RU2518023C1 - Способ профилирования донных отложений - Google Patents
Способ профилирования донных отложений Download PDFInfo
- Publication number
- RU2518023C1 RU2518023C1 RU2012151735/28A RU2012151735A RU2518023C1 RU 2518023 C1 RU2518023 C1 RU 2518023C1 RU 2012151735/28 A RU2012151735/28 A RU 2012151735/28A RU 2012151735 A RU2012151735 A RU 2012151735A RU 2518023 C1 RU2518023 C1 RU 2518023C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- time
- signal
- carrier
- receiving antenna
- antenna
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Measurement Of Velocity Or Position Using Acoustic Or Ultrasonic Waves (AREA)
- Geophysics And Detection Of Objects (AREA)
- Radar Systems Or Details Thereof (AREA)
Abstract
Изобретение относится к области геофизики и гидроакустики и может быть использовано для изучения структуры донных отложений в шельфовой зоне мирового океана, а также для изучения особенностей распространения звука в придонном слое мелкого моря. Сущность: способ профилирования донных отложений включает установку приемоизлучающей антенны профилографа на буксируемый носитель, при этом излучающая и приемная антенны профилографа устанавливаются на носителе раздельно друг от друга, а в качестве приемной антенны используется ориентированная вдоль продольной оси носителя К - элементная приемная антенна. Буксируют носитель над дном, производят излучение импульсного акустического фазоманипулированного сигнала, модулируемого М-последовательностью, прием отраженного сигнала, его корреляционную обработку с копией излученного акустического фазоманипулированного сигнала, при этом усиление и корреляционную обработку принятых сигналов производят К- канальным приемным трактом. После усиления и корреляционной обработки сигналов, принятых каждым элементом К -элементной приемной антенны, формируют Q значений комплексной амплитуды принятого сигнала S(к) qp, из Q элементов - строк формируют матрицу, для каждого момента времени излучения tpn и времени прихода tq вычисляют временные задержки. Повторяют операции временного сдвига и синфазного суммирования для всего массива данных для каждого элемента приемной антенны, для каждого момента времени прихода принятых сигналов tq и времени излучения tP, синфазно суммируют К сигналов, принятых К - элементной приемной антенной. Затем выполняют графическое построение профиля донных отложений по времени задержки отраженного сигнала. Технический результат: увеличение разрешающей способности способа профилирования в продольном направлении при сохранении достаточно большой глубины профилирования и высокой разрешающей способности в вертикальном направлении. 3 ил.
Description
Изобретение относится к области геофизики и гидроакустики и может быть использовано для изучения структуры донных отложений в шельфовой зоне мирового океана, а также для изучения особенностей распространения звука в придонном слое мелкого моря.
Известен способ профилирования донных отложений, реализованный в работе Касаткина Б.А., Косарева Г.В., Ларионова Ю.Г. Исследование дна Амурского залива профилографом высокого разрешения. Сборник трудов Российского акустического общества. М., ГЕОС, 2001, т.2, с.18-22. Известное решение основано на принципе отражения распространяющихся в воде и грунте широкополосных акустических импульсов от всех границ раздела, таких как граница раздела вода - морское дно, а также границы раздела между отдельными слоями морских осадочных пород.
Способ включает излучение широкополосных импульсных акустических сигналов в диапазоне частот 3-8 кГц, прием отраженных сигналов, их корреляционную обработку в режиме реального времени и построение профиля донных осадков по времени задержки отраженных сигналов от границ раздела слоев. Использование широкополосных импульсных акустических сигналов позволяет реализовать в данном способе достаточно высокую разрешающую способность метода профилирования. Недостатком данного способа является сравнительно малая глубина профилирования.
Известен способ профилирования донных отложений, в котором для увеличения глубины профилирования при сохранении высокой разрешающей способности в качестве импульсного акустического зондирующего сигнала используют фазоманипулированный сигнал, модулированный М-последовательностью (Патент РФ №2356069, МПК G01V 1/38, 2007 г.). Данный способ является наиболее близким к заявляемому решению и принят за прототип.
Этот способ профилирования донных отложений включает установку приемоизлучающей антенны профилографа на буксируемый носитель и его буксировку над дном, излучение фазоманипулированного сигнала, модулированного М-последовательностью, прием отраженного сигнала, его корреляционную обработку с акустической копией излученного сигнала и последующее графическое построение профиля донных отложений по времени задержки отраженного сигнала. В этом способе для увеличения глубины профилирования используют фазоманипулированный сигнал с достаточно большой базой, обладающий достаточной энергией, а разрешающая способность данного способа в вертикальном направлении сохраняется высокой за счет высокого отношения сигнал / шум на входе приемного тракта, что также обеспечивается выбором фазоманипулированного сигнала с достаточно большой базой.
Недостатком данного способа профилирования является низкая разрешающая способность в продольном направлении, т.е. в направлении буксировки антенны профилографа. Это объясняется тем, что антенна профилографа на рабочих частотах профилирования обладает слабой направленностью в вертикальной плоскости, вследствие чего точечный объект профилирования изображается на профилограмме в виде характерной параболы, что затрудняет правильную идентификацию объектов профилирования. Для увеличения разрешающей способности в продольном направлении либо увеличивают апертуру антенны профилографа, что существенно увеличивает и массогабаритные характеристики профилографа, либо используют методику синтезирования апертуры. Такая методика применительно к задаче профилирования приведена, например, в работе: А.И.Захаров, В.И.Каевицер, В.М.Разманов, В.Н.Раскатов, Применение методов синтезирования апертуры в низкочастотных эхолотах-профилографах. Труды VIII международной конференции Прикладные технологии гидроакустики и гидрофизики. СПб, Наука, 2006, с.143-147. Однако алгоритмы синтезирования апертуры, описанные в этой работе, не учитывают различия в скорости распространения звука в воде и донных отложениях и связанного с этим преломления звуковых лучей на границе раздела вода - морское дно, а потому являются весьма приближенными. Как следствие, они являются достаточно эффективными только при малой величине синтезируемой апертуры и в случае, когда донные отложения являются неконсолидированным осадком, скорость звука в котором близка к скорости звука в воде.
Задачей изобретения является увеличение разрешающей способности способа профилирования в продольном направлении при сохранении достаточно большой глубины профилирования и высокой разрешающей способности в вертикальном направлении.
Поставленная задача решается способом профилирования донных отложений, включающим установку приемоизлучающей антенны профилографа на буксируемый носитель и его буксировку над дном, при этом излучающая и приемная антенны профилографа устанавливаются на носителе раздельно друг от друга, причем в качестве приемной антенны используется ориентированная вдоль продольной оси носителя К-элементная приемная антенна, излучение импульсного акустического фазоманипулированного сигнала, модулируемого М-последовательностью, прием отраженного сигнала, его корреляционную обработку с копией излученного акустического фазоманипулированного сигнала и последующее графическое построение профиля донных отложений по времени задержки отраженного сигнала. Для компенсации пространственных искажений, связанных со слабой направленностью антенны профилографа, а следовательно для увеличения разрешающей способности в продольном направлении, прием отраженного сигнала производят К-элементной приемной антенной, ориентированной вдоль носителя антенны профилографа, а усиление и корреляционную обработку принятых сигналов производят К-канальным приемным трактом. После усиления и корреляционной обработки сигналов, принятых каждым элементом К-элементной приемной антенны, для каждой посылки импульсного сигнала, излученного в момент времени tp=t0+pT, Т - период следования импульсов излучения профилографа, р=1, 2, 3…, из массива обработанных данных формируют Q значений комплексной амплитуды принятого сигнала S(K) qp, в интервале времен прихода отраженного акустического фазоманипулированного сигнала tq∈(t0, tMAX), q=l,2, Q, где
,
,
, (с1, с2 - предварительно определенные эффективные скорости звука в воде и в донных отложениях соответственно, h - высота антенны профилографа над дном,
, Δf - полоса частот акустического фазоманипулированного сигнала, H - предполагаемая глубина профилирования морского дна). Из Q элементов - строк формируют матрицу из Q×(2N+1) - значений комплексной амплитуды принятого сигнала S(K) qpn, соответствующих временам прихода tq и временам излучения tpn=tp±nT, q∈(1,Q); n∈(0,N). Для каждого момента времени излучения tpn и времени прихода tq вычисляют временные задержки
(U - предварительно определенная скорость носителя антенны профилографа, zq - глубина отражающего слоя). Для каждого момента времени прихода принятых сигналов tq и времени излучения tpn синфазно суммируют 2N+1 сигналов, сдвинутых по временной шкале на величину Δtqn по формуле
повторяют операции временного сдвига и синфазного суммирования для всего массива данных р>N+1, q≤Q для каждого элемента приемной антенны, для каждого момента времени прихода принятых сигналов tq и времени излучения tp синфазно суммируют К сигналов, принятых К-элементной приемной антенной, сдвинутых по временной шкале на величину kТ, по формуле
причем период следования импульсов излучения Т, длина отдельного элемента К-элементной приемной антенны L и скорость носителя антенны профилографа U - связаны соотношением L=TU.
Заявленное техническое решение поясняется чертежами, где на фиг.1 показана лучевая трактовка преломления лучей на границе раздела вода - морское дно: а) схема формирования синтезированной апертуры, б) z0=h, rn=nUT, на фиг.2 - профилограммы морского дна, полученные без обработки: а) с использованием предложенного способа профилирования донных отложений б).
В результате обработки всего массива данных пространственные искажения, связанные со слабой направленностью антенны профилографа и движением носителя профилографа, компенсируются, что равносильно увеличению направленности антенны профилографа в вертикальной плоскости и улучшению его разрешающей способности в продольном направлении. При такой структуре приемной антенны профилографа и предложенных алгоритмах обработки сигналов разрешающая способность профилографа в продольном направлении будет равна длине одного элемента антенны L, а эффективная синтезированная апертура равна (2N+1)KL. Геометрия формирования синтезированной апертуры поясняется фиг.1, на котором показана лучевая трактовка преломления лучей на границе раздела вода - морское дно: а) схема формирования синтезированной апертуры, б) z0=h, rn=nUT. На фиг.2а хорошо видны характерные пространственные искажения изображения локализованных в морских отложениях объектов в виде пересекающихся параболических структур. Эти искажения эффективно устраняются, как это видно на фиг.2б, при использовании предложенного способа профилирования и алгоритмов синтезирования апертуры.
Способ профилирования донных отложений реализуется следующим образом.
При профилировании осадочного слоя морского дна предварительно измеряются или вычисляются эффективные значения скорости звука в воде и осадочном слое морского дна, которые входят в качестве параметров в алгоритмы обработки сигналов. Излучающая и приемная антенны профилографа устанавливаются на носителе раздельно друг от друга. В качестве приемной антенны используется ориентированная вдоль продольной оси носителя К-элементная приемная антенна. Процесс профилирования включает в себя установку приемоизлучающей антенны профилографа на буксируемый носитель, движение носителя антенны профилографа над дном со скоростью U, которая находится в определенном соотношении с длиной отдельного элемента антенны L и периодом следования импульсов излучения Т, излучение импульсного акустического фазоманипулированного сигнала, модулируемого М-последовательностью, прием отраженного сигнала К-элементной приемной антенной, ориентированной вдоль носителя антенны профилографа. Усиление и корреляционную обработку принятых сигналов К-канальным приемным трактом. Для увеличения разрешающей способности способа профилирования в продольном направлении производят обработку всего массива данных, полученных на выходе К-канального приемного тракта методом синтезирования апертуры с учетом преломления лучей на границе раздела вода - морское дно по формуле (1) для каждого элемента К-элементной приемной антенны и синфазное сложение сигналов, принятых отдельными элементами К-элементной приемной антенны, по формуле (2) с последующим графическим построением профиля донных отложений по времени задержки отраженного сигнала. При такой структуре приемной антенны профилографа, приемного тракта профилографа и предложенных алгоритмах обработки сигналов разрешающая способность профилографа в продольном направлении будет равна длине одного элемента антенны L, а эффективная синтезированная апертура равна (2N+1)KL.
Таким образом, предложенный способ отличается от известных новизной решения поставленной задачи и позволяет существенно увеличить разрешающую способность в продольном направлении при профилировании донных отложений.
Claims (1)
- Способ профилирования донных отложений, включающий установку приемоизлучающей антенны профилографа на буксируемый носитель и его буксировку над дном, излучение импульсного акустического фазоманипулированного сигнала, модулируемого М-последовательностью, прием отраженного сигнала, его корреляционную обработку с копией излученного акустического фазоманипулированного сигнала и последующее графическое построение профиля донных отложений по времени задержки отраженного сигнала, отличающийся тем, что излучающая и приемная антенны профилографа устанавливаются на носителе раздельно друг от друга, причем в качестве приемной антенны используется ориентированная вдоль продольной оси носителя К - элементная приемная антенна, а усиление и корреляционную обработку принятых сигналов производят К - канальным приемным трактом, после усиления и корреляционной обработки сигналов, принятых каждым элементом К - элементной приемной антенны, для каждой посылки импульсного сигнала, излученного в момент времени tp=t0+pT, Т - период следования импульсов излучения профилографа, р=1, 2, 3…, из массива обработанных данных формируют Q значений комплексной амплитуды принятого сигнала S(k) qp, в интервале времен прихода отраженного акустического фазоманипулированного сигнала tq∈(t0, tMAX), q=l,2, Q, где , , , (с1,с2 - предварительно определенные эффективная скорость звука в воде и в донных отложениях соответственно, h - высота антенны профилографа над дном, , Δf - полоса частот акустического фазоманипулированного сигнала, H - предполагаемая глубина профилирования морского дна), из Q элементов - строк формируют матрицу из Q×(2N+1) - значений комплексной амплитуды принятого сигнала S(k) qpn, соответствующих временам прихода tq и временам излучения tpn=tp±nT q∈(1,Q); n∈(0,N), для каждого момента времени излучения tpn и времени прихода tq вычисляют временные задержки
,
, , , , , , , ,
, .
(U - предварительно определенная скорость носителя антенны профилографа, Zq - глубина отражающего слоя), синфазно суммируют 2N+1 сигналов, сдвинутых по временной шкале на величину Δtqn по формуле
,
повторяют операции временного сдвига и синфазного суммирования для всего массива данных р>N+1,q≤Q для каждого элемента приемной антенны, для каждого момента времени прихода принятых сигналов tq и времени излучения tp синфазно суммируют К сигналов, принятых К - элементной приемной антенной, сдвинутых по временной шкале на величину кТ, по формуле
причем период следования импульсов излучения Т, длина отдельного элемента К - элементной приемной антенны L и скорость носителя антенны профилографа U-связаны соотношением L=TU.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2012151735/28A RU2518023C1 (ru) | 2012-12-03 | 2012-12-03 | Способ профилирования донных отложений |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2012151735/28A RU2518023C1 (ru) | 2012-12-03 | 2012-12-03 | Способ профилирования донных отложений |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2518023C1 true RU2518023C1 (ru) | 2014-06-10 |
RU2012151735A RU2012151735A (ru) | 2014-06-10 |
Family
ID=51214069
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2012151735/28A RU2518023C1 (ru) | 2012-12-03 | 2012-12-03 | Способ профилирования донных отложений |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2518023C1 (ru) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU187455U1 (ru) * | 2018-12-27 | 2019-03-06 | Общество с ограниченной ответственностью "Маринн 3Д" | Многочастотный эхолот-профилограф |
RU2814150C1 (ru) * | 2023-01-18 | 2024-02-22 | Акционерное Общество "Концерн "Океанприбор" | Параметрический профилограф |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2326408C1 (ru) * | 2006-10-02 | 2008-06-10 | Виктор Алексеевич Авдонюшкин | Способ восстановления формы рельефа морского дна при дискретных измерениях глубин посредством гидроакустических средств и устройство для его осуществления |
RU75238U1 (ru) * | 2008-03-07 | 2008-07-27 | Тихоокеанский океанологический институт им. В.И. Ильичева Дальневосточного отделения Российской академии наук (ТОИ ДВО РАН) | Устройство для профилирования донных отложений |
RU2356069C2 (ru) * | 2007-06-25 | 2009-05-20 | Тихоокеанский океанологический институт им. В.И. Ильичева Дальневосточного отделения Российской академии наук (ТОИ ДВО РАН) | Способ профилирования донных отложений |
RU2400778C1 (ru) * | 2009-09-14 | 2010-09-27 | Институт проблем морских технологий Дальневосточного отделения Российской академии наук (статус государственного учреждения) (ИПМТ ДВО РАН) | Способ профилирования донных отложений |
RU2439614C2 (ru) * | 2009-03-24 | 2012-01-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Государственный научно-исследовательский навигационно-гидрографический институт Министерства обороны Российской Федерации" (ФГУП "ГНИНГИ Минобороны России") | Способ съемки рельефа дна акватории и устройство для его осуществления |
-
2012
- 2012-12-03 RU RU2012151735/28A patent/RU2518023C1/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2326408C1 (ru) * | 2006-10-02 | 2008-06-10 | Виктор Алексеевич Авдонюшкин | Способ восстановления формы рельефа морского дна при дискретных измерениях глубин посредством гидроакустических средств и устройство для его осуществления |
RU2356069C2 (ru) * | 2007-06-25 | 2009-05-20 | Тихоокеанский океанологический институт им. В.И. Ильичева Дальневосточного отделения Российской академии наук (ТОИ ДВО РАН) | Способ профилирования донных отложений |
RU75238U1 (ru) * | 2008-03-07 | 2008-07-27 | Тихоокеанский океанологический институт им. В.И. Ильичева Дальневосточного отделения Российской академии наук (ТОИ ДВО РАН) | Устройство для профилирования донных отложений |
RU2439614C2 (ru) * | 2009-03-24 | 2012-01-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Государственный научно-исследовательский навигационно-гидрографический институт Министерства обороны Российской Федерации" (ФГУП "ГНИНГИ Минобороны России") | Способ съемки рельефа дна акватории и устройство для его осуществления |
RU2400778C1 (ru) * | 2009-09-14 | 2010-09-27 | Институт проблем морских технологий Дальневосточного отделения Российской академии наук (статус государственного учреждения) (ИПМТ ДВО РАН) | Способ профилирования донных отложений |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU187455U1 (ru) * | 2018-12-27 | 2019-03-06 | Общество с ограниченной ответственностью "Маринн 3Д" | Многочастотный эхолот-профилограф |
RU2814150C1 (ru) * | 2023-01-18 | 2024-02-22 | Акционерное Общество "Концерн "Океанприбор" | Параметрический профилограф |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2012151735A (ru) | 2014-06-10 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
ES2544952T3 (es) | Sistema de sonar y método que proporciona baja probabilidad de impacto sobre mamíferos marinos | |
EP2391911B1 (en) | Parametric seismic source | |
GB2484753A (en) | Method of imaging for nonlinear scattering | |
GB2557722A (en) | Coded signals for marine vibrators | |
RU2517983C1 (ru) | Способ профилирования донных отложений | |
Rajapan et al. | Importance of underwater acoustic imaging technologies for oceanographic applications–a brief review | |
RU2518023C1 (ru) | Способ профилирования донных отложений | |
Andrews et al. | Empirical dependence of acoustic transmission scintillation statistics on bandwidth, frequency, and range in New Jersey continental shelf | |
RU2356069C2 (ru) | Способ профилирования донных отложений | |
Lei | A time-domain beamformer for UWB through-wall imaging | |
RU2410721C1 (ru) | Способ обнаружения объектов, находящихся в толще донного грунта | |
RU2400778C1 (ru) | Способ профилирования донных отложений | |
Lazarev et al. | Coherent seismic sea-bottom profiling based on broadband signals | |
CN111025272A (zh) | 具备隧道效应抑制能力的平面声学基阵超宽覆盖波束发射方法 | |
Sabra | Coherent backscattering effect from mid-frequency shallow water reverberation | |
DE202018006512U1 (de) | Mehrfrequenz-Unterwasserhorchgerät | |
Xionghou et al. | High-resolution 2D Imaging Using MIMO Sonar with Fourier Integral Method (FIM) | |
RU2602770C1 (ru) | Способ акустической томографии гидрофизических и геофизических полей в морской среде | |
Xiang-jian et al. | An Imaging Algorithm for High-speed Side-scan Sonar Based on Multi-beam Forming Technology | |
Grinyuk et al. | Experimental study of mode selection in shallow-water sea | |
Esipov | New approach to oceanography research on elongated paths on principles of nonlinear acoustics | |
RU2721307C1 (ru) | Акустический способ и устройство измерения параметров морского волнения | |
RU2280266C2 (ru) | Способ обнаружения объектов, находящихся в толще донного грунта | |
RU2390797C1 (ru) | Способ формирования коротких акустических импульсов при параметрическом излучении и варианты устройства его реализации | |
US20240004063A1 (en) | Acoustical applications of modulation beamforming technology |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20171204 |