RU167164U1 - Гидроакустическая многолучевая система для определения численности и параметров рыб - Google Patents

Abstract

Гидроакустическая многолучевая система для определения численности и параметров движения рыб, содержащая блок управления, соединенный с управляющими входами генераторного тракта, приемного тракта, блока формирования веера характеристик направленности, блока обработки, блока индикации и блока определения пространственного положения зон повторного лоцирования, акустическую антенну, соединенную с выходом генераторного тракта и с входом приемного тракта, выход которого соединен с последовательно соединенными блоком формирования веера характеристик направленности, блоком обработки и блоком индикации; выход блока определения положения судна соединен с блоком расчета коэффициента уменьшения зоны обзора «Кузо», выход которого соединен с дополнительным входом блока обработки и с входом блока управления, второй выход блока определения положения судна соединен с входом блока определения пространственного положения зон повторного лоцирования, выход которого соединен со вторым дополнительным входом блока обработки, отличающаяся тем, что в нее дополнительно введены блок определения компонент скорости перемещения рыб, вход которого соединен с дополнительным выходом блока обработки, а выход - с входом блока расчета скорости и направления перемещения рыб, первый выход которого соединен со вторым входом блока индикации, а второй выход через блок расчета параметров преимущественного движения рыб соединен с третьим входом блока индикации.

Description

Полезная модель относится к рыбопромысловой технике и предназначена для использования на судах рыболовного и научно-исследовательского флота для поиска, подсчета, определения миграционного поведения рыб и параметров их движения.

Известны рыбопоисковые эхолоты, «Сарган», «Лещ» и другие, характеристики которых приведены в работах [1 с. 20-21, 2 с. 44-45], содержащие блок управления, выход которого соединен с управляющими входами генераторного тракта, приемного тракта, блока обработки и блока индикации; выход генераторного тракта и вход приемного тракта соединены с акустической антенной, а выход приемного тракта соединен через блок обработки с входом блока индикации.

Блок управления вырабатывает периодически повторяющиеся синхроимпульсы, поступающие в генераторный тракт и разрешающие выработку в нем зондирующего радиоимпульса, поступающего на акустическую антенну, излучающую в водную среду акустический зондирующий сигнал. Этот сигнал распространяется в среде лоцирования (воде), отражается от дна и от объектов, находящихся в канале лоцирования. Отраженные эхоимпульсы принимаются той же акустической антенной, и соответствующие им электрические сигналы поступают на вход приемного тракта, где осуществляется их обработка по заданному алгоритму (усиление, частотная фильтрация, изменение амплитудных соотношений в блоках «Отсечка», «Временная автоматическая регулировка усиления «ВАРУ», детектирование и др.) [1]. С выхода приемного тракта сигнал поступает на блок обработки, где выделяются эхосигналы от отдельных рыб, а затем на блок индикации, выдающий информацию о наличии и о количестве рыбы. В эхолотах, установленных на судах промысловой разведки, к выходу блока управления и к приемному тракту дополнительно может подключаться интегратор, выдающий информацию о величине обнаруженных запасов рыбы за определенный временной интервал, или на определенной величине пути перемещающегося судна [2 с. 15-23, 60-85, 3 с. 136-150]. В современных эхолотах с микропроцессорной обработкой эхосигналов интегратора, как отдельного блока, может и не быть, а интегральную величину количества рыбы определяют программным способом.

Причинами, препятствующими достижению технического результата, являются ограниченные эксплуатационные возможности данных устройств, заключающиеся в следующем.

Эхолоты не позволяют получать достоверные значения плотности обследованных скоплений рыбы, так как по мере приближения судна происходит распугивание рыбы, что приводит к уменьшению ее плотности концентрации в участках водной среды, расположенных вблизи судна. Результаты наблюдения за стаями сельди на глубинах 30-60 м показали, например, что при прохождении судна над рыбой ее концентрация уменьшается в среднем на 70-80% [4].

Кроме того, эхолоты позволяют исследовать только узкую полосу водного пространства, расположенную непосредственно под судном, что приводит к необходимости уменьшения расстояний между галсами судна при разведке и подсчете количества рыбы. В реальных условиях судно подвергается качке и при движении выполняет рысканье в некотором угловом диапазоне. В результате этого прием эхосигналов осуществляется только с части озвученного зондирующим сигналом участка водной среды, что дополнительно приводит к заниженным значениям количества обнаруженных рыб. Кроме того, отдельные объемы водной среды лоцируются по несколько раз и рыба, находящаяся в этих объемах, подсчитывается также несколько раз, что приводит к дополнительным погрешностям при подсчете рыб.

Также с помощью эхолотов нельзя определять преимущественные направления миграции рыб, а также параметры их движения.

Все признаки рассмотренных выше аналогов являются составными частями заявляемого объекта.

В патенте [5] предложен локатор, в котором для "расширения зоны и эффективности обнаружения рыб и других объектов лова" акустическая антенна выполнена в виде n-го количества эхолокационных датчиков вертикального зондирования, ориентированных поперек продольной оси судна. Данный эхолот просматривает участок водной акватории между акустической антенной и дном шириной порядка нескольких метров, что не решает, однако, вопрос о реальном расширении зоны поиска. Остальные недостатки присущие эхолотам [1 с. 20-21, 2 с. 44-45] в данном локаторе не устранены.

В патенте [6] предложен локатор, в котором дополнительно установлен блок поворота характеристики направленности антенны.

При лоцировании излучение зондирующего сигнала производят в каком-либо одном направлении в пределах сектора, расположенного в плоскости, перпендикулярной направлению движения судна. После этого происходит поворот характеристики направленности антенны на некоторый угол в пределах заданного сектора обзора, и начинают новый цикл лоцирования.

Последовательное лоцирование в пределах сектора обзора, используемое в данном локаторе, значительно увеличивает время просмотра сектора и не устраняет недостатков, присущих рассмотренным ранее устройствам.

Признаки, совпадающие с заявляемым объектом: блок управления, выход которого соединен с управляющими входами генераторного тракта, приемного тракта, блока обработки и блока индикации, выход генераторного тракта и вход приемного тракта соединены с акустической антенной, а выход приемного тракта через блок обработки соединен с входом блока индикации.

В патенте [7] предложен многолучевой эхолот для поиска и подсчета рыбы, содержащий блок управления, соединенный с управляющими входами генераторного тракта, приемного тракта, блока формирования веера характеристик направленности, блока обработки и блока индикации, акустическую антенну, соединенную с выходом генераторного тракта и с входом приемного тракта, выход которого соединен с последовательно соединенными блоком формирования веера характеристик направленности, блоком обработки и блоком индикации; с дополнительными входами блока обработки и блока управления соединен выход блока расчета коэффициента уменьшения зоны обзора «Кузо», вход которого соединен с выходом блока определения положения судна.

В эхолоте излучение акустического зондирующего сигнала выполняют в сектор с углом θ порядка нескольких градусов в плоскости, совпадающей с диаметральной плоскостью судна и с углом, равным 180° в плоскости, перпендикулярной диаметральной плоскости судна. Отраженные эхоимпульсы принимаются элементами акустической антенны, и соответствующие им электрические сигналы поступают на вход приемного тракта, где осуществляется их обработка по заданному алгоритму. С выхода приемного тракта сигналы поступают на блок формирования веера характеристик направленности, где выполняется формирование N направлений приема эхосигналов, распределенных в секторе излучения. Эхосигналы, соответствующие каждому из N направлений, поступают на вход блока обработки, где выделяются последовательности эхоимпульсов от отдельных рыб, а затем на блок индикации, с которого осуществляется получение информации о наличии и о количестве рыбы.

До прихода судна в некоторую точку пространства, в объеме водной среды концентрация рыб подчиняется некоторому закону распределения «F1». При приближении судна рыба реагирует на шум и уходит в сторону от судна. По мере приближения судна скорость ухода рыбы растет, что приводит к уменьшению плотности распределения рыбы на расстояниях от судна порядка нескольких десятков метров и увеличению ее концентрации на границе зоны испуга. На расстояниях, больших дистанции испуга, плотность рыбы не меняется, и общий закон плотности распределения рыбы будет характеризоваться зависимостью «F2». Причем, для разных направлений лоцирования, может существовать свой закон распределения «F2-i». Перераспределение рыбы в пространстве не меняет ее общего количества в объеме водной среды, представляющем собой полуцилиндр с осью, совпадающей с курсом судна и с радиусом, большим расстояния до границы зоны испуга рыбы R1. Поэтому в данном устройстве выполняют лоцирование и подсчет количества рыбы до расстояний, больших, чем дистанция испуга рыбы R1, что позволяет устранить ошибку, возникающую за счет ее ухода от судна.

В результате движения судна, его качки и рысканья в некотором угловом диапазоне, прием эхосигналов осуществляется только с части озвученного зондирующим сигналом участка водной среды, что приводит к заниженным значениям количества обнаруженных рыб. Для устранения этой погрешности в устройстве предусмотрен блок определения положения судна, который определяет значения скорости судна, величину его крена, дифферента, а также угловую скорость рысканья. Эти величины подаются в блок расчета коэффициента уменьшения зоны обзора «Кузо», где постоянно рассчитывается поправочный коэффициент уменьшения зоны обзора «Кузо», поступающий на дополнительный вход блока обработки, в котором обнаруженное за цикл лоцирования количество рыб корректируется в соответствии со значением этого коэффициента, а также поступающий на вход блока управления и изменяющий параметры лоцирования (период лоцирования, количество и длительность зондирующих сигналов, ширину характеристики направленности антенны и др.) таким образом, чтобы минимизировать ошибку в количестве обнаруженной рыбы.

В данном устройстве, однако, не устранены погрешности, обусловленные тем, что при его работе отдельные объемы водной среды лоцируются по несколько раз и рыба, находящаяся в этих объемах, подсчитывается также несколько раз. Кроме того, устройство не позволяет определять преимущественные направления миграции рыб, а также параметры их движения. Эти недостатки ограничивают эксплуатационные возможности устройства.

Все признаки данного устройства являются составными частями заявляемого объекта.

В патенте [8] предложен многолучевой гидролокатор, имеющий наибольшее количество совпадающих признаков с заявляемым устройством и содержащий блок управления, соединенный с управляющими входами генераторного тракта, приемного тракта, блока формирования веера характеристик направленности, блока обработки, блока индикации и блока определения пространственного положения зон повторного лоцирования, акустическую антенну, соединенную с выходом генераторного тракта и с входом приемного тракта, выход которого соединен с последовательно соединенными блоком формирования веера характеристик направленности, блоком обработки и блоком индикации; выход блока определения положения судна соединен с блоком расчета коэффициента уменьшения зоны обзора «Кузо», выход которого соединен с дополнительным входом блока обработки и с входом блока управления; второй выход блока определения положения судна соединен с входом блока определения пространственного положения зон повторного лоцирования, выход которого соединен со вторым дополнительным входом блока обработки.

Блок управления вырабатывает периодически повторяющиеся синхроимпульсы, поступающие в генераторный тракт и разрешающие выработку в нем зондирующего радиоимпульса, поступающего на акустическую антенну, которая может состоять из одной или из нескольких активных поверхностей, излучающую в водную среду акустический зондирующий сигнал, распространяющийся в среде лоцирования (воде). Эхоимпульсы, отраженные от дна и от объектов, находящихся в канале лоцирования, принимаются элементами акустической антенны, и соответствующие им электрические сигналы поступают на вход приемного тракта, где осуществляется их обработка по заданному алгоритму (усиление, частотная фильтрация, изменение амплитудных соотношений в блоках «Отсечка», «Временная автоматическая регулировка усиления «ВАРУ», детектирование и др.) [1]. С выхода приемного тракта сигналы поступают на блок формирования веера характеристик направленности, где выполняется формирование N направлений приема эхосигналов, распределенных в секторе излучения. Эхосигналы, соответствующие каждому из N направлений, поступают на вход блока обработки, где выделяются последовательности эхоимпульсов от отдельных рыб и выполняется подсчет их количества, а затем на блок индикации, с которого осуществляется получение информации о наличии и о количестве рыбы.

Для каждого цикла лоцирования рассчитывают коэффициент уменьшения зоны обзора «Кузо», являющийся отношением объема водной среды, из которого могут быть приняты эхосигналы к объему, в котором распространяется зондирующий сигнал до максимальной дистанции лоцирования «Rлоц», в блоке обработки корректируют количество обнаруженной рыбы, разделив ее значение на коэффициент «Кузо», а в блоке управления изменяют параметры лоцирования (период лоцирования, количество и длительность зондирующих сигналов, ширину характеристики направленности антенны θ и др.) таким образом, чтобы минимизировать ошибку в количестве обнаруженных рыб.

При перемещении судна часть участков среды будет лоцироваться несколько раз, и при наличии в них различных объектов (рыбы и других морепродуктов) эхосигналы от этих объектов будут приняты также несколько раз, что вызовет ошибки при конечном подсчете количества обнаруженной рыбы. Для устранения этих погрешностей в блоке определения пространственного положения зон повторного лоцирования гидролокатора рассчитывают коэффициент кратности обзора пространства «Ккоп», а количество обнаруженных целей в каждой зоне кратности определяют как частное от деления количества объектов в этой зоне на коэффициент «Ккоп».

Таким образом, в гидролокаторе устранены погрешности при подсчете количества рыбы, обусловленные уменьшением зоны приема эхосигналов и наличием участков с повторным лоцированием, однако данный гидролокатор не позволяет определять преимущественные направления миграции рыб, а также параметры их движения, что ограничивает его эксплуатационные возможности.

Все признаки данного гидролокатора являются составными частями заявляемого объекта.

В работах [13-15] и в ряде других отмечено, что основная добыча рыб производится на путях их массовых передвижений. Поэтому изучение миграции рыб наряду с научным имеет и огромное промыслово-хозяйственное значение. Для этих целей используют различные интегрированные учетные рыболовные системы, включающие собственно учетные орудия лова, гидроакустические и телеметрические технические средства, промысловые суда и промысловые механизмы. Опытный лов с помощью сетных порядков - один из наиболее старых и в то же время весьма эффективных методов исследования миграции и учета рыб. Однако при этом получают высокую степень травматизма выловленных рыб. Поэтому для этих целей все большее использование находят аппаратурные методы, среди которых особое место занимают гидроакустические методы. В настоящее время имеется большое количество различных типов гидроакустической рыбопоисковой и исследовательской аппаратуры, решающей те или иные задачи. Совершенствование данной аппаратуры происходит в основном путем расширения ее функциональных возможностей и повышения точности.

Задачей предлагаемой полезной модели является расширение эксплуатационных возможностей устройства, позволяющего определять значения параметров движения отдельных рыб, а также получать интегрированную оценку характеристик миграции как отдельных рыб, так и рыбных скоплений.

Для этого в устройство для поиска и подсчета рыбы, содержащее блок управления, соединенный с управляющими входами генераторного тракта, приемного тракта, блока формирования веера характеристик направленности, блока обработки, блока индикации и блока определения пространственного положения зон повторного лоцирования, акустическую антенну, соединенную с выходом генераторного тракта и с входом приемного тракта, выход которого соединен с последовательно соединенными блоком формирования веера характеристик направленности, блоком обработки и блоком индикации; выход блока определения положения судна соединен с блоком расчета коэффициента уменьшения зоны обзора «Кузо», выход которого соединен с дополнительным входом блока обработки и с входом блока управления; второй выход блока определения положения судна соединен с входом блока определения пространственного положения зон повторного лоцирования, выход которого соединен со вторым дополнительным входом блока обработки, дополнительно введены блок определения компонента скорости перемещения рыб, вход которого соединен с дополнительным выходом блока обработки, а выход - с входом блока расчета скорости и направления перемещения рыб, первый выход которого соединен со вторым входом блока индикации, а второй выход через блок расчета параметров преимущественного движения рыб соединен с третьим входом блока индикации.

Полезная модель поясняется чертежами. На фиг. 1 показана функциональная схема заявляемого устройства, на фиг. 2 - изображение зоны приема эхосигналов в плоскости, перпендикулярной диаметральной плоскости судна, на фиг. 3 - распределение зон кратности обзора пространства в плоскости, совпадающей с диаметральной плоскостью судна.

Предлагаемая гидроакустическая многолучевая система для определения численности и параметров движения рыб содержит блок управления 1 (фиг.1), соединенный с управляющими входами генераторного тракта 2, приемного тракта 3, блока формирования веера характеристик направленности 4, блока обработки 5, блока индикации 6 и блока определения пространственного положения зон повторного лоцирования 7, акустическую антенну 8, соединенную с выходом генераторного тракта 2 и с входом приемного тракта 3, выход которого соединен с последовательно соединенными блоком формирования веера характеристик направленности 4, блоком обработки 5 и блоком индикации 6; выход блока определения положения судна 9 соединен с блоком расчета коэффициента уменьшения зоны обзора «Кузо» 10, выход которого соединен с дополнительным входом блока обработки 5 и с входом блока управления 1; второй выход блока определения положения судна 9 соединен с входом блока определения пространственного положения зон повторного лоцирования 7, выход которого соединен со вторым дополнительным входом блока обработки 5; дополнительный выход блока обработки 5 соединен с входом блока расчета компонент скорости перемещения рыб 11, выход которого соединен с входом блока расчета скорости и направления перемещения рыб 12, выход которого соединен с дополнительным входом блока индикации 6, а второй выход через блок расчета параметров движения рыб 13 - со вторым дополнительным входом блока индикации 6.

Рассмотрим работу предлагаемого устройства. Блок управления 1 вырабатывает периодически повторяющиеся синхроимпульсы, поступающие в генераторный тракт 2 и разрешающие выработку в нем зондирующего сигнала, поступающего на акустическую антенну 8, которая может состоять из одной или из нескольких активных поверхностей, излучающую в водную среду акустический зондирующий сигнал. Этот сигнал распространяется в среде лоцирования (воде), отражается от дна и от объектов, находящихся в канале лоцирования. Отраженные эхоимпульсы принимаются элементами акустической антенны 8, и соответствующие им электрические сигналы поступают на вход приемного тракта 3 (который может быть многоканальным), где осуществляется их обработка по заданному алгоритму (усиление, частотная фильтрация, изменение амплитудных соотношений в блоках «Отсечка», «Временная автоматическая регулировка усиления «ВАРУ», детектирование и др.) [1]. Коммутатор, который обычно присутствует в эхоимпульсных лоцирующих системах [1 с. 181], на функциональной схеме фиг. 1 в виде отдельного блока не выделен, а его элементы являются составными частями генераторного 2 и приемного 3 трактов. С выхода приемного тракта 3 сигналы поступают на блок формирования веера характеристик направленности, где выполняется формирование N направлений приема эхосигналов, распределенных в секторе излучения. Эхосигналы, соответствующие каждому из N направлений, поступают на вход блока обработки 5, где выделяются последовательности эхоимпульсов от отдельных рыб и выполняется подсчет количества обнаруженных рыб, а затем на блок индикации 6, с которого осуществляется получение информации о наличии и о количестве рыбы.

В результате того, что судно при поиске рыбы перемещается с некоторой скоростью, подвергается качке и выполняет рысканье в некотором угловом диапазоне, прием эхосигналов осуществляется только с части озвученного зондирующим сигналом участка водной среды, что приводит к заниженным значениям количества обнаруженных рыб. Для устранения этой погрешности в устройстве предусмотрен блок определения положения судна 9, который определяет значения скорости судна, величину его крена, дифферента, а также угловую скорость рысканья. Эти величины подаются в блок расчета коэффициента уменьшения зоны обзора «Кузо» 10, где постоянно рассчитывается поправочный коэффициент уменьшения зоны обзора «Кузо», поступающий на дополнительный вход блока обработки 5, в котором обнаруженное за цикл лоцирования количество рыб корректируется в соответствии со значением этого коэффициента, а также поступающий на вход блока управления и изменяющий параметры лоцирования (период лоцирования, количество и длительность зондирующих сигналов, ширину характеристики направленности антенны и др.) таким образом, чтобы минимизировать ошибку в количестве обнаруженной рыбы.

При использовании средств лоцирования, за счет движения судна, а также за счет его качки и рысканья, происходит уменьшение объема водной среды, из которого происходит прием эхосигналов, по сравнению с озвученным объемом, в котором распространяется зондирующий сигнал, что приводит к обнаружению рыбы только из части озвученного объема и соответственно к заниженным значениям плотности распределения рыбы. На фиг. 2 схематично показано уменьшение угла приема эхосигналов на угол A1O1A2 [7] по сравнению с углом излучения. Этот угол в общем случае равен:

где V_c - скорость судна; R - диапазон дальности (максимальная дальность действия); c - скорость звука в среде; α_изл - ширина характеристики направленности антенны (ХН) при излучении; α_пр - ширина ХН при приеме.

Для учета эффекта уменьшения лоцируемых объемов для каждого цикла лоцирования рассчитывают коэффициент уменьшения зоны обзора «Кузо», являющийся отношением объема водной среды, из которого могут быть приняты эхосигналы к объему, в котором распространяется зондирующий сигнал до максимальной дистанции лоцирования «Ялоц». Этот расчет выполняют в блоке 10 в соответствии с данными о максимальной дальности лоцирования для данного цикла лоцирования, скорости судна, величинах его крена и рысканья, поступающих с блока определения положения судна 9. Определив коэффициент «Кузо», в блоке обработки 5 корректируют количество обнаруженной рыбы, разделив ее значение на коэффициент «Кузо», а в блоке управления 1 изменяют параметры лоцирования (период лоцирования, количество и длительность зондирующих сигналов, ширину характеристики направленности антенны θ и др.) таким образом, чтобы минимизировать ошибку в количестве обнаруженных рыб. Подробно методика расчета коэффициента «Кузо» рассмотрена в патенте [7].

При перемещении судна часть участков среды будет лоцироваться несколько раз, и при наличии в них различных объектов (рыбы и других морепродуктов) эхосигналы от этих объектов будут приняты также несколько раз, что вызовет ошибки при конечном подсчете количества обнаруженной рыбы. На фиг. 3 показан пример распределения зон кратности обзора пространства для рыбопоискового эхолота в плоскости, совпадающей с диаметральной плоскостью судна. Из фигуры видно, что до расстояний, равных Ялоц, все обнаруженные объекты будут посчитаны однократно. С увеличением расстояния часть объектов будет подсчитана один раз, а часть объектов - два раза, затем - два и три раза и так далее.

Для оценки действительного количества обнаруженных объектов с блока определения положения судна 9 значения скорости судна, величины его крена, дифферента и угловой скорости рысканья поступают на вход блока определения пространственного положения зон повторного лоцирования 7, где рассчитывается коэффициент кратности обзора пространства «Ккоп», значения которого подаются на дополнительный вход блока обработки 5, в котором количество обнаруженных целей рассчитывают как

где i - индекс (номер) обнаруженного эхосигнала от объекта, находящегося в канале лоцирования. Подробно методика расчета коэффициента «Ккоп» рассмотрена в патенте [8].

Определение параметров движения рыб выполняют в блоках 11-13. В блоке 11 определяют компоненты скорости перемещения каждой обнаруженной рыбы. Для этого при каждом цикле лоцирования в блок определения компонент скорости движения рыб 11 с блока обработки 5 поступает последовательность эхосигналов от обнаруженных рыб, а с блока определения положения судна 9 - сигналы, характеризующие компоненты скорости перемещения судна, величины его крена, дифферента и рысканья.

Компоненты скорости движения каждой рыбы, определяют по величине доплеровского смещения частот принятых эхосигналов относительно частоты зондирующего сигнала. Известно [1 с. 119], что частота эхосигнала при взаимном перемещении судна и объекта лоцирования будет отличаться от частоты зондирующего сигнала fo на величину доплеровского смещения fd, равную

где α и β - углы между векторами скорости V1 судна, объекта лоцирования V2 и направлением R распространения зондирующего сигнала,

C - скорость распространения акустического сигнала в среде лоцирования.

При излучении зондирующего сигнала в направлении, перпендикулярном ходу судна, получим, что

Компоненты скорости перемещения рыб Vr, совпадающие с направлением распространения R зондирующего сигнала, будут равны

Компоненты скорости перемещения рыб, совпадающие с направлением движения судна X, с вертикальным Y или горизонтальным Z направлениями, определяют по величине перемещения рыб, определенным для двух или более циклов лоцирования. Выбор ориентации направлений R, X, Y и Z может отличаться от рассмотренного выше.

Вариант алгоритма определения компонент скорости движения отдельных разреженных рыб, что характерно, например, для осетровых по результатам их лоцировании состоит в виде пошагового выполнения следующих действий:

Шаг 1. В текущем цикле излучения-приема регистрируют эхосигналы от рыб, попавших в зону уверенного приема.

Шаг 2. Для данного цикла лоцирования с блока определения положения судна 9 регистрируют значения компонент скорости судна, а также значения его пространственных координат в момент излучения зондирующего сигнала.

Шаг 3. Для каждого эхосигнала от рыб, принятого в данном цикле лоцирования, определяют величину частоты доплеровского смещения fd и рассчитывают скорость перемещения отдельных рыб Vr в направлении лоцирования R.

Шаг 4. По уровням эхосигнала от каждой рыбы и значениям скорости Vr рассчитывают ориентировочный размер L рыбы. При этом используют методики, изложенные в работах [2-4, 16], а также учитывают, что численно L≥Vr/2.

Шаг 5. Регистрируют пространственные координаты каждой обнаруженной рыбы при данном цикле лоцирования и заносят их в память.

Шаг 6. По значениям пространственных координат каждой рыбы, определенных для предыдущего цикла лоцирования, а также учитывая полученные при этом значения скорости Vr и ориентировочный размер L каждой рыбы, выполняют идентификацию рыбы.

Шаг 7. Для каждой рыбы, прошедшей идентификацию, определяют значения ее перемещения ΔX, ΔY и ΔZ по координатам X, Y и Z.

Шаг 8. Для каждой рыбы рассчитывают значения скорости и направление перемещения для данного цикла лоцирования.

Шаг 9. Полученные данные передают в блок расчета параметров движения рыб 13, а также в блок индикации 6, где к каждой отметке от отдельной рыбы добавляется дополнительная информация о величине скорости и направлении перемещения рыбы в данном цикле лоцирования. Эта информация может представлять собой, например, вектор, длина которого будет характеризовать скорость перемещения, а направление вектора - направление перемещения рыбы.

В блоке 13 выполняют расчет параметров преимущественного перемещения рыбы, то есть ее миграционное поведение. Процедура данного расчета может состоять, например, из следующей последовательности операций.

Шаг 1. Для каждого направления выполняют суммирование с учетом знаков компонент скорости перемещения рыб, обнаруженных в данном цикле лоцирования. Причем, суммирование могут выполнять как для всего объема лоцирования до максимальных расстояний Rmax, так и послойно для отдельных горизонтов.

Шаг 2. По полученным суммам рассчитывают величину скорости и направление перемещения всей массы рыб, обнаруженных в данный цикл лоцирования.

Шаг 3. Эта информация передается в блок индикации 6, где представляется в виде, удобном для ее восприятия, например, в виде графической временной зависимости.

Шаг 4. Значения параметров скорости перемещения рыб, обнаруженных в данном цикле лоцировании, умножают на количество рыб и получают интегральную величину импульса массы рыб Wi, перемещающихся в данном направлении за временной интервал, равный периоду лоцирования. Информация об этом перемещении в виде временной зависимости Wi(t) передается в блок индикации 6.

Шаг 5. Для заданного временного интервала или для заданного количество циклов лоцирования суммируют с учетом направления перемещения полученные значения Wi и получают интегральную величину и направление миграционного перемещения рыб Wm за определенный временной интервал, которая передается в блок индикации 6.

Таким образом, при выполнении данных алгоритмов в новых блоках 11, 12, 13, введенных дополнительно в конструкцию известного устройства-прототипа, получают динамически изменяемые во времени значения количества обнаруженных рыб, а также параметры их движения и миграционного поведения, что значительно расширяет эксплуатационные возможности известного устройства.

Элементы приведенных выше алгоритмов были опробованы с использованием интегрированного имитационного модуля, в результате чего была подтверждена их реализуемость для целей получения информации о параметрах движения одиночных рыб, а также наблюдения временных характеристик их миграционного поведения.

Реализация предложенного устройства не представляет сложностей. Текущие параметры положения судна определяются многочисленными стандартными датчиками [9, 10], подсоединенными к ЭВМ, коэффициенты «Кузо» и «Ккоп» рассчитываются по методикам, рассмотренным в патентах [7, 8], а информация о параметрах движения одиночных рыб, а также характеристики их миграционного поведения выполняются в новых блоках по приведенным алгоритмам. Излучение зондирующего сигнала, прием эхосигналов, их обработка, формирование заданных направлений приема, выполняются устройствами, составные части которых рассмотрены в работах [1, 9-12 и других].

Преимуществами перед вышеуказанными параметрами является то, что возможно получать динамически изменяемые во времени значения количества обнаруженных рыб, а также параметры их движения и миграционного поведения; расширение эксплуатационных возможностей устройства, позволяет определять значения параметров движения отдельных рыб, а также получать интегрированную оценку характеристик миграции как отдельных рыб, так и рыбных скоплений.

Источники информации

1. Кобяков Ю.С., Кудрявцев Н.Н., Тимошенко В.И. Конструирование гидроакустической рыбопоисковой аппаратуры. - Л. Судостроение, 1986. - 272 с.

2. Юданов К.И., Калихман И.Л., Теслер В.Д. Руководство по проведению гидроакустических съемок. -М. ВНИРО, 1984. - 124 с.

3. Юданов К.И. Гидроакустическая разведка рыбы. - СПб. Судостроение, 1992. - 192 с.

4. Olsen К. Fish behavior and acoustic sampling. //Intern, symp. on fish, acoust, 1987, Seattle, USA, 28p.

5. Патент RU 2229226 «Устройство для поиска рыбы», МПК A01K 79.00, опубл. 27.05.2004.

6. Патент RU 2367151 «Устройство для оценки размеров рыб в процессе их поиска», МПК A01K 61.00, опубл. 20.09.2009

7. Патент RU 2421755 «Способ и устройство для поиска и подсчета рыбы», МПК G01S 15/96, опубл. 20.06.2011.

8. Патент RU 2558003 «Устройство для поиска и подсчета рыбы», МПК G01S 15/96, A01K 79/00, опубл. 27.07.2015.

9. Букатый В.М., Дмитриев В.И. Гидроакустические лаги. - М. Пищевая промышленность, 1980. - 176 с.

10. Проектирование датчиков для измерения механических величин. Под ред. Е.П. Осадчего. - М. Машиностроение, 1979. - 480 с.

11. Самойлов Л.К. Электронное управление характеристик направленности антенн. - Л. Судостроение, 1987. - 280 с.

12. Смарышев М.Д., Добровольский Ю.Ю. Гидроакустические антенны. - Л. Судостроение, 1984. - 300 с.

13. Шмидт П. Ю. Миграции рыб: 2-е изд. доп.- М., Л.: Академия наук СССР, 1947. - 341 с.

14. Лапшин О.М. Теория, методология и практика учетных рыболовных систем: Автореферат дис. д-ра техн. Наук: 05.18.17; Москва 2009. - 50 с.

15. Ходоревская Р.П. Поведение, распределение и миграции осетровых рыб Волго-Каспийского бассейна: Автореф. дис. д-ра биол. наук: 03.00.10; РАН. Ин-т проблем экологии и эволюции им. А.Н. Северцова. 2002. - 48 с.

16. Ермольчев В.А. Эхосчетные и эхоинтегрирующие системы для количественной оценки рыбных скоплений. - М.: Пищевая промышленность, 1979. - 193 с.

Claims (1)

1. Гидроакустическая многолучевая система для определения численности и параметров движения рыб, содержащая блок управления, соединенный с управляющими входами генераторного тракта, приемного тракта, блока формирования веера характеристик направленности, блока обработки, блока индикации и блока определения пространственного положения зон повторного лоцирования, акустическую антенну, соединенную с выходом генераторного тракта и с входом приемного тракта, выход которого соединен с последовательно соединенными блоком формирования веера характеристик направленности, блоком обработки и блоком индикации; выход блока определения положения судна соединен с блоком расчета коэффициента уменьшения зоны обзора «Кузо», выход которого соединен с дополнительным входом блока обработки и с входом блока управления, второй выход блока определения положения судна соединен с входом блока определения пространственного положения зон повторного лоцирования, выход которого соединен со вторым дополнительным входом блока обработки, отличающаяся тем, что в нее дополнительно введены блок определения компонент скорости перемещения рыб, вход которого соединен с дополнительным выходом блока обработки, а выход - с входом блока расчета скорости и направления перемещения рыб, первый выход которого соединен со вторым входом блока индикации, а второй выход через блок расчета параметров преимущественного движения рыб соединен с третьим входом блока индикации.

   

Images