Устройство гидроакустических расчетов по данным оперативной океанологии

Полезная модель относится к области гидроакустической техники и может быть использована в гидроакустических станциях и комплексах (ГАС и ГАК) различного назначения, размещаемых на кораблях и стационарно.
Устройства гидроакустических расчетов требуются, например, для оценивания путем расчетов затухания при распространении гидроакустических сигналов на различных расстояниях, глубинах и частотах, расчета акустического поля сигналов, решения уравнения гидроакустики, расчета дальности обнаружения морских объектов различных классов в режимах шумопеленгования и гидролокации, в режимах обнаружения гидроакустических сигналов, акустической заметности носителя, выработки рекомендаций по адаптации режимов работы. Оценивания производятся по данным вертикального распределения скорости звука (ВРСЗ), а также, например, акустических свойств дна, волнения поверхности.
Известно построение подобных устройств. Устройства состоят из двух частей - измерителя ВРСЗ, косвенного или прямого определения ВРСЗ, и программно аппаратного устройства гидроакустических расчетов. Связь между частями электрическая. Основные технические характеристики приведены, например, в [Евтютов А.П., Митько В.Б. Инженерные расчеты в гидроакустике. Л.: Судостроение, 1988; Марасёв С.В., Машошин А.И. Задачи, решаемые системой гидроакустических расчетов // Морская радиоэлектроника. - 2015, №2 (52). - С. 40-45].
Принципиальным недостатком указанных устройств является наличие опускаемого устройства одноразового использования косвенного (определение температуры, солености (электропроводности) и давления морской воды CTD зондами) или опускаемого прямого определения ВРСЗ и стационарного устройства прямого определения ВРСЗ. Конкретно недостатками являются громоздкость, наличие лебедки для опускания и передача данных по кабелю на текущей глубине во время опускания до дна, обработка данных не в реальном масштабе времени.
Наиболее близким аналогом к предлагаемой полезной модели является устройство гидроакустических расчетов ГАК подводной лодки, состоящее из трех частей. Прототип содержит стационарный измеритель прямого определения ВРСЗ, размещенный в ограждении рубки подводной лодки, измеритель одноразового использования - контейнеры с измерителями для прямого определения ВРСЗ или температуры, солености (электропроводности) и давления CTD зондами для косвенного определения ВРСЗ, выпускаемые из универсального аппарата, передающие данные по кабелю. Устройство имеет блоки расчетов ВРСЗ и затухания сигналов по данным измерителя температуры, солености (электропроводности) и давления, акустического поля сигналов, дальности обнаружения (решения уравнения гидроакустики) и блок базы данных [Алексеев Н.С., Величкин С.М., Есипова Е.И. и др. Патент РФ №122494 от 05.07.2012. Гидроакустический комплекс подводной лодки. МПК G01S 3/80].
Задачей полезной модели является отказ от измерителя прямого определения ВРСЗ и измерителя температуры, солености (электропроводности) и давления для косвенного определения ВРСЗ.
Техническим результатом является упрощение устройства гидроакустических расчетов, снижение его стоимости.
Для достижения заявленного технического результата в устройство гидроакустических расчетов, содержащее блоки расчетов ВРСЗ и затухания по данным температуры, солености и давления оперативной океанологии, поля, дальности и блока базы данных введены новые признаки, а именно - в устройство введены блоки браузера для использования данных оперативной океанологии, конвертера формата данных, интерфейса ввода и интерфейса вывода.
Поставленная задача в заявляемой полезной модели решается следующим образом.
Введенные в заявленное устройство блоки браузера для использования данных оперативной океанологии и конвертера формата данных обеспечивает отказ от измерителя ВРСЗ за счет использования внешней информации, блоки интерфейса ввода и интерфейса вывода обеспечивают конструктивную обособленность устройства.
Сущность полезной модели поясняется фиг. 1-6, где на фиг. 1 приведена обобщенная функциональная схема заявленного устройства. На фиг. 2 представлен как пример график профиля температуры в зависимости от давления (глубины) и на фиг. 3 - как пример график профиля солености. На фиг. 4 - пример графика расчета профиля ВРСЗ. На фиг. 5 - пример графика расчета коэффициента затухания (поглощения). На фиг. 6 - пример расчета акустического поля сигналов.
Заявленное устройство (фиг. 1) содержит блок браузера 1, первый вход блока соединен с компьютерной сетью оперативной океанологии, а выход соединен с первым входом блока конвертера формата 2, выход которого в свою очередь соединен с первыми входами блока расчета ВРСЗ 3, блока расчета затухания 4 и блока расчета поля 5, а вторые входы блока браузера 1, блока конвертера формата 2, блока расчета ВРСЗ 3, блока расчета затухания 4, блока расчета поля 5 и блока расчета дальности 7 соединены с выходом блока интерфейса ввода 9, выходы блока расчета затухания 4 и блока расчета ВРСЗ 3 соединены с третьим и четвертым входами блока расчета поля 5, пятый вход соединен с выходом блока базы данных 6, а третий выход блока расчета поля 5 соединен со входом блока базы данных 6, выходы блока расчета ВРСЗ 3, блока расчета дальности 7 соединены соответственно с первым и вторым входами блока интерфейса вывода 8, первый выход блока расчета поля 5 соединен с входом блока расчета дальности 7, а второй выход блока расчета поля 5 соединен с третьим входом блока интерфейса вывода 8, выход которого соединен с источником команд. Связи входа блока браузера 1, выхода блока интерфейса вывода 8 и входа блока интерфейса ввода 9 на фиг. 1 не показаны.
Блоки устройства могут быть реализованы на печатной плате, на которой сборочными операциями (склеиванием, сочленением, пайкой) размещаются электронные компоненты (микросхемы, резисторы, конденсаторы, кварцевые резонаторы, радиаторы, разъемы). Т.е. обеспечивается конструктивное единство и реализация устройством общего функционального назначения.
Предлагаемое устройство гидроакустических расчетов по данным оперативной океанологии работает следующим образом.
Предметом оперативной океанологии является получение оценок гидрофизических данных в режиме, близком к реальному времени. Имеются ресурсы оперативной океанологии - сведения о распределении температуры и солености по глубине, о волнении морской поверхности, о характеристиках льда.
При подаче электропитания загружается программное обеспечение и устройство ожидает пакета команд от ГАК или ГАС по протоколу, например, Ethernet или USB. При получении пакета команд браузер посредством модуля KIC550 соединяется, например, с WEB сервером Интернета http:/193.7.160.230/web/GODAS_HMC/daily_v3.1/ ФГБУ «ГИДРОМЕТЦЕНТР РОССИИ», где ежедневно размещаются выходные данные оперативной системы океанологии - система усвоения океанографических данных (СУОД) [Думанская И.О., Зеленько А.А., Мысленков С.А. и др. Морские гидрологические прогнозы и оперативная океанология в Гидрометцентре России // Гидрометеорологические исследования и прогнозы. - 2019. №4. С. 149-183]. Далее осуществляется скачивание необходимого по дате сжатого файла данных, распаковка, производится конвертация формата NetCDF в формат плавающей запятой и выборка данных по заданным в пакете команд географическим координатам. На фиг. 2 и 3 приведены примеры профилей температуры и солености, полученных с указанного выше WEB сервера. Производится расчет ВРСЗ как функции температуры, солености и давления (глубины). Известно несколько формул расчета, например, Вильсона, Дель Гросса, Чена и Миллера, ВНИИФТРИ. Расчеты коэффициента затухания на заданных горизонтах и частотах в пакете команд производится как функция температуры, солености и давления (глубины). На фиг. 4 и 5 приведены примеры графиков расчетов ВРСЗ, коэффициента затухания. Расчет акустического поля сигналов - картины поля производится для заданных в пакете команд условий, например, модели источника звука и приемника звуковых колебаний, рельефу и акустическим свойствам дна, параметров расчета. Модель морской среды для расчета потерь звуковой энергии, волнение морской поверхности, характеристики льда, задаются согласно полученным данным оперативной океанологии. На фиг. 6 - пример расчета акустического поля сигналов [Авилов К.В., Добряков Н.А., Попов О.Е. Комплекс программных средств для вычисления звуковых полей в морской среде, неоднородной по глубине и трассе распространения // Доклады X научной школы-семинара академика Л.М. Бреховских «Акустика океана», совмещенной с XIV сессией Российского акустического общества. - М.: ГЕОС. - 2004. - С. 27-30]. По окончании заданных в пакете команд действий результаты передаются по протоколу, например, Ethernet или USB в ГАК или ГАС.
Введенное в заявленное устройств использование гидрофизических данных оперативной океанологии позволило производить гидроакустические расчеты без использования измерителя прямого определения ВРСЗ и измерителя температуры, солености и давления, что существенно удешевило устройство и упростило его использование.
Это позволяет считать, что технический результат достигнут.
Для пояснения полезной модели, как примеры, на фиг. 2 представлен график профиля температуры в зависимости от давления (глубины) и на фиг. 3 - график профиля солености, Баренцево море, 20.03.21, 73.67° с.ш., 23.97° в.д. Данные по температуре и солености в зависимости от давления (глубины) для заданных даты и координат получены с WEB сервера http:/193.7.160.230/web/GODAS_HMC/daily_v3.1/ ФГБУ «ГИДРОМЕТЦЕНТР РОССИИ». Сжатый файл с данными температуры, солености по глубине и координатам wo_20210320_grid_T.nc.gz, подробные характеристики льда в сжатом файле wo_20210320_grid_icemod.nc.gz. На фиг. 4 представлен график профиля ВРСЗ в зависимости от давления (глубины), расчет выполнен по формуле Вильсона как функция температуры, солености и давления. На фиг. 5 представлен график коэффициента затухания (поглощения) как функция частоты сигналов на глубине 120 м. На фиг. 6 - расчет акустического поля сигналов в лучевом приближении на основе метода гауссовых лучей. Источник на глубине 50 м, сигнал гармонический на частоте 1000 Гц, волнение 0 баллов. Акустическая заметность источника (носителя ГАК или ГАС) на уровне - 10 дБ на глубинах не более 150 м и при дистанциях не более 20 км [Авилов К.В., Добряков Н.А., Попов О.Е. Комплекс программных средств для вычисления звуковых полей в морской среде, неоднородной по глубине и трассе распространения // Доклады X научной школы-семинара академика Л.М. Бреховских «Акустика океана», совмещенной с XIV сессией Российского акустического общества. - М.: ГЕОС. - 2004. - С. 27-30].