЭВМ для больших комплексов и ВК-27 для широкого класса ГАС и ГАК, где задачи ППС и УЭВМ, решаемые на перспективной элементной базе, могут быть размещены в одном приборе.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Лисс А.Р., Рыжиков А.В., Челпанов А.В. Цифровой вычислительный комплекс современных гидроакустических систем // Научно-технический сборник «Гидроакустика». В.2. - СПб, 2000.

2. Лисс А.Р., Рыжиков А.В. Базовые вычислительные средства для цифровой обработки сигналов в системах реального времени // «Информатика, управление и компьютерные технологии». Известия СПбГЭТУ. Вып.1. - СПб, 2003.

3. Мальцева Н.В., Рыжиков А.В., Селеджи Г.Ц. Производительность ЭВМ серий «Багет» и «Эльбрус» в гидроакустических системах // Труды Шестой Международной конференции «Прикладные технологии гидроакустики и гидрофизики». - СПб, 2002.

4. Андреев М.Я и др.. Базовый ЦВК для ГАС и ГАК на основе ВК «Эльбрус-90микро» и сигнальных процессоров Л1879ВМ1/ВМ2 // Труды Седьмой Международной конференции «Прикладные технологии гидроакустики и гидрофизики». -СПб, 2004.

О НЕОБХОДИМОСТИ РАЗРАБОТКИ ИМИТАЦИОННО-ТРЕНАЖЕРНОГО КОМПЛЕКСА ДЛЯ ГИДРОЛОКАТОРА БОКОВОГО ОБЗОРА, ОРИЕНТИРОВАННОГО НА ПОИСК И ОЦЕНКУ РЫБНЫХ СКОПЛЕНИЙ

А. В. Ходотов, А. Н. Долгов

КБ Морской электроники «Вектор», г. Таганрог

Гидролокаторы бокового обзора (ГБО) относятся к классу специальных гидроакустических приборов, предназначенных для поиска объектов, расположенных на дне или в придонном слое воды. Наиболее широко распространены буксируемые ГБО, используемые для поиска затонувших объектов на больших глубинах. ГБО являются гидроакустическими средствами активной локации с нетрадиционной интерпретацией системы отображения эхосигналов от донных объектов (совокупность эхосигналов от объектов и их так называемых теней).

Буксируемые ГБО наиболее широко используются при поиске затонувших предметов или “осмотре” подводных инженерных сооружений (трубопроводы, коллекторы и т.д.) на глубинах свыше 50 метров. На мелководье (глубины менее 10 метров) и ограниченных водных акваториях буксируемые ГБО практически не применяются в связи с проблемами нестационарного движения и, соответственно, большой вероятностью повреждения носителя при выводе его на заданную глубину.

Госкомрыболовством России была поставлена задача создания переносного гидроакустического оборудования, позволяющего проводить поиск и оценку запасов

рыб на мелководье. А именно, необходимо было оценивать запасы взрослых особей осетровых на Северном Каспии (глубины от 3 до 10 метров) и запасы судака и леща в заливах Балтийского моря (глубины от 1,5 до 5 метров), а также использовать это оборудование для прибрежного рыболовства.

Если обнаружение и количественная оценка рыбных скоплений на средних (100-300 м) и больших (500-1000 м) глубинах с помощью гидроакустических приборов (эхолотов и гидролокаторов) [1] не встречает особых затруднений, то их поиск и подсчет рыб на мелководье (2-10 м) является сложной научно-технической задачей. Это связано с тем, что под действием гидродинамического напора воды и шумов движущегося судна рыба пугается и делает броски в сторону от его курса. Естественно, они не попадают в зону обзора эхолота. Тем не менее они могут быть зафиксированы судовым ГБО, имеющим ножевидные (узкие в горизонтальной и широкие в вертикальной плоскостях) характеристики направленности, ориентированные по траверзу судна.

Разработка и испытания комбинированного гидроакустического комплекса ПЭВ-К, включающего традиционный эхолот и два канала ГБО, показали его высокую эффективность при поиске и подсчете рыб на мелководье, а также поиске малоразмерных объектов, расположенных на дне [2, 3]. Испытания ПЭВ-К проводились в Таганрогском заливе Азовского моря, а опытная эксплуатация проведена на Северном Каспии и Куршском заливе Балтийского моря на глубинах от 1,5 до 8 метров. Грунты донной поверхности были разнообразными - от жидкого ила, глинистопесчаного, до каменистого (небольшие валуны). Работа на ПЭВ-К осуществлялась разработчиками аппаратуры и гидроакустиками научно-исследовательских судов НИИ рыбного хозяйства. Если работа с традиционным эхолотным трактом ПЭВ-К особых затруднений не вызывала, то работа с трактами ГБО требовала определенных знаний и опыта по интерпретации эхосигналов в системах отображения гидроакустической информации. Для ГБО гидроакустическая информация представляется в виде сонограммы с отметками от целей с их тенями. При этом в процессе работы требовалась оперативная настройка усиления и ВАРУ в зависимости от изменяющихся типов грунтов, размеров целей и установленного диапазона. По “протяженности” отметок целей, размеру и отстоянию их “теней” от самих объектов, можно было судить (учитывая скорость судна) о размерах целей (горизонтальных и вертикальных) и удаленности их от донной поверхности. При этом эхосигналы от целей и их тени имели разную контрастность и различимость на фоне донной реверберации, зависящей от вида грунта. Расстояние до цели определялось по расположению на сонограмме отметки эхосигнала с учетом угла наклона оси характеристики направленности (ХН) антенны ГБО в вертикальной плоскости, а также с учетом глубины места. В зависимости от того, где расположена цель, в зоне “свободной воды” или зоне донной реверберации, эхосигналы (отметки от целей) имели большую или меньшую различимость. На фоне мягких (илистых и глинистых) грунтов отметки от целей были более различимы. На фоне каменистого дна цели маскировались эхосигналами от дна и были практически не различимы на их фоне. Кроме того, на результаты обнаружения и размерную классификацию целей оказывали также влияние длительность и мощность зондирующих импульсов.

Учитывая множество внешних факторов, влияющих на оптимальную в конкретных условиях настройку аппаратуры и опыт двухлетней эксплуатации ПЭВ-К, можно предположить, что для оператора, работающего с ГБО, потребуется длительное время на освоение такой гидроакустической аппаратуры. Особенно это актуально в условиях резко меняющейся гидрологической и промысловой обстановки. В настоящее время два комплекса ПЭВ-К уже установлены на двух научноисследовательских судах НИИ рыбного хозяйства - АтлантНИРО и КаспНИРХ. Несмотря на то, что в первых четырех научных рейсах принимали участие представители разработчика аппаратуры, у пользователей ПЭВ-К постоянно возникали вопросы

по оптимальной настройке аппаратуры, процедуре калибровки трактов, анализу и расшифровке записанных эхосигналов (эхограмм и сонограмм).

Поэтому для ГБО, являющегося частью ПЭВ-К, необходимо создание имитационно-тренажерного комплекса и организация соответствующей подготовки спе-циалистов-гидроакустиков. Такая постановка вопроса не является оригинальной, потому что тренажеры для подготовки гидроакустиков используются традиционно. Специалистами рыбной отрасли также делались попытки создания тренажеров для обучения сотрудников НИИ рыбного хозяйства по работе с научными эхолотами [4].

Предлагаются следующие требования к имитационно-тренажерному комплексу тракта ГБО, входящему в состав ПЭВ-К.

1. Моделирование следующих компонент эхосигналов, поступающих на вход антенного тракта ГБО:

- эхосигналов от целей *;

- объемной реверберации;

- эхосигналов от донной поверхности (донной реверберации);

- приповерхностной реверберации от волнения моря;

- шумов движущегося судна.

* В качестве целей должны быть смоделированы: одиночные рыбы (придонные и пелагические), рыбные скопления, донные неровности (камни, валуны) и искусственные цели (трубопроводы, затонувшие объекты произвольной формы и др.).

2. Учет геометрии ХН антенны ГБО и соответствующего изменения уровня сигналов в динамическом диапазоне не менее 20 дБ.

3. Учет гидрологической обстановки: температура и соленость воды, волнение моря, уровень объемной реверберации.

4. Учет характера донной поверхности - тип грунта: илистый, песчаный и каменистый (мелкая и крупная галька, скалы) и их комбинация.

5. Учет параметров излучаемых (зондирующих) импульсов и характеристик приемного тракта (усиление, закон ВАРУ, алгоритмы первичной обработки сигналов и т.д.).

6. Реализация системы вторичной обработки и отображения гидроакустической информации со всеми органами пульта управления или меню. Целесообразно использование программного обеспечения реального пульта управления ГБО (ПЭВ-К).

7. Возможность воспроизведения на имитаторе ГБО выполненных оператором упражнений.

8. Возможность воспроизведения на имитаторе ГБО реальных записей, полученных во время работы ПЭВ-К в морских условиях.

9. Возможность задания на базе электронных карт реальных морских районов искусственно сформированного полигона с установленными инструктором целями.

В состав имитационно-тренажерного комплекса должен входить пульт инструктора, с помощью которого можно изменять гидрологическую обстановку, глубину моря, задавать наклон донной поверхности или ее топографию (на основе изобат района), располагать в водном пространстве и на дне неподвижные и подвижные (рыбные) объекты, задавать размеры и векторы движения целей, задавать форму целей и т. д.

Создание имитационно-тренажерного комплекса, кроме основной задачи по подготовке гидроакустиков для работы с трактом ГБО ПЭВ-К, позволит:

- оптимизировать алгоритмы вторичной обработки эхосигналов и систему

отображения ПЭВ-К:

- разработать систему постпроцессинговой обработки накопленных данных,

ориентированной на классификацию и подсчет одиночных особей рыб;

- разработать программы построения трехмерных изображений рельефа донной поверхности на основе данных эхолота и ГБО.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Юданов К.И. Гидроакустическая разведка рыбы.- СПб.: Судостроение, 1992. -192с.

2. Dolgov A.N., Kudryavtsev N.N., Tarasov S.P., Voronin V.A. Portable panoramic echo-sounder-videoplotter designed for fish industry activities in shallow waters. “Improvement of instrumental methods for stock assessment of marine organisms”. Murmansk PINRO Press 2004, p. 15-18.

3. Долгов А.Н., Ходотов А.В. Результаты испытаний панорамного эхолота-видеоплоттера ПЭВ-К по искусственным целям на мелководье // Труды Седьмой Международной конференции “Прикладные технологии гидроакустики и гидрофизики”, 8-10 июня 2004 г. СПб. - С. 122-124.

4. Бердичевский З.М., Фимина Е.И. Опыт тренажерной подготовки по акустическим методам количественной оценки промысловых объектов. Рыбное хозяйство. Сер. Промысловая радиоэлектронная аппаратура: Обзорная информация/ЦНИИТЭИРХ; Вып.2. - М., 1988. - 60 с.

МОРСКАЯ ОТРАБОТКА НОВЫХ ТЕХНИЧЕСКИХ РЕШЕНИЙ ГИДРОАКУСТИЧЕСКОЙ СТАНЦИИ С ГИБКОЙ ПРОТЯЖЕННОЙ БУКСИРУЕМОЙ АНТЕННОЙ ДЛЯ НАДВОДНЫХ КОРАБЛЕЙ М. Я. Андреев, В. В. Клюшин, С. Н. Охрименко, В. С. Перелыгин

ФГУП «ЦНИИ "Морфизприбор"», г.Санкт-Петербург

В настоящее время проводится комплекс работ по созданию гидроакустических средств нового поколения и в том числе ГАС с гибкими протяженными буксируемыми антеннами для оснащения подводных лодок и надводных кораблей.

Для апробации в натурных условиях новых технических решений, алгоритмического и программного обеспечения в период 2002 - 2003гг. на НК Северного флота была проведена морская отработка [1,2]. Проверка в реальных морских условиях научно-технических и конструкторско-технологических решений, кроме получения ряда новых научных данных, позволяет существенно сократить период их внедрения в современные гидроакустические средства.

В процессе выполнения морской отработки были поставлены и решены следующие задачи:

- выход в наиболее важные районы мелкого моря для изучения и оценки гидрологоакустических условий, оценки помехосигнальной и реверберационной ситуации, спектрально-энергетических характеристик различных классов целей в низком звуковом диапазоне частот в режимах шумопеленгования и гидролокации (активнопассивная ГАС с ГПБА);

- оценка эффективности по результатам проверки в натурных условиях, алгоритмического и программного обеспечения ГАС с ГПБА;

- оценка в реальных условиях отдельных конструкторско-технологических решений, предполагаемых к применению в ГАС с ГПБА (антенн и их конструктива, излучателей и ЦВК);

- проверка новых перспективных вычислительных средств и их ПО;