Опыт проведения исследований дна и донных отложений арктических морей гидролокационными комплексами с ЛЧМ зондирующими сигналами

Раздел I. Гидроакустические методы экологического мониторинга океана

УДК 551.463.621.391 DOI 10.23683/2311-3103-2017-8-6-16

В.И. Каевицер, А.П. Кривцов, И.В. Смольянинов, А.В. Элбакидзе

ОПЫТ ПРОВЕДЕНИЯ ИССЛЕДОВАНИЙ ДНА И ДОННЫХ ОТЛОЖЕНИЙ АРКТИЧЕСКИХ МОРЕЙ ГИДРОЛОКАЦИОННЫМИ КОМПЛЕКСАМИ С ЛЧМ ЗОНДИРУЮЩИМИ СИГНАЛАМИ

Для решения задач информатизации арктических районов, освоения месторождений углеводородов, обеспечения судоходства по Северному морскому пути, охраны государственных границ одним из важных направлений является создание отечественных средств освещения подводной обстановки, картографирования дна и донных отложений. Проявления глобального потепления в Арктике, в последние годы, привело к существенному улучшению ледовой обстановки и возможности проведения гидрографических работ с существенно меньшими затратами. Потребовалось создание отечественных гидролокационных систем для оборудования исследовательских судов. В статье рассмотрен опыт разработок в ФИРЭ им. ВА. Котельнико-ва РАН гидролокационных комплексов, обладающих высокой энергетикой и помехозащищенностью при использовании сложных зондирующих сигналов (линейная частотная модуляция) и оптимальных методов обработки эхосигналов. Разработанный гидролокационный комплекс АГПС-200 был успешно применён для изучения и мониторинга морского дна при выполнении проекта "Поларнет" в сложных ледовых условиях Арктики. На основе полученного опыта для решения поставленной задачи разработан и создан экспериментальный образец малогабаритного гидролокационного комплекса АГПС-300 "Кедр". Комплекс совмещает в себе интерферо-метрический и амплитудный гидролокатор бокового обзора, высокочастотный промерный эхолот и низкочастотный профилограф с единым управляющим контроллером, одной регистрирующей вычислительной машиной. При этом зондирующие импульсы всех систем излучаются одновременно, что снижает влияние приборов друг на друга, обеспечивая электрическую и акустическую совместимость. Приведены примеры практического применения малогабаритного многофункционального гидролокационного комплекса нового поколения АГКПС 300 «Кедр» по трехмерному акустическому картированию морского дна в Баренцевом море при глубинах 200-300 метров. Обнаружен район с большим количеством выходов газа, маркируемых покмар-ками. Проведена научная интерпретация данных проявлений с точки зрения геологического и тектонического строения дна данного района. Подтверждена перспективность применения разработанного гидролокационного комплекса и программно-технических средств для обеспечения научных и инженерных исследований дна на шельфе, в том числе и арктических морей.

Гидроакустические системы; многолучевой эхолот;интерферометрический гидролокатор бокового обзора; батиметрия морского дна; профилирование донных отложений; цифровое формирование и обработка сигналов; покмарки.

V.I. Kaevitser, A.P. Krivtsov, I.V. Smolyaninov, A.V. Elbakidze

EXPERIENCE IN RESEARCHING THE BOTTOM AND BOTTOM SEDIMENTS OF THE ARCTIC SEAS BY SONAR SYSTEMS WITH CHIRP

SOUNDING SIGNALS

To solve the problems of informatization of Arctic regions, development of hydrocarbon fields, provision of navigation along the Northern Sea Route, and protection of state borders, one of the important directions is the creation of domestic means of illuminating the underwater situa-

tion, mapping the bottom and bottom sediments. The manifestations of global warming in the Arctic, in recent years, have led to a significant improvement in the ice situation and the possibility of carrying out hydrographic work with significantly lower costs. It required the creation of domestic sonar systems for the equipment of research vessels. The article reviews the experience of development in the Kotel'nikov FIRE RAS of sonar systems possessing high power and noise immunity when using complex probing signals (linear frequency modulation) and optimal methods for processing echoes. The developed sonar system AGPS-200 has been successfully used for studying and monitoring the seabed in the implementation of the "Polarnet" project in the difficult ice conditions of the Arctic. Based on the obtained experience, an experimental device of the small-size sonar system AGPS-300 "Kedr" has been developed and created to solve the task. The system combines an interferometric and amplitude sonar, a high-frequency echo sounder and a low-frequency profiler with a single control driver, one recording computer. In this case, the probing pulses of all systems are radiated simultaneously, which reduces the effect of the instruments on each other, providing electrical and acoustic compatibility. The examples of practical application of the small-sized multifunctional sonar system of the new generation AGKPS 300 "Kedr" on three-dimensional acoustic mapping of the seabed in the Barents Sea at depths of 200-300 meters are given. An area with a large number of gas outlets marked with pockmarks has been discovered. A scientific interpretation of these manifestations from the point of view of the geological and tectonic structure of the bottom of the given area has been carried out. The prospectivity of using the developed sonar system and software and hardware to ensure scientific and engineering research of the bottom on the shelf, including the Arctic seas, have been confirmed.

Sonar systems; multibeam echosounder; interferometric side scan sonar; sea floor bathymetry; sub bottom profiling; digital signal processing; pockmarks.

Ведение. Информатизация арктических районов РФ является актуальной проблемой в связи с экономическим развитием этих территорий, богатых водородным сырьем, с расширением грузоперевозок по Северному морскому пути и с восстановлением военной структуры. Наиболее радикальное решение этой задачи состоит в прокладке волоконно-оптического кабеля по морскому дну от Мурманска до Владивостока, с отводами к береговым терминалам (проект РОТАКС).

В 2002-2003 годах были выполнены инженерные изыскания по трассе от Владивостока до Мурманска (проект «Поларнет»), подтвердившие технологическую возможность прокладки, защиты и безопасной эксплуатации подводных волоконно-оптических кабелей и регенераторов в Российских арктических морях. В условиях современного этапа глобального потепления, наиболее ярко проявляющегося в Арктике, это направление работ становится более реализуемым с меньшими затратами. При существующем значительном уменьшении площади и сплоченности морских льдов в летний период появляется возможность расширения районов плавания без ледокольного сопровождения.

Для проведения изысканий под прокладку подводного кабеля необходимо получить данные о рельефе морского дна, структуре донных отложений и акустические изображения дна с объектами, которые могут помешать безопасной прокладке кабеля. На основе многолетнего опыта ИРЭ им. В.А. Котельникова РАН по разработке гидролокационных комплексов, которые обладают высокой энергетикой и помехозащищенностью с использованием сложных зондирующих сигналов (линейная частотная модуляция) и оптимальных методов обработки эхосигналов, создан экспериментальный образец малогабаритного гидролокационного комплекса. Комплекс совмещает в себе интерферометрический и амплитудный гидролокатор бокового обзора, высокочастотный промерный эхолот и низкочастотный профилограф с единым управляющим контроллером, одной регистрирующей вычислительной машиной и единым программным обеспечением. При этом, зондирующие импульсы излучаются одновременно, что снижает влияние приборов друг на друга, а сбор навигационных данных осуществляется единой программой микропроцессора в реальном времени, а не каждой ПЭВМ в отдельности.

1. Опыт проведения картирования дна в ледовых условиях Арктики.

В 2002-2003 годах были выполнены изыскания по трассе от Владивостока до Мурманска (проект «Поларнет») протяженностью 6665,8 км, подтвердившие технологическую возможность прокладки, защиты и технической эксплуатации подводных волоконно-оптических кабелей и регенераторов в Российских арктических морях. Изыскания в полярных морях были выполнены гидрографами ООО «Сев-запгидропроект» при активном участии специалистов Института радиотехники и электроники им. В.А.Котельникова РАН. Опыт проектирования, изысканий и чрезвычайная важность создания кабельной системы, подробно рассмотрены в работах [1, 4]. Показано, что самыми сложными оказываются технологии работ на участках с многолетними льдами, потребовавшими проводки судна НИС «Кола» с измерительной аппаратурой атомным ледоколом «Арктика». При ледокольной проводке ледовый канал очищается только частично. В связи с этим для защиты акустических датчиков, размещенных на днище НИС «Кола» от ударов льдин потребовалась специально разработанная защита антенн многолучевого эхолота фирмы REASON, и комплекса АГКПС-200, состоящего из интерферометра бокового обзора - ИГБО и профилографа [1, 2, 4].

При проведении изысканий под прокладку подводного кабеля, рельеф морского дна измерялся многолучевым эхолотом фирмы REASON и ИГБО, структура донных отложений и акустические изображения дна разработанными ФИРЭ РАН гидролокационными комплексами с высокой энергетикой и помехозащищенностью [3]. В качестве примера на рис. 1 приведены акустические изображения морского дна, с затонувшим судном «Брянский лесовоз», в море Лаптевых, а на рис. 2 следы ледовых экзараций от движения айсберга.

0 20 40

100 120 140 160 100 200 220 М

Рис. 1. Акустическое изображение фрагмента дна с затонувшим судном

«Брянский лесовоз»

-200 -150 -100 -50

50 100 150 200 М

Рис. 2. Фрагмент акустического изображения дна с ледовой экзарацией

Изучение структуры донных отложений является необходимым условием при проведении морских изысканий, что связано с возможностью неконтролируемого погружения кабеля под собственным весом в мягкий грунт, а также возможностью его принудительного заглубления при необходимости защиты от внешних воздействий. На рис. 3 приведен пример профилограммы участка с заиленным провалом в твердых породах, возможно древним руслом реки на арктическом шельфе.

72*35.2' С.Ш.

172°11.3' 3-Д.

Рис. 3. Фрагмент профилограммы донных отложений. По вертикали отложена глубина, по горизонтали - расстояние. В левом верхнем углу указаны координаты

2. Многофункциональный гидролокационный комплекс дистанционного обследования морского дна АГКПС-300 «Кедр». Полученные в сложных ледовых условиях при проведении проекта «Поларнет» положительные результаты, основаны на применении гидролокационных методов в области дистанционного зондирования морского дна с целью получения акустических изображений, измерения рельефа и получения данных о структуре донных отложений. Исследования, в основном, проводились гидролокационными системами с сложными зондирующими сигналами (линейная частотная модуляция) и корреляционной цифровой обработкой эхо сигналов. Для получения изображений и вычисления глубин в полосе съемки применялись интерферометрические гидролокаторы бокового обзора, а для профилирования донных отложений - профилограф, разработанные в ФИРЭ РАН. Полученный опыт работ в арктических морях показал, что для проведения эффективного мониторинга и исследований морского дна требуется усовершенствование гидролокационных средств подводных изысканий, на современной элементной базе и специализированного программного обеспечения.

С учетом имеющегося опыта [5-9]. и прогресса вычислительных средств, в ФИРЭ им. В.А.Котельникова РАН проведена разработка и испытаны многофункциональные гидролокационные комплексы с линейной частотной модуляцией (ЛЧМ) зондирующих сигналов и цифровой когерентной обработкой эхо-сигналов [10-14, 16-20]. Комплексы обеспечивают более высокий энергетический потенциал и помехозащищенность систем дистанционного зондирования морского дна. В состав разработанного многофункционального гидролокационного комплекса АГКПС-300 «Кедр» входят гидролокационный комплекс с интерферометрическим гидролокатором бокового обзора (ИГБО) диапазона частот 70 кГц, разработанный для проведения изысканий в шельфовой зоне, в том числе Арктических морей на глубинах от 10 до 1000 м, и диапазона 250 кГц - на глубинах 0-100 м.

При проведении работ с использованием маломерных судов важным элементом является компактность и высокая интеграция систем измерительного комплекса и минимальное число обслуживающего персонала. Опыт создания и практического использования гидролокационных систем дистанционного зондирова-

ния морского дна - ИГБО, эхолотов, профилографов показал, что существует проблема электрической и акустической совместимости составных частей комплекса, связанная с длительными зондирующими посылками и их высокой энергетикой. В разработанных многофункциональных гидролокационных комплексах, совмещающих в себе интерферометрический гидролокатор бокового обзора, промерный высокочастотный эхолот и низкочастотный профилограф проблема решается синхронизацией излучения и приема всех приборов единым управляющим контроллером и одной регистрирующей вычислительной машиной.

На рис. 4 приведена блок-схема измерительного комплекса созданного на базе гидроакустического комплекс АГКПС 300 «Кедр» с ИГБО для частоты 70 кГц.

Гидроакустический комплекс АГКПС 300 "Кедр"

Вычислительная машина

ГЛОНАСС/GPS

Измеритель скорости звука

Датчики перемещений

Рис. 4. Блок-схема измерительного комплекса созданного на базе гидроакустического комплекс АГКПС 300 «Кедр»

В состав измерительного комплекса входит:

1. Гидроакустический комплекс АГКПС 300 «Кедр».

2. Вычислительная машина.

3. Спутниковая навигационная система C-Nav2050.

4. Датчик углов крена, дифферента, вертикальных перемещений и курса OCTANS-IV.

5. Измеритель скорости звука SVP.

Структурная схема измерительного комплекса созданного на базе гидроакустического комплекс АГКПС 300 «Кедр» с ИГБО для частоты 250 кГц аналогична структурной схеме измерительного комплекса созданного на базе гидроакустического комплекс АГКПС 300 «Кедр» с ИГБО для частоты 70 кГц.

Гидроакустический комплекс АГКПС 300 «Кедр» с ИГБО для частоты 70 кГц имеет следующие технические характеристики:

1. Рабочая частота интерферометрического ГБО - 70 кГц.

2. Разрешающая способность интерферометрического ГБО по наклонной дальности - 0.1 м.

3. Диапазон рабочих глубин интерферометрического ГБО - 0 - 1000 м.

4. Зондирующий сигналы - импульсный с ЛЧМ, для всех систем.

5. Диапазон рабочих частот профилографа 4.5 - 9 кГц.

6. Разрешение профилографа по дальности - 0.2 м.

7. Диапазон рабочих глубин профилографа 3-1000 м.

8. Глубина профилирования донных осадков профилографа до 30 м.

9. Полоса гидролокационной съемки не менее 5 глубин.

10. Рабочая частота однолучевого эхолота - 200 кГц.

11. Разрешающая способность по дальности однолучевого эхолота - 0.05 м.

12. Диапазон рабочих глубин - 1 - 1000 м.

Гидроакустический комплекс АГКПС 300 «Кедр -1» с ИГБО для частоты 250 кГц. имеет следующие технические характеристики:

1. Рабочая частота интерферометрического ГБО - 250 кГц.

2. Разрешающая способность интерферометрического ГБО по наклонной дальности - 0.03 м.

3. Диапазон рабочих глубин интерферометрического ГБО - 0-100 м.

4. Зондирующий сигналы - импульсный с ЛЧМ, для всех систем.

5. Диапазон рабочих частот профилографа 4.5 - 9 кГц.

6. Разрешение профилографа по дальности - 0.2 м.

7. Диапазон рабочих глубин профилографа 3-1000 м.

8. Глубина профилирования донных осадков профилографа до 30 м.

9. Полоса гидролокационной съемки не менее 5 глубин.

10. Рабочая частота однолучевого эхолота - 200 кГц.

11. Разрешающая способность по дальности однолучевого эхолота - 0.05 м.

12. Диапазон рабочих глубин - 1-200 м.

Программное обеспечение для ввода и регистрации данных предназначено для:

1. Ввода и регистрации эхосигналов.

2. Ввода и регистрации данных датчиков спутниковой навигации через Ethernet или по сот-портам ПЭВМ.

3. Ввода и регистрации данных от датчиков крена, дифферента, вертикальных перемещений и курса.

4. Тестирования работы аппаратуры комплекса в лабораторных условиях.

5. Оценки качества регистрируемой информации в режиме реального времени.

6. Камеральная обработка зарегистрированных данных.

Многофункциональный гидролокационный комплекс АГКПС-300 «Кедр-1»

прошел успешные испытания при проведении гидрографических работ в прибрежной части Таманского полуострова [10-11]. Комплекс АГКПС-300 «Кедр» был установлен на борту научно исследовательского судна «Петроградский» [12]. Измерения проводились в ходе изысканий в июне 2016 года по трассе Мурманск -Архангельск. Для проведения исследований было разработано программное обеспечение для камеральной обработки архивированной информации с целью получения площадной картографической информации в полосе съемки и построения цифровых карт глубин, акустических изображений и структуры донных отложений, необходимых при проектировании ВОЛС.

На рис. 5 показан фрагмент камеральной обработки данных полученных с помощью многофункционального гидролокационного комплекса в Баренцевом море.

Фрагмент участка исследуемого морского дна, представлен в относительной системе координат. В верхней части приведено гидролокационное изображение поверхности морского дна, в средней части рельеф этого участка морского дна, построенный по данным ИГБО, с использованием программы вычисления глубин [14], в нижней части приведен профиль донных отложений для участка морского дна, полученный по данным профилирования. На профиле донных отложений по оси ординат отложена глубина. В правом верхнем углу рисунка приведены географические координаты левого верхнего угла карт гидролокационного изображения и рельефа морского дна. На картах гидролокационного изображения и рельефа морского дна штриховой линией нанесена траектория движения судна, которая соответствует проекции на дно линии профилирования.

33°38.21' в. д. £

69°20.35' с. ш. >

<¡00^ i i i i i i г i "" '' п i i i ^ 2000 2200 2400 2600 2800 3000 3200 3400 3600 3800 4000 4200 4400 4600 М

Рис. 5. Результаты камеральной обработки данных полученных с помощью многофункционального гидролокационного комплекса. В левом верхнем углу указаны координаты, покмарки хорошо просматриваются на всех картах

На участке морского дна, приведенного на рис. 5, преобладает мягкий грунт со слабым коэффициентом отражения и относительно малыми изменениями рельефа. Исследуемый район находится в непосредственной близости от зоны сочленения двух разновозрастных литосферных плит, одна из которых представлена комплексами древнего (около 3 млрд. лет) Балтийского щита, а другая - Баренце-воморская имеет возраст фундамента около 1млрд. лет. В результате изостатиче-ского выравнивания поверхности континентальной коры более древний блок литосферы закономерно оказался существенно более приподнятым, а более молодой опущенным и перекрытым мощным слоем обводненного осадочного чехла. Интенсивные термальные процессы в толще осадков способствовали преобразованию органического вещества в углеводороды. Благодаря этому, верхняя часть осадочного чехла оказывается газонасыщенным слоем, фронт которого при достижении поверхности прорывается в гидросферу и атмосферу. В исследуемом регионе широко развиты следы проявления этого процесса, приуроченные в основном к зонам региональной трещиноватости и представленные большим количеством покмарков [15, 21]. Эти зоны маркируются выбросами газа, формирующегося в основном за счет преобразования органического вещества. Наряду с этим, процессы проникновения на большие глубины метеорной воды и подъема фронта магмаобразования в областях разрыва сплошности и раздвига литосферы могут приводить к генерации абиогенного метана за счет перекристаллизации и гидратации части минералов. Смешение двух генетических типов углеводородов усиливают процессы дегазации континентальной коры и увеличивают степень регенерации газового фронта,

Проведенные в районе работ сейсмоакустические исследования показали, что большинство выбросов метана, маркируемых покмарками, имеют субмеридиа-нальное простирание и приурочены к тектоническим разломам.

Заключение. В результате обобщения опыта проведения работ по картированию морского дна, в том числе на арктическом шельфе создан экспериментальный образец единого комплекса из нескольких гидроакустических систем, обеспечивающий проведение инженерных изысканий в шельфовой зоне, в том числе арктических морей. Благодаря применению в составе устройства нескольких синтезаторов зондирующих сигналов, синхронному формированию зондирующих ЛЧМ сигналов, многоканальному вводу в ПЭВМ, приему информации о положении судна в реальном времени, позволило уменьшить размеры комплекса, повысить точность компенсации качки и взаимовлияние проводимых измерений разными методами. В разработанных многофункциональных гидролокационных комплексах, совмещающих в себе интерферометрический гидролокатор бокового обзора, промерный высокочастотный эхолот и низкочастотный профилограф проблема решается синхронизацией излучения и приема всех приборов единым управляющим контроллером и одной регистрирующей вычислительной машиной. на друга.

Два многофункциональных гидролокационных комплекса работающие по одному принципу и отличающиеся только рабочей частотой ИГБО успешно испытаны при проведении производственных работ под прокладку оптоволоконной линии связи в Баренцевом море.

Полученные результаты исследований показали перспективность применения разработанного комплекса и программного обеспечения для решения широкого круга научных и технологических задач по изучению структуры морского дна в шельфовой зоне морей, в том числе и Арктических.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Каевицер В.И., Малов О.В., Раскатов В.Н. Опыт проектирования и изысканий в Арктике // Вестник связи. - 2009. - № 10. - С. 79-80.

2. Каевицер В.И., Малов О.В., Раскатов В.Н. Опыт проектирования и изысканий в Арктике // Вестник связи. - 2009. - № 11. - С. 45-55.

3. Каевицер В.И., Разманов В.М. Дистанционное зондирование морского дна гидролокационными системами со сложными сигналами // УФН. - 2009, - Т. 179, № 2. - С. 218-224.

4. Kaevitser V.I., Razmanov V.M., Zakharov A.I. Analysis of Sea Bottom Relief Details by Means of Interferometric Side Scan Sonar AGKPS-300 [Электронный ресурс]: North Atlantic Treaty Organization, Science and Technology Organization. - 2004. - URL: https://www.sto.nato.int/publications/ST0%20Meeting%20Proceedings/RT0-MP-SET-079/MP-SET-079-30.pdf.

5. Каевицер В.И., Разманов В.М., Кривцов А.П., Смольянинов И.В., Долотов С.А. Дистанционное зондирование морского дна акустическими сигналами с линейной частотной модуляцией // Радиотехника. - 2008. - № 8. - С. 35-42.

6. Каевицер В.И., Разманов В.М., Смольянинов И.В., Элбакидзе А.В. Акустические исследования морского дна с использованием сигналов с линейной частотной модуляцией // Известия ЮФУ. Технические науки. - 2013. - № 9 (146). - С. 81-85.

7. Долотов С.А., Каевицер В.И., Кривцов А.П., Разманов В.М., Смольянинов И.В. Применение интерферометрического ГБО с ЛЧМ зондирующим сигналом для исследования морского дна // Известия ТРТУ. - 2004. - № 5 (40). - С. 268-273.

8. Долотов С.А., Каевицер В.И., Разманов В.М., Смольянинов И.В., Саворский А.В. Применение низкочастотного эхолота-профилографа с многоэлементной излучающей антенной и широкополосным ЛЧМ сигналом для исследования морского дна // Известия ТРТУ. - 2004. - № 5 (40). - С. 273-279.

9. Каевицер В.И., Разманов В.М., Элбакидзе А.В., Смольянинов И.В. Некоторые результаты исследования характеристик акустических сигналов низкочастотного ЛЧМ профило-графа // Известия ЮФУ. Технические науки. - 2009. - № 6 (95). - С. 115-123.

10. Каевицер В.И., Римский-Корсаков Н.А., Смольянинов И.В., Разманов В.М., Кривцов А.П. Возможные проявления подводных грязевых вулканов по результатам гидролокационных исследований в акватории Таманского полуострова // Океанология. - 2016, - Т. 56, № 5. - С. 784-790.

11. Каевицер В.И., Словцов И.Б., Кривцов А.П., Разманов В.М., Смольянинов И.В., Элбакидзе А.В. Подводные грязевые вулканы Таманского полуострова по данным гидролокационного исследования // Вулканология и сейсмология. - 2016. - № 4. - С. 27-33.

12. Каевицер В.И., Кривцов А.П., Разманов В.М., Смольянинов И.В., Элбакидзе А.В., Денисов Е.Ю. Разработка и результаты испытаний гидроакустического комплекса для исследования дна шельфовой зоны Арктических морей // Журнал радиоэлектроники. - 2016.

- № 11. - URL: http://jre.cplire.ru/jre/nov16/1/text.pdf.

13. Кривцов А.П., Смольянинов И.В., Элбакидзе А.В., Степанов А.В. Оценка сходимости глубин при площадной съемке рельефа дна многолучевым эхолотом и интерферометри-ческим гидролокатором бокового обзора // Журнал радиоэлектроники. - 2017. - № 4.

- URL: http://jre.cplire.ru/jre/apr17/2/text.pdf.

14. Кривцов А.П. Программа вычисления глубин и построения рельефа дна для интерферо-метрического гидролокатора бокового обзора. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2015610922.

15. Зоненшайн Л.П., Непрочнов Ю.П. Геолого-геофизическая характеристика основных тектонических структур // В кн. Океанология. Геофизика океана. Т. 1. Геофизика океанского дна. - С. 409-435.

16. Элбакидзе А.В., Разманов В.М., Смольянинов И.В., Кривцов А.П., Денисов Е.Ю. Многофункциональный гидролокационный комплекс для исследования морского дна // VIII Всероссийская конференция «Радиолокация и радиосвязь»: Труды конференции. - М., 2016. - C. 227-231.

17. Каевицер В.И., Кривцов А.П., Разманов В.М., Смольянинов И.В., Элбакидзе А.В., Денисов Е.Ю. Результаты применения многофункционального гидролокационного комплекса с ЛЧМ сигналами при инженерных обследованиях подводных сооружений // XIII Всероссийская конференция "Прикладные технологии гидроакустики и гидрофизики (ГА-2016)". - СПб., 2016, - С. 126-129.

18. Редькин П.П. 32/16-битные микроконтроллеры ARM7 семейства AT91SAM7 фирмы Atmel. - М., 2008. - 704 с.

19. Стешенко В. ПЛИС фирмы ALTERA: элементная база, система проектирования и языки описания аппаратуры. - М.: ДМК Пресс, 2015. - 576 с.

20. Каевицер В.И., Кривцов А.П., Разманов В.М., Смольянинов И.В., Элбакидзе А.В., Денисов Е.Ю. Дистанционно управляемый катер с гидролокатором бокового обзора для картографирования дна малых водоемов // Известия ЮФУ. Технические науки. - 2016.

- № 10 (183). - С. 80-91.

21. Логвина ЕЛ., Матвеева Т.В., Гладыш В.А., Крылов А.А. Комплексные исследования покмарков на чукотском плато // Проблемы Арктики и Антарктики. - 2011. - № 2 (88).

- С. 45-54.

REFERENCES

1. Kaevitser V.I., Malov O.V., Raskatov V.N. Opyt proektirovaniya i izyskaniy v Arktike [Experience in design and research in the Arctic], Vestnik svyazi [Herald communications], 2009, No. 10, pp. 79-80.

2. Kaevitser V.I., Malov O.V., Raskatov V.N. Opyt proektirovaniya i izyskaniy v Arktike [Experience in design and research in the Arctic], Vestnik svyazi [Herald communications], 2009, No. 11, pp. 45-55.

3. Kaevitser V.I., Razmanov V.M. Distantsionnoe zondirovanie morskogo dna gidrolokatsionnymi sistemami so slozhnymi signalami [Remote sensing of sea bottom by hydroacoustic systems with complex signals], UFN [Advances in Physical Sciences], 2009, Vol. 179, No. 2, pp. 218-224.

4. Kaevitser V.I., Razmanov V.M., Zakharov A.I. Analysis of Sea Bottom Relief Details by Means of Interferometric Side Scan Sonar AGKPS-300: North Atlantic Treaty Organization, Science and Technology Organization, 2004. Available at: https://www.sto.nato.int/ publica-tions/ST0%20Meeting%20Proceedings/RT0-MP-SET-079/MP-SET-079-30.pdf.

5. Kaevitser V.I., Razmanov V.M., Krivtsov A.P., Smol'yaninov I. V., Dolotov S.A. Distantsionnoe zondirovanie morskogo dna akusticheskimi signalami s lineynoy chastotnoy modulyatsiey [Remote Acoustic Sounding of Sea Bottom with Using Linear-Frequency Modulated (Chirp) Signals], Radiotekhnika [Radioengineering], 2008, No. 8, pp. 35-42.

6. Kaevitser V.I., Razmanov V.M., Smol'yaninov I.V., Elbakidze A.V.Akusticheskie issle-dovaniya morskogo dna s ispol'zovaniem signalov s lineynoy chastotnoy modulyatsiey [Acoustic studies of the sea-bottom using chirp signals], Izvestiya YuFU. Tekhnicheskie nauki [Izvestiya SFedU. Engineering Sciences], 2013, No. 9 (146), pp. 81-85.

7. Dolotov S.A., Kaevitser V.I., Krivtsov A.P., Razmanov V.M., Smol'yaninov I.V. Primenenie interferometricheskogo GBO s LChM zondiruyushchim signalom dlya issledovaniya morskogo dna [The use of interferometric side-scan sonar with chirp probing signal for studying the seabed], Izvestiya TRTU [Izvestiya SFedU. TSURE], 2004, No. 5 (40), pp. 268-273.

8. Dolotov S.A., Kaevitser V.I., Razmanov V.M., Smol'yaninov I.V., Savorskiy A.V. Primenenie nizkochastotnogo ekholota-profilografa s mnogoelementnoy izluchayushchey antennoy i shirokopolosnym LChM signalom dlya issledovaniya morskogo dna [The use of low frequency sonar - profiler with multi-element antenna and wideband chirp signal for studying the seabed], Izvestiya TRTU [Izvestiya SFedU. TSURE], 2004, No. 5 (40), pp. 273-279.

9. Kaevitser V.I., Razmanov V.M., Elbakidze A.V., Smol'yaninov I.V. Nekotorye rezul'taty issledovaniya kharakteristik akusticheskikh signalov nizkochastotnogo LChM profilografa [Some results of acoustic signals characteristics investigation of low frequency LFM-Profiler], Izvestiya YuFU. Tekhnicheskie nauki [Izvestiya SFedU. Engineering Sciences], 2009, No. 6 (95), pp. 115-123.

10. Kaevitser V.I., Rimskiy-Korsakov N.A., Smol'yaninov I.V., Razmanov V.M., Krivtsov A.P. Vozmozhnye proyavleniya podvodnykh gryazevykh vulkanov po rezul'tatam gidrolokatsion-nykh issledovaniy v akvatorii Tamanskogo poluostrova [Possible Manifestations of Underwater Mud Volcanoes Based on Results of Sonar Investigations in Region of Taman Peninsula], Okeanologiya [Oceanology], 2016, Vol. 56, No. 5, pp. 784-790.

11. Kaevitser V.I., Slovtsov I.B., Krivtsov A.P., Razmanov V.M., Smol'yaninov I.V., Elbakidze A.V. Podvodnye gryazevye vulkany Tamanskogo poluostrova po dannym gidrolokatsionnogo issledovaniya [Underwater mud volcanoes of the Taman Peninsula, according to sonar research], Vulkanologiya i seysmologiya [Volcanology and seismology], 2016, No. 4, pp. 27-33.

12. Kaevitser V.I., Krivtsov A.P., Razmanov V.M., Smol'yaninov I.V., Elbakidze A.V., Denisov E. Yu. Razrabotka i rezul'taty ispytaniy gidroakusticheskogo kompleksa dlya issledovaniya dna shel'fovoy zony Arkticheskikh morey [Development and test results of hydroacoustic system for studying the bottom of the shelf zone of the Arctic seas], Zhurnal radioelektroniki [Journal of radio electronics], 2016, No. 11. Available at: http://jre.cplire.ru/jre/nov16/1/text.pdf.

13. Krivtsov A.P., Smol'yaninov I.V., Elbakidze A.V., Stepanov A.V. Otsenka skhodimosti glubin pri ploshchadnoy s"emke rel'efa dna mnogoluchevym ekholotom i interferometiicheskim gidrolokatorom bokovogo obzora [Evaluation of convergence of the areal depth when shooting bottom relief multibeam echo sounder and interferometric side-scan sonar], Zhurnal radioelektroniki [Journal of radio electronics], 2017, No. 4. Available at: http://jre.cplire.ru/jre/apr17/2/text.pdf.

14. Krivtsov A.P. Programma vychisleniya glubin i postroeniya rel'efa dna dlya interferometricheskogo gidrolokatora bokovogo obzora [The program for calculation of the depths and building the bottom topography for interferometric side-scan sonar], Svidetel'stvo o gosudarstvennoy regi-stratsii programmy dlya EVM № 2015610922 [The certificate of state registration of computer programs № 2015610922].

15. Zonenshayn L.P., Neprochnov Yu.P. Geologo-geofizicheskaya kharakteristika osnovnykh tektonicheskikh struktur [Geological and geophysical characteristics major tectonic structures], V kn. Okeanologiya. Geofizika okeana T. 1. Geofizika okeanskogo dna [In the book. Oceanography. Geophysics of the ocean. Vol. 1. Geophysics of the ocean floor], pp. 409-435.

16. Elbakidze A.V., Razmanov V.M., Smol'yaninov I.V., Krivtsov A.P., Denisov E.Yu. Mnogo-funktsional'nyy gidrolokatsionnyy kompleks dlya issledovaniya morskogo dna [Multifunction sonar system for seabed survey], VIII Vserossiyskaya konferentsiya «Radiolokatsiya i radiosvyaz'», trudy konferentsii [VIII all-Russian conference "Radar and radio communication": proceedings of the conference]. Moscow, 2016, pp. 227-231.

17. Kaevitser V.I., Krivtsov A.P., Razmanov V.M., Smol'yaninov I.V., Elbakidze A.V., Denisov E.Yu. Rezul'taty primeneniya mnogofunktsional'nogo gidrolokatsionnogo kompleksa s LChM signalami pri inzhenernykh obsledovaniyakh podvodnykh sooruzheniy [The results of applying the multifunctional complex sonar with chirp signals in engineering surveys, underwater construction], XIII Vserossiyskaya konferentsiya "Prikladnye tekhnologii gidroakustiki i gidrofiziki (GA-2016)" [XIII all-Russian conference "Applied technologies of hydroacoustics and Hydrophysics (HA-2016)]. Saint Petesburg, 2016, pp. 126-129.

18. Red'kin P.P. 32/16-bitnye mikrokontrollery ARM7 semeystva AT91SAM7 firmy Atmel [32/16-bit microcontroller family ARM7 AT91SAM7 Atmel]. Moscow, 2008, 704 p.

19. Steshenko V. PLIS firmy ALTERA: elementnaya baza, sistema proektirovaniya i yazyki opisaniya apparatury [FPGA ALTERA: element base, system design languages and hardware description]. Moscow: DMK Press, 2015, 576 p.

20. Kaevitser V.I., Krivtsov A.P., Razmanov V.M., Smol'yaninov I.V., Elbakidze A.V., Denisov E.Yu. Distantsionno upravlyaemyy kater s gidrolokatorom bokovogo obzora dlya kartografirovaniya dna malykh vodoemov [A remote-controlled boat with side-scan sonar for mapping the bottom of small ponds], Izvestiya YuFU. Tekhnicheskie nauki [Izvestiya SFedU. Engineering Sciences], 2016, No. 10 (183), pp. 80-91.

21. Logvina E.A., Matveeva T.V., Gladysh V.A., Krylov A.A. Kompleksnye issledovaniya pokmarkov na chukotskom plato [A comprehensive study pockmarks on the Chukchi plateau], ProblemyArktiki i Antarktiki [Problems of Arctic and Antarctic], 2011, No. 2 (88), pp. 45-54.

Статью рекомендовал к опубликованию д.т.н., профессор С.П. Тарасов.

Каевицер Владилен Иосифович - ФИРЭ им. В.А. Котельникова РАН; e-mail: kvi43@mail.ru; 141190, Московская обл., г. Фрязино, пл. акад. Б.А. Введенского, 1; тел.: 84965652616; г.н.с.; д.т.н.

Кривцов Александр Павлович - e-mail: mybox17@yandex.ru; тел.: 84965652451; с.н.с.; к.ф.-м.н.

Смольянинов Илья Вячеславович - e-mail: ilia159@mail.ru; тел.: 84965652451; научный сотрудник.

Элбакидзе Андрей Владимирович - e-mail: elbakidze@mail.ru; тел.: 84965652447; с.н.с.

Kaevitser Vladilen Iosifovich - Kotel'nikov institute of Radio Engineering and Electronics of RAS; e-mail: kvi43@mail.ru; 141190, Moscow region; Fryazino, square akad. B.A. Vvedenskogo, 1; phone: +74965652616; chief researcher; dr. of eng. sc.

Krivtsov Alexandr Pavlovich - e-mail: mybox17@yandex.ru; phone: +74965652451; senior scientist; cand. of phis.-math. sc.

Smolyaninov Il'ya Veacheslavovich - e-mail: ilia159@mail.ru; phone: +74965652451; research assistant.

Elbakidze Andrey Vladimirovich - e-mail: elbakidze@mail.ru; phone: +74965652451; senior scientist.

УДК 222.22 DOI 10.23683/2311-3103-2017-8-16-26

Н.П. Заграй, Н.Н. Чернов, А.С. Жардецкая

К ВОПРОСУ О ВЛИЯНИИ ТОНКОЙ БИОЛОГИЧЕСКОЙ СТРУКТУРЫ НА ПАРАМЕТРЫ ПОЛЯ АКУСТИЧЕСКОЙ ПАРАМЕТРИЧЕСКОЙ АНТЕННЫ В ЭКОЛОГИЧЕСКОМ МОНИТОРИНГЕ*

Однородные по свойствам слои в жидких средах с толщинами от единиц миллиметров до десятков метров, разделенные друг от друга различными граничными прослойками с резкими изменениями термодинамических характеристик образуют область распространения и нелинейного взаимодействия волн акустической параметрической антенны. Тонкая структура ступенчатого характера наблюдается до самых больших глубин, однако величины амплитуд этих неоднородностей убывают с глубиной пропорционально уменьшению градиентов сглаженных профилей. Таким образом для акустической параметрической антенны, для которой среда распространения и нелинейного взаимодействия является

* Работа выполнена при финансовой поддержке гранта РФФИ № 16-07-00374.