О НЕОБХОДИМОСТИ РАЗРАБОТКИ ИМИТАЦИОННО

Известия ТРТУ
Тематический выпуск
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 cекунду, необходим прибор с существенно более
развитой сигнальной частью. Создание такого прибора на базе микропроцессоров
NM6404 и универсальной ЭВМ на микропроцессоре МЦСТ R500 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
10
Проблемы прикладной гидроакустики
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
11
Известия ТРТУ
Тематический выпуск
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 специалистов-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 (ПЭВК).
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;
12
Проблемы прикладной гидроакустики
- 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 echosounder-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 эхолотавидеоплоттера 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;
13