ГИДРОАКУСТИЧЕСКИЙ ВЫСОКОЧАСТОТНЫЙ МНОГОЛУЧЕВОЙ ПРОГРАММНО-ТЕХНИЧЕСКИЙ КОМПЛЕКС ПО УЧЕТУ ПРОХОДЯЩИХ НА НЕРЕСТ ЦЕННЫХ ВИДОВ РЫБ "NETCOR-2"

Область техники
Количественная оценка запасов ценных рыб в реках в условиях мелководья с целью регулирования промысла, средство оценки возможного экологического ущерба при проектировании, строительстве и эксплуатации различного рода переходов (трубопроводы, кабели, мосты и пр.) через реки с ценным рыбным населением.
Уровень техники
Уровень техники иллюстрируется следующими решениями:
1. Авторское свидетельство СССР №1242083, 1985 г. Устройство для селективного подсчета рыб в потоке воды, имеющее гидроакустическую антенну. Одноканальное решение приемо-передающего тракта сужает площадь учетной зоны.
2. Авторское свидетельство СССР №352431, 1972 г. Устройство для подсчета рыб, имеющее несколько гидроакустических преобразователей с усилителями, селекторный блок и детекторы. Предусматривалось жесткое крепление поверхностной и придонной антенн, что исключало возможность использования устройства в произвольной точке водоема. Кроме того, число каналов в селекторном блоке было равным предположительному числу рыб, плывущих параллельно, что делало устройство заведомо неуниверсальным.
3. Яковлев С.Г., Путивкин С.В. Система учета рыб для лососевого хозяйства. «Рыбоводство и рыболовство», №1, 2002, стр.52-53. В статье приводится описание одночастотных гидроакустических рыбосчетных устройств РСУ-1 и РСУ-2, предусматривающих использование набора гидроакустических антенн для сканирования сечения реки и счета проходящих рыб. Предусматривается только придонное расположение антенн.
4. Патент РФ на полезную модель №52647 «Гидроакустический программно-технический комплекс по учету проходящих на нерест ценных видов рыб «NetCor-1». Автор - Дегетв А.И., патентообладатель - общество с ограниченной ответственностью «Промысловая гидроакустика» (ООО «ПромГидроакустика»). Изделие предусматривает вертикальную модель локации, имеет ограниченную зону регистрации.
Все указанные системы не имели программной составляющей, были одночастотными (кроме п.4), т.е. не имели возможности быстрого изменения зоны регистрации и ни как не учитывали особенности гидроакустической регистрации одиночных объектов, характерные для подобного класса задач, известного как регистрация групповых целей разнесенными измерительными системами (кроме п.4). К таким особенностям относятся возможность кратной регистрации одной цели одним и тем же измерителем и возможность кратной регистрации одной и той же цели разными измерителями, что может привести к систематическому смещению даваемых количественных оценок числа прошедших через сканируемое сечение реки рыб. Система, указанная в п.4, не могла быть использована в условиях мелководья (с глубиной места до 1 метра).
Раскрытие полезной техники
Основное назначение комплекса «NetCor-2» - количественная оценка проходящих рыб через сканируемое сечение реки в условиях мелководья с возможностью восстановления распределения силы цели зарегистрированных одиночных рыб и определения направления их движении в градациях вверх-вниз по течению. В полезной модели предусматривается сканирование сечения реки по горизонтальной схеме локации с использованием сети высокочастотных многолучевых гидроакустических станций. Решаемые моделью задачи:
- селекция одиночных и групповых целей, прошедших через сканируемое сечение реки;
- эхосчет одиночных рыб, прошедших через сканируемое сечение реки;
- интегрирование эхосигнала от групповых целей для оценки числа рыб в них;
- определение направления движения целей в градациях вниз или вверх по течению;
- определение пространственных и временных характеристик распределения потока поднимающихся рыб;
- объективная и методически корректная интерпретация зарегистрированных одиночных и групповых целей в количество прошедших через сечение реки рыб за время наблюдения.
Управление работой системы, сбор, хранение и обработка данных осуществляется береговой компьютеризированной контрольно-измерительной системой с использованием специализированного программного обеспечения. Серийные гидроакустические многолучевые антенны устанавливаются на придонных и плавающих платформах в выбранном сечении реки и соединяются сигнальными кабелями с береговой компьютеризированной контрольно-измерительной системой. Береговая компьютеризированная контрольно-измерительная система состоит из программно-управляемых аналогового мультиплексора, высокочастотного (435 кГц) генератора-приемника, компьютера-ноутбука. Режим сканирования сечения реки определяется программно-задаваемыми параметрами:
- частотой следования посылок генератора;
- длительностью импульса генератора;
- последовательностью опроса набора высокочастотных многолучевых гидроакустических регистраторов.
Использование серийных высокочастотных многолучевых гидроакустических антенн позволяет использовать модель горизонтального сканирования в условиях мелководья, имея при этом достаточно широкую зону регистрации (в экспериментальном образце до 80 градусов на уровне - 10 дБ в плоскости веера лучей). Предлагаемая схема позволяет корректно интерпретировать некоторых особенности гидроакустической регистрации одиночных объектов, характерные для подобного класса задач, известного как регистрация групповых целей разнесенными измерительными системами. К таким особенностям относятся возможность кратной регистрации одной цели одним и тем же измерителем и возможность кратной регистрации одной и той же цели разными измерителями.
Краткое описание чертежей
Общая блок-схема гидроакустического высокочастотного многолучевого программно-технического комплекса по учету проходящих на нерест ценных видов рыб «NetCor-2» представлена эскизами на фигурах 1 и 2.
Высокочастотный (435 кГц) генератор-приемник работает в цикле прием-передача с программно-задаваемыми компьютером параметрами (частотой
следования посылок, длительностью импульса). Программно-управляемый мультиплексор с задаваемой компьютером последовательностью опроса производит переключение элементов набора высокочастотных многолучевых гидроакустических антенн. Таким образом, происходит сканирование выбранного сечения реки с целью гидроакустической регистрации проходящих на нерест рыб. Компьютер-ноутбук осуществляет управление мультиплексором и генератором-приемником, производит визуализацию зарегистрированных целей в виде движущейся эхограммы и сохранение оцифрованной огибающей эхосигнала для последующей камеральной обработки. Сигнальные кабели от придонных платформ идут по дну реки. Акустические оси антенн на придонной и плавучей платформах близки к горизонтали с целью определения направления движения целей в градациях вниз или вверх по течению. Схема определения направления движения цели в градациях вверх-вниз по течению по зарегистрированной трассе в зоне регистрации приведена на фигуре 3. Очевидно, что в рассмотренном на фигуре 3 случае временная последовательность регистрации рыбы в лучах антенны покажет направление движения рыбы через многолучевую зону регистрации. В рассматриваемой полезной модели указанная последовательность отслеживается программно. На фигуре 4 представлена экспериментальная эхограмма полученная с помощью полезной модели от проходящей одиночной рыбы.
Осуществление полезной модели
Рациональное использование возобновляемых биоресурсов подразумевает лимитирование промысла, что требует эффективного и возобновляемого знания о состоянии запаса эксплуатируемого ресурса. Существующая схема количественной оценки состояния запаса проходных рыб в реках базируется (в основном) на анализе промыслового изъятия и структуры популяции по данным контрольных обловов. Достоверность данных промысловой статистики в России невысока, особенно в условиях развивающихся рыночных отношений, результаты контрольных обловов, представляющие, по сути, данные выборочных исследований, зачастую фрагментарны и малопредставительны в силу ограниченности выделяемых ресурсов. В сообществе специалистов, осуществляющих оценку запасов рыб и регулирование их промысла, растет заинтересованность в разработке и внедрении инструментальных, в том числе гидроакустических, методов в практику количественных.
В 2006-2007 годах гидроакустический высокочастотный многолучевой программно-технический комплекса по учету проходящих на нерест ценных видов рыб «NetCor-2» использовался в экспериментальных работах на реках Онега, Шуя, Иртыш (Россия), которые показали надежную регистрацию рыб в зоне действия прибора, с возможностью восстановления количества, распределения силы цели и направления движении зарегистрированных рыб. Основные параметры опытного образца полезной модели:
- рабочая частота 435 КГц;
- электрическая мощность на антенне 40-80 Вт;
- частота следования посылок - до 12 Гц;
- ширина характеристики направленности одного луча на уровне - 6 дБ 10 градусов, ширина многолучевого сектора на одной станции до 80 градусов в плоскости веера лучей;
- в горизонтальном режиме обеспечивается регистрация рыб при глубине места до 1 метра;
- максимальная дальность регистрации в горизонтальном режиме одиночной рыбы с силой цели - 50 дБ - 10 метров;
- минимальная дальность регистрации - 0,5 метра;
- число плавучих гидроакустических высокочастотных многолучевых станций в сети - до 16;
- математическое обеспечение системы состоит из программы управления комплексом и сбора данных с сети плавучих гидроакустических станций в реальном времени и программы камеральной обработки данных в отложенном времени на компьютерах платформы х86 под управлением ОС "Windows".