CC BY
12
Раздел I. Методы и средства экологического мониторинга
УДК 534.222.2 DOI 10.18522/2311-3103-2019-8-4-11
Ж.Д. Бойченко, В.А. Воронин, Е.А. Казакова, Е.А. Полтавцева, С.С. Снесарев
ОСОБЕННОСТИ ПРИМЕНЕНИЯ ПАРАМЕТРИЧЕСКИХ
АКУСТИЧЕСКИХ ЛОКАТОРОВ ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ВЕРТИКАЛЬНОГО РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ В АТМОСФЕРЕ
Рассматриваются особенности применения акустических излучающих параметрических антенн для акустического зондирования вертикального распределения температуры в атмосфере. Известные акустические локаторы, применяемые для этих целей, имеют различные характеристики направленности на разных частотах. Параметрические излучающие антенны в силу особенностей формирования виртуальной антенны сохраняют одинаковую характеристику направленности на всех частотах генерируемых в среде волн. Однако неоднородность среды взаимодействия волн накачки влияет на амплитуду генерируемых волн. Целью работы является оценка влияния изменения скорости распространения акустических волн при различных температурах среды на параметры образованных в результате взаимодействия волн. В работе ставится задача определения влияния изменения скорости звука на характеристики параметрической антенны на основе решения уравнения Хохлова-Заболотской-Кузнецова для неоднородной среды. В качестве неоднородностей выбрано изменение скорости распространения акустических волн в среде с изменяющейся по трассе взаимодействия волн накачки температурой. Для решения поставленной задачи в статье рассматриваются возможные методы акустического определения вертикального распределения температуры в атмосфере, оцениваются преимущества и недостатки существующих методов и делается вывод о возможности использования излучающей акустической параметрической антенны для определения вертикального распределения температуры в атмосфере. Для определения влияния изменения скорости распространения волн на характеристики параметрической антенны на основе модифицированного уравнения Хохлова-Заболотской-Кузнецова для неоднородной среды приводится решение, в котором в явном виде обозначено изменение скорости распространения по пути распространения волн. Приводятся оценки изменения и делается вывод о несущественном влиянии на амплитуду генерируемого сигнала.
Параметрическая излучающая антенна; характеристики; скорость звука; неоднородная среда; вертикальное зондирования атмосферы.
Zh.D. Boychenko, V.A. Voronin, E.A. Kazakova, E.A. Poltavtseva, S.S. Snesarev
FEATURES OF APPLICATION OF PARAMETRIC ACOUSTIC LOCATORS FOR MEASUREMENT OF VERTICAL TEMPERATURE DISTRIBUTION
IN THE ATMOSPHERE
The paper discusses the features of the use of acoustic transmitting parametric array for acoustic sensing of the vertical temperature distribution in the atmosphere. Known acoustic locators used for these purposes have different directional characteristics at different frequencies. Parametric transmitting array due to the peculiarities of virtual array formation retain the same directivity characteristic at all frequencies of waves generated in the medium. However, the inho-mogeneity of the pump wave interaction medium affects the amplitude of the generated waves. The
aim of the work is to assess the influence of changes in the propagation velocity of acoustic waves at different ambient temperatures on the parameters of the waves formed as a result of interaction. The problem of determining the influence of sound velocity changes on the characteristics of a parametric array based on the solution of the Khokhlov-Zabolotskaya-Kuznetsov equation for inhomogeneous medium is posed. As inhomogeneities, the change in the velocity of acoustic waves propagation in a medium with temperature varying along the path of pump waves interaction is chosen. To solve this problem, the article considers the possible methods of acoustic determination of the vertical temperature distribution in the atmosphere, assesses the advantages and disadvantages of existing methods and concludes that it is possible to use a radiating acoustic parametric antenna to determine the vertical temperature distribution in the atmosphere. To determine the effect of change of speed of wave propagation on parametric antenna characteristics based on modified equations of Khokhlov-Zabolotskaya-Kuznetsov for heterogeneous environments provides a solution that explicitly indicated the change in the propagation velocity along the wave propagation path is explicitly indicated. Estimates of the change are given and a conclusion is made about the insignificant influence on the amplitude of the generated signal.
Parametric transmitting array; characteristics; speed of sound; inhomogeneous medium; vertical sensing of the atmosphere.
Введение. Измерения вертикального распределения температуры в атмосфере дистанционными методами связано с измерениями скорости распространения звуковых волн, различными способами. Фазовая скорость распространения акустических волн в любой среде находится при решении лианеризованных уравнений гидродинамики [1, 2]. В предположении, что звуковое давление меньше давления газа, волны распространяются адиабатически, а диссипация энергии из-за вязкости и теплопроводности не учитывается, при этом предполагается что в термодинамическом приближении газ идеален (справедливо уравнение Клайперона), рассматривая уравнения Эйлера и непрерывности, скорость звука определим как [3, 4]:
где у - показатель адиабаты; к - постоянная Больцмана; Я - универсальная газовая постоянная; Т - абсолютная температура в кельвинах; 1 - температура в градусах Цельсия; т - молекулярная масса; М - молярная масса.
По порядку величины скорость звука в газах близка к средней скорости теплового движения молекул и в приближении постоянства показателя адиабаты пропорциональна квадратному корню из абсолютной температуры. Эта зависимость дает возможность измерением времени распространения акустических волн от излучателя к приемнику измерять вертикальные распределения температуры в атмосфере.
Величины, входящие в уравнение (1), незначительно влияют на измерения при изменении температуры, так как практически не зависят от температуры. Так молекулярный вес воздушной массы считается постоянным до высот 90 - 100 м, показатель адиабаты, равный отношению удельных теплоемкостей при постоянном давлении и постоянном объеме, меняется в третьем знаке после запятой, а универсальная газовая постоянная также очень слабо зависит от температуры [3, 5, 6].
Методы измерения вертикального распределения температуры в атмосфере. Измерения вертикальных распределений температуры в атмосфере производится несколькими способами. Во-первых, это контактный способ с использова-
где в - адиабатическая сжимаемость среды; р - плотность. Для газов эта формула выглядит так:
(1)
нием разнообразных термометров, размещаемых на носителях, поднимающихся вертикально. Во-вторых, это безконтактные способы. В настоящее время широко распространены лидарные (лазерные) методы зондирования, радиолокационные методы, радиоакустические методы и акустические методы зондирования атмосферы. Наиболее чувствительным методом является акустический, поскольку распространение акустических волн сильно зависит от характеристик воздушных масс: изменяется скорость распространения акустических волн, затухание волн, существенна рефракция волн.
Дистанционные измерения распределений температуры производятся тремя способами. Это радиоакустический способ, многочастотный способ основанный на уравнении акустической локации и способ, основанный на измерении времени прихода, рассеянного температурными неоднородностями, акустического сигнала [3].
В радиоакустическом методе производится измерение скорости распространения акустических волн на основе взаимодействия электромагнитных волн определенной частоты с периодическими неоднородностями плотности среды, создаваемыми акустической волной. Этот метод реализуется сравнительно просто и широко распространен. В многочастотном способе оценивается энергия рассеянного неоднородностями среды акустического сигнала на разных частотах зондирования. Поскольку на разных частотах акустический сигнал поглощается по-разному, то по величине рассеянного неоднородностями сигнала судят об изменении температуры слоя. Этот метод в основном применяется для зондирования профиля влажности. И, наконец, способ определения температуры на основе измерения времени прихода рассеянного неоднородностями сигнала применяется в бистатических схемах зондирования [3]. В работе [4] описывается оригинальный фазовый метод акустического дистанционного зондирования океана.
Во всех этих способах для излучения акустических волн применяются акустические системы различной конструкции. Это однолучевые антенны, много осевые антенны и фазированные антенные решетки. Каждая из этих систем имеет свои особенности и свои области применения [2]. Но все они обладают существенным недостатком. Ширина звукового пучка меняется при изменении частоты излучаемого сигнала и в характеристике направленности присутствуют боковые лепестки достаточно большого уровня.
Этих недостатков удается избежать применением параметрических излучающих антенн, в которых излучение нужных сигналов формируется путем взаимодействия волн накачки в среде распространения, являющейся нелинейной [2]. Однако повышение точности восстановления профилей температуры в атмосфере связано с некоторыми особенностями формирования параметрической антенны в неоднородной среде.
Уравнения. Будем считать, что длина формирования разрыва в волне превышает размеры области взаимодействия, т.е. нелинейное поглощение достаточно слабо по сравнению с ослаблением вследствие затухания. Это означает, что задачу можно заведомо рассматривать в линейном, по параметру нелинейности, приближении в силу малой интенсивности нелинейно генерируемых волн. Тогда в приближении второго порядка малости по звуковым возмущениям для распространяющихся в среде волн можно записать волновое уравнение для акустического давления [5]
c2(z) at2
Здесь Q представляет собой вторичные источники волн, образованных в результате нелинейного взаимодействия в среде распространения, z - координата, вдоль которой имеется распределение фазовой скорости c(z), причем с 2 (z) = (dp) при р=р0 . При рассмотрении распространения вторичных волн в области взаи-
е д2р2
модействия Q = —^¡^"^Т . Уравнение (1) и выражение для Q приведены для
случая среды, неоднородной по фазовой скорости c(z), но однородной по плотности, т.е. равновесное значение плотности р0 = const. В выражении для вторичных источников оставлен член, который описывает распространение волн в зоне взаимодействия первичных источников. Однако, взаимодействие волн в неоднородной среде с изменяющейся скоростью звука по трассе распространения взаимодействующих волн приводит к уравнению, описываемому модифицированным уравнением Хохлова-Заболотской-Кузнецова для вертикального зондирования неоднородной атмосферы [6-13]. При этом предполагается, что рефракция лучей отсутствует:
. ер др Ъ д2р р del c(z) _
' + p0c(z) 3 дт + 2 p0c(z) 3 д т2 + 2 с (z) dzj + 2 ' ( )
Второй член в квадратных скобках описывает нелинейное взаимодействие волн в среде с изменяющейся скоростью звука, а коэффициент нелинейности учитывает только изменяющуюся скорость звука по трассе распространения волн. Третий член учитывает затухание взаимодействующих волн с коэффициентом затухания b, а четвертый описывает изменение амплитуды волны в результате изменения скорости звука. При малых (плавных) изменениях скорости звука четвертым членом в уравнении (2) можно пренебречь.
Изменение скорости звука от координаты z можно выразить как с (z) = , где c0 - скорость распространения звуковой волны у поверхности преобразователя, а - изменение скорости относительно с0 .
Решение уравнения (2) для амплитуды вторичных низкочастотных волн, образующихся генерацией в нелинейной среде, приводит к выражению [14-16]
Р_ (z) = i еП2а 2 Р 0 lP° V (z) . (3)
8c(z)4 ро ехр(-)
В этом выражении - это значения амплитуды генерированных вторич-
ных волн с частотами равными разности частот взаимодействующих волн, - амплитуды взаимодействующих волн, - параметр нелинейности среды, П - частота генерируемой волны, а - характерный размер излучающей антенны накачки, - длина зоны затухание вторичных волн, - выражение, которое описывает процесс взаимодействия волн.
Оценки. Изменение скорости распространения 5с (z) по отношению к с0 величина малая. Рассмотрим как влияет это изменение на амплитуду генерируемого сигнала. Поскольку предполагается, что наиболее сильно влияет изменение от координаты в выражении (3) с (z) 4 , разложим выражение Р_ (z) пропорциональное 1 / с0 [1 + 5с (z) ] 4 в ряд по 5с (z) [17, 18]
. (4)
В результате с точностью до квадратичных членов получаем
p_(z) = ieil2а2 Р0 1Р02 (z)[ 1 _ 45с (z) + 1 0 5с (z)2] . (5)
SCqPO ехР(—J
Пренебрегая влиянием изменения скорости звука на /(z), заметим, что изменение амплитуды генерируемого сигнала пропорционально малой величине изменения скорости звука. Так при Sc(z) = 0,1 изменение амплитуды составит 0,4.
По измеренному значению скорости звука определяем распределения температуры с точностью до квадратичных членов по малому параметру в соответствии с выражением [19, 20]:
ST = 2 —Т0 ,
Со
где ST - изменение температуры, Т0 - начальное значение температуры воздуха.
Заключение. Распространение акустических волн в атмосфере связано с взаимодействием их в неоднородной среде. Температурные флюктуации являются такими неоднородностями. Выше рассмотрено влияние изменений температуры по трассе распространения волн накачки и генерируемых волн разностной частоты на характеристики параметрической излучающей антенны. Рассмотренный многочастотный метод определения профиля распределения температуры в атмосфере на основе использования уравнения локации с применением параметрической излучающей антенны обладает некоторыми преимуществами перед методами с использованием традиционных акустических антенн. Однако амплитуда генерируемых волн в параметрической антенне также зависит от температуры среды через скорость распространения взаимодействующих волн, и этот факт учитывается в настоящем исследовании.
Использование многочастотного способа измерения температурных неодно-родностей атмосферы, основанного на уравнении акустической локации, требует учета изменения скорости звука на амплитуду принимаемых сигналов разностной частоты, а способ, основанный на измерении времени прихода, рассеянного температурными неоднородностями, акустического сигнала, такого учета не требует. Но этим способом возможно только построения температурного профиля, а не величин температуры.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Ландау Л.Д., Лифшиц Е.М. Механика сплошных сред. - М.: Наука, 1988. - 356 с.
2. Новиков Б.К., Руденко О.В., Тимошенко В.И. Нелинейная гидроакустика. - Л.: Судостроение, 1981. - 264 с.
3. Красненко Н.П. Акустическое зондирование атмосферы. - Новосибирск: Наука, 1986. - 166 с.
4. Кузнецов В.П. Фазовый метод акустического дистанционного зондирования океана // Современные проблемы термогидромеханики океана: Матер. I Международной научно-технической конференции по термогидромеханике океана. РАН, Институт океанологии им. П.П. Ширшова РАН, 2017. - С. 80-82.
5. Исакович М.А. Общая акустика. - М.: Изд-во «Наука», 1973. - 496 с.
6. MillerL.E. Molecular weight of air of high altitude // J. Geoph. Res. - 1957. - Vol. 62, No. 3.
7. Теплофизические свойства веществ / под ред. Варгафтика Н.Б. - М.: Госэнергоиздат, 1956.
8. Алаев А.Н., Лаптев М.В., Петров Г.А. Влияние антенных систем на информационные потоки в акустических содарах // IV Научно-техническая конференция с международным участием «Наука настоящего и будущего», 24-25 марта 2016 г., Санкт-Петербург.
9. Борисов С.А. О влиянии плавных профилей скорости звука на амплитуду звукового давления на оси параметрической антенны при вертикальном зондировании океана // Известия ТРТУ. - 1999. - № 4 (14). - С. 127-133.
10. Кузнецов В.П. Акустические методы для дистанционного измерения вертикального распределения скорости звука в океане // Акустика океана: Доклады XV школы-семинара им. акад. Л.М. Бреховских, совмещенной с XXIX сессией Российского Акустического Общества. Сер. "Изданий трудов школы-семинара им. акад. Л.М. Бреховских". - 2016. - С. 131-134.
11. Воронин В.А., Казакова Е.А., Снесарев С.С. Излучающая параметрическая акустическая антенна для исследования некоторых характеристик воздушных сред // Modern engineering and innovative technologies. Karsluhe, Germany. - 2018. - Issue No. 5, Vol. 2. - P. 90-95.
12. Буров В.А., Евтухов С.Н., Ткачева А.М., Румянцева О.Д. Акустическая томография нелинейного параметра с помощью малого числа преобразователей // Акустический журнал. - 2006. - Т. 52, № 6. - С. 760-776.
13. Гурбатов С.Н., Прончатов-Рубцов Н.В. О влиянии регулярных и случайных неодно-родностей среды на характеристики параметрических излучателей // Акустический журнал. - 1982. - XXVIII, № 6. - С. 770-775.
14. Воронин В.А., Тарасов С.П., Тимошенко В.И. Гидроакустические параметрические системы. - Ростов-на-Дону: Ростиздат, 2004. - 400 с.
15. Нелинейная акустика в океанологии: монография / под ред. Кузнецова В.П. - М.: Физ-матлит, 2010.
16. Воронин В.А., Кузнецов В.П., Мордвинов Б.Г., Тарасов С.П., Тимошенко В.И. Нелинейные и параметрические процессы в акустике океана. - Ростов-на-Дону: Ростиздат, 2007. - 448 с.
17. Ильин В.А., Садовничий В.А., Сендов Бл.Х. Математический анализ. В 2-х т. - М.: Изд-во МГУ, 1985. - Ч. 1. - 662 с. - 1987. - Ч. 2. - 358 с.
18. ПискуновН.С. Дифференциальное и интегральное исчисления. В 2-х т. - М.: Физматлит, 1996. - 416 c.
19. Канев Н. Г. Акустический метод измерения температуры и влажности воздуха в помещениях // Акустический журнал. - 2014. - Т. 60, № 3. - С. 332 -335.
20. Гостев В.С., Неклюдов В.И., Толкачев В.Я., Швачко Р.Ф. Исследование акустических методов мониторинга внутренних водоемов // Акустический журнал. - 1995. - Т. 41, № 2. - С. 232-234.
REFERENCE
1. Landau L.D., Lifshits E.M. Mekhanika sploshnykh sred [Mechanics of continuous media]. Moscow: Nauka, 1988, 356 p.
2. Novikov B.K., Rudenko O.V., Timoshenko V.I. Nelineynaya gidroakustika [Nonlinear hydroacoustics]. Leningrad: Sudostroenie, 1981, 264 p.
3. Krasnenko N.P. Akusticheskoe zondirovanie atmosfery [Acoustic sounding of the atmosphere]. Novosibirsk: Nauka, 1986, 166 p.
4. Kuznetsov V.P. Fazovyy metod akusticheskogo distantsionnogo zondirovaniya okeana [Phase method of acoustic remote sensing of the ocean. In the book: Modern problems of thermohydrometric ocean], Sovremennye problemy termogidromekhaniki okeana: Mater. I Mezhdunarodnoy nauchno-tekhnicheskoy konferentsii po termogidromekhanike okeana. RAN, Institut okeanologii im. P.P. Shirshova RAN, 2017 [Proceedings of the I International scientific and technical conference on ocean thermohydromechanics. Russian Academy of Sciences Institute of Oceanology P. p. Shirshov Russian Academy of Sciences. 2017], pp. 80-82.
5. IsakovichM.A. Obshchaya akustika [General acoustics]. Moscow: Izd-vo «Nauka», 1973, 496 p.
6. MillerL.E. Molecular weight of air of high altitude, J. Geoph. Res., 1957, Vol. 62, No. 3.
7. Teplofizicheskie svoystva veshchestv [Thermophysical properties of substances], ed. by Vargaftika N.B. Moscow: Gosenergoizdat, 1956.
8. Alaev A.N., Laptev M. V., Petrov G.A. Vliyanie antennykh sistem na informatsionnye potoki v akusticheskikh sodarakh [Influence of antenna systems on information flows in acoustic reservoirs], IV Nauchno-tekhnicheskaya konferentsiya s mezhdunarodnym uchastiem «Nauka nastoyashchego i budushchego», 24-25 marta 2016 g., Sankt-Peterburg [IV Scientific and technical conference with international participation "Science of the present and future", March 24-25, 2016, St. Petersburg].
9. Borisov S.A. O vliyanii plavnykh profiley skorosti zvuka na amplitudu zvukovogo davleniya na osi parametricheskoy antenny pri vertikal'nom zondirovanii okeana [On the influence of smooth sound velocity profiles on the amplitude of sound pressure on the axis of the parametric antenna during vertical ocean sounding], Izvestiya TRTU [Izvestiya TSURE], 1999, No. 4 (14), pp. 127-133.
10. Kuznetsov V.P. Akusticheskie metody dlya distantsionnogo izmereniya vertikal'nogo ras-predeleniya skorosti zvuka v okeane [Acoustic methods for remote measurement of the vertical distribution of sound velocity in the ocean], Akustika okeana: DokladyXVshkoly-seminara im. akad. L.M. Brekhovskikh, sovmeshchennoy s XXIX sessiey Rossiyskogo Akusticheskogo Obshchestva. Ser. "Izdaniy trudov shkoly-seminara im. akad. L.M. Brekhovskikh" [Acoustics of the ocean: Reports XV school-seminar. Acad. L.M. Brekhovskikh, combined with the XXIX session of The Russian Acoustic Society. Ser. "Publication of the proceedings of the school-seminar. Acad. L. M. Brekhovskikh"], 2016, pp. 131-134.
11. Voronin V.A., Kazakova E.A., Snesarev S.S. Izluchayushchaya parametricheskaya akusticheskaya antenna dlya issledovaniya nekotorykh kharakteristik vozdushnykh sred [Radiating parametric acoustic antenna for the study of some characteristics of air environments], Modern engineering and innovative technologies. Karsluhe, Germany, 2018, Issue № 5, Vol. 2, pp. 90-95.
12. Burov V.A., Evtukhov S.N., Tkacheva A.M., Rumyantseva O.D. Akusticheskaya tomografiya nelineynogo parametra s pomoshch'yu malogo chisla preobrazovateley [Acoustic tomography of the nonlinear parameter by means of the small number of converters], Akusticheskiy zhurnal [Akusticheskij zhurnal], 2006, Vol. 52, No. 6, pp. 760-776.
13. Gurbatov S.N., Pronchatov-Rubtsov N.V. O vliyanii regulyarnykh i sluchaynykh neodnorodnostey sredy na kharakteristiki parametricheskikh izluchateley [On the influence of regular and random inhomogeneities of the medium on the characteristics of parametric emitters], Akusticheskiy zhurnal [Akusticheskij zhurnal], 1982, XXVIII, No. 6, pp. 770-775.
14. Voronin V.A., Tarasov S.P., Timoshenko V.I. Gidroakusticheskie parametricheskie sistemy [Hydroacoustic parametric systems]. Rostov-on-Don: Rostizdat, 2004, 400 p.
15. Nelineynaya akustika v okeanologii: monografiya [Nonlinear acoustics in Oceanology: monograph], ed. by Kuznetsova V.P. Moscow: Fizmatlit, 2010.
16. Voronin V.A., Kuznetsov V.P., Mordvinov B.G., Tarasov S.P., Timoshenko V.I. Nelineynye i parametricheskie protsessy v akustike okeana [Nonlinear and parametric processes in ocean acoustics]. Rostov-on-Don: Rostizdat, 2007, 448 p.
17. Il'in V.A., Sadovnichiy V.A., Sendov Bl.Kh. Matematicheskiy analiz [Mathematical analysis]. In 2 vol. Moscow: Izd-vo MGU, 1985, Part 1, 662 p. 1987, Part 2, 358 p.
18. Piskunov N.S. Differentsial'noe i integral'noe ischisleniya [Differential and integral calculus]. In 2 vol. Moscow: Fizmatlit, 1996, 416 p.
19. Kanev N.G. Akusticheskiy metod izmereniya temperatury i vlazhnosti vozdukha v pomeshcheniyakh [Acoustic method of measuring temperature and humidity in the premises], Akusticheskiy zhurnal [Akusticheskij zhurnal], 2014, Vol. 60, No. 3, pp. 332 -335.
20. Gostev V.S., Neklyudov V.I., Tolkachev V.Ya., Shvachko R.F. Issledovanie akusticheskikh metodov monitoringa vnutrennikh vodoemov [Research of acoustic methods of monitoring of internal reservoirs] Akusticheskiy zhurnal [Akusticheskij zhurnal], 1995, Vol. 41, No. 2, pp. 232-234.
Статью рекомендовал к опубликованию д.т.н., профессор С.П. Тарасов.
Бойченко Жанна Дмитриевна - Южный федеральный университет; e-mail: [email protected]; 347928, г. Таганрог, пер. Некрасовский, 44; тел.: +79188994885; магистрант 2 курса.
Воронин Василий Алексеевич - e-mail: [email protected]; тел.: +79061838997; д.т.н.; профессор.
Казакова Елена Александровна - e-mail: [email protected]; кафедра электрогидроакустической и медицинской техники; аспирант.
Полтавцева Елена Анатольевна - e-mail: [email protected]; тел.: +79185006643; магистрант 2 курса.
Снесарев Сергей Стефанович - e-mail: [email protected]; кафедра электрогидроакустической и медицинской техники; инженер.
Boychenko Zhanna Dmitrievna - Southern Federal University; e-mail: [email protected]; 44, Nekrasovkiy, Taganrog, 347928, Russia; phone: +79188994885; 2nd year master's student.
Voronin Vasily Alekseevich - e-mail: [email protected]; phone: +79061838997; dr. of eng. sc.; professor.
Kazakova Elena Aleksandrovna - e-mail: [email protected]; the department of electrohydroacoustic and medical technic; graduate student.
Poltavtseva Elena Anatolyevna - e-mail: [email protected]; phone: +79185006643, 2nd year master's student.
Snesarev Sergey Stefanovich - e-mail: [email protected]; the department of electrohydroacoustic and medical technic; engineer.
УДК 681.883 DOI 10.18522/2311-3103-2019-8-11-21
А.А. Лукьянченко, Л.Г. Орлова, П.П. Пивнев, Д.А. Чоп
ПАРАМЕТРИЧЕСКИЙ ГИДРОЛОКАТОР ТРАВЕРЗНОГО ОБЗОРА ДЛЯ ОБНАРУЖЕНИЯ И МОНИТОРИНГА РЫБНЫХ СКОПЛЕНИЙ
НА МЕЛКОВОДЬЕ
В настоящее время положение дел по промыслу биологических ресурсов Мирового океана кардинально меняется. Работы связанные с экологическим мониторингом морских акваторий проводятся на федеральном, региональном, территориальном и локальном уровнях. Основной целью мониторинга состояния акваторий водоемов, является обеспечение компетентных органов и природопользователей информацией о количественном и видовом составе обитающих организмов, а также информационная поддержка процедур принятия решений в области природоохранной деятельности и экологической безопасности. Систематическое обобщение информации о Мировом океане, биологических явлениях в совокупности знаний, необходимы для понимания распределения, численности и наличия рыб. Для того, чтобы не подорвать биологические запасы гидробионтов Мирового океана необходимо регулярно проводить наблюдение и научно-исследовательскую работу по количественному учету биологических ресурсов, регулировать квоты на вылов рыбы и моллюсков. В связи со сложностью учета биологических ресурсов в мелководных районах Мирового океана при помощи ныне существующих приборов, рассмотрены вопросы связанные с разработкой и исследованием гидролокатора траверзного обзора для мониторинга морских гидробионтов на мелководье, поскольку данная тема является актуальной, и остро стал вопрос о сохранении биологического разнообразия водоемов. Технология траверзного обзора с применением гидролокатора характеризуется высокой степенью автоматизации, информативностью, оперативностью исследований и низкими трудозатратами по сравнению с традиционными способами, основанными на использовании тралов, волокуш. Также необходимо отметить, что благодаря использованию данного метода не происходит травмирования обитателей водоемов, поскольку зачастую травмированные гидробионты погибают. В гидролокаторе траверзного обзора в параметрическом режиме формируется «безлепестковая» узконаправленная диаграмма направленности в вертикальной плоскости, что позволяет увеличить дальность действия до 700 метров и более. А в горизонтальной плоскости для увеличения эхоконтакта и производительности поиска формируется широкая диаграмма направленности (30-40 град) за счет использованием нескольких антенн накачки установленных под определенным углом относительно друг друга. Разработка и дальнейшее применение вышеуказанного гидроакустического прибора позволит создать своего рода базу данных с информацией о территориальном распределении рыбных скоплений в мелководных районах. Однако для практической реализации и создания таких сложных технических устройств требуется проведение целого комплекса прикладных научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ. Грандиозность всего, что связано с представлением человека об океане, послужила основанием для широкого распространен-
