RU75238U1 - Устройство для профилирования донных отложений - Google Patents
Устройство для профилирования донных отложений Download PDFInfo
- Publication number
- RU75238U1 RU75238U1 RU2008109075/22U RU2008109075U RU75238U1 RU 75238 U1 RU75238 U1 RU 75238U1 RU 2008109075/22 U RU2008109075/22 U RU 2008109075/22U RU 2008109075 U RU2008109075 U RU 2008109075U RU 75238 U1 RU75238 U1 RU 75238U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- signal
- receiving
- generating
- sequence
- information
- Prior art date
Links
Landscapes
- Geophysics And Detection Of Objects (AREA)
Abstract
Полезная модель предназначена для изучения структуры донных отложений шельфовых областей мирового океана, в подводной акустике для поиска полезных ископаемых, а также для изучения распространения звука в мелком море. Устройство содержит последовательно соединенные персональный компьютер с 24-разрядным аналого-цифровым преобразователем и системой генерирования зондирующего сигнала, усилитель мощности и подводную приемоизлучающую акустическую систему, состоящую из излучающей и приемной антенн. Персональный компьютер выполняет функции формирования, приема, обработки зондирующего сигнала, накопления и визуализации информации. В качестве зондирующего сигнала используют фазоманипулированный сигнал, модулированный М-последовательностью.
Description
Полезная модель относится к области геофизики и может быть использована в геологии для изучения структуры донных отложений шельфовых областей мирового океана, подводной акустике для поиска полезных ископаемых, а также для изучения распространения звука в мелком море.
В настоящее время существует достаточно много устройств для профилирования донных отложений. К наиболее часто используемым относятся устройства сейсмопрофилирования и эхолокации. (Справочник по гидроакустике. - Л.: Судостроение, 1982, 344 с.). Наибольшее распространение получили многофункциональные эхолоты и выполненные на их основе профилографы высокого разрешения. Основные модули, входящие в состав такого профилографа, это приемоизлучающая акустическая антенна, усилитель мощности и блок обработки и визуализации информации. Существуют разные типы таких профилографов, отличающихся в основном типом сигнала и мощностью излучения, однако они все имеют существенный недостаток - так называемую «мертвую зону». Она обусловлена тем, что пока идет процесс излучения зондирующего сигнала невозможно осуществлять детектирование отраженного, из-за сложности его выделения на фоне основного. Вследствие этого в непосредственной близости от приемоизлучающей антенны возникает область тени («мертвая зона»). Она тем больше, чем длиннее зондирующий сигнал и больше его мощность. Это накладывает существенные ограничения на применение данных устройств в мелководных водоемах и на шельфе.
Наиболее близким к заявляемому решению является акустический профилограф высокого разрешения с использованием частотно-модулированного сигнала для определения тонкой структуры морского дна, описанный в работе (Касаткина Б.А., Косарева Г.В., Ларионова Ю.Г. Исследование дна Амурского залива акустическим профилографом высокого разрешения. Сборник трудов XI сессии Российского акустического общества.- Москва.: ГЕОС, 2001, т.2, с.18-22).
Известный профилограф состоит из подводной приемоизлучающей акустической системы (антенный блок), усилителя, блока формирования, приема и обработки информации, а также блока накопления и отображения информации на базе персонального компьютера. Антенный блок установлен на носителе и включает в себя излучающую антенну на основе пьезокерамических стержневых преобразователей и приемную антенну на основе пьезоцилиндров. Блок формирования, приема и
обработки информации включает систему генерирования частотно-модулированного сигнала, выполненную на базе сигнального процессора со встроенным аналого-цифровым преобразователем (АЦП), и содержит достаточно сложную систему временной автоматической регулировки уровня сигнала (ВАРУ). Блок формирования, приема и обработки информации управляет работой профилографа: с использованием цифро-аналогового преобразователя сигнального процессора генерирует зондирующий частотно-модулированный импульс, производит временную автоматическую регулировку уровня принятого сигнала, оцифровывает и обрабатывает сигнал, а также осуществляет информационный обмен с блоком накопления и отображения получаемой информации, выполненном на базе персонального компьютера.
Недостатком известного устройства является наличие «мертвой зоны», возникающей вследствие необходимости временного разделения излученного и отраженного сигналов из-за использования для зондирования частотно-модулированного сигнала. Поскольку глубина исследуемых акваторий иногда составляет (2-6) м, для уменьшения «мертвой зоны» в качестве излучаемого сигнала приходится генерировать короткий тональный сигнал с частотой 6 кГц и длительностью 0,5мс. Такой режим позволяет уменьшить «мертвую зону» приема, однако приводит к уменьшению мощности излучаемого сигнала, ухудшению качества профилограмм и уменьшению глубины прозвучивания.
Автору и заявителю не удалось обнаружить в известных источниках информации устройства для профилирования донных отложений, не имеющего «мертвой зоны» приема.
Задача предлагаемой полезной модели - исключение эффекта «мертвой зоны» приема устройства для профилирования донных отложений, упрощение структуры устройства, повышение его надежности и универсальности.
Поставленная задача решается устройством профилирования донных отложений, состоящим из последовательно соединенных блока накопления и визуализации информации, управляющего блока с аналого-цифровым преобразователем и системой генерирования зондирующего сигнала, усилителя мощности, подводной приемоизлучающей акустической системы, состоящей из излучающей и приемной антенн, при этом блок накопления и визуализации информации и управляющий блок выполнены на базе одного персонального компьютера, снабженного 24-разрядным аналого-цифровым преобразователем, а в качестве системы генерирования зондирующего сигнала используют систему
генерации фазоманипулированного сигнала, модулированного М-последовательностью.
В отличие от прототипа, в котором для формирования, приема, обработки частотно-модулированного сигнала, накопления и визуализации информации используют два различных блока: для формирования, приема, обработки сигнала используют систему на базе сигнального процессора с АЦП и системой временной автоматической регулировки уровня (ВАРУ) принятого сигнала, а для накопления и визуализации - персональный компьютер, заявляемое устройство, основанное на использовании генерирования фазоманипулированного сигнала, модулированного М-последовательностью, позволяет объединить эти блоки в один блок формирования, приема, обработки фазоманипулированного сигнала, модулированного М-последовательностью, накопления и визуализации информации, реализованный на базе одного персонального компьютера (ПЭВМ), снабженного высокоразрядным АЦП. Этот блок (ПЭВМ) реализует как функции формирования, приема и обработки фазоманипулированного сигнала, модулированного М-последовательностью, так и функции накопления и отображения информации. Это в свою очередь дало возможность отказаться от сложной системы временной автоматической регулировки уровня принятого сигнала (ВАРУ) прототипа, необходимой при использовании в устройстве системы генерирования частотно-модулированного сигнала, и значительно упростить конструкцию устройства и повысить его надежность.
Фазоманипулированный сигнал, модулированный М - последовательностью (у(t)) представляет из себя несущий гармонический сигнал, в котором фаза меняется на 180 град, когда значение модулирующей М - последовательности становится равным единице.
###U127
где А-константа, f -несущая частота сигнала, M(t) - модулирующая М -последовательность
М-последовательность представляет собой бинарную последовательность импульсов, которая обладает важным свойством - ее автокорреляционная функция, измеренная за конечный интервал времени, представляет собой один узкий треугольник, шириной 2 символа. Длина М-последовательности определяется количеством содержащихся в ней бинарных символов
где n - сложность последовательности.
Генерирование фазоманипулированного сигнала, модулированного М-последовательностью, осуществляется в программной среде на основе управляющих полиномов М-последовательности. Вывод на усилитель происходит через цифро-аналоговый преобразователь стандартной звуковой карты ПЭВМ, что упростило систему формирования сигнала.
Отметим, что заявляемое устройство не могло быть реализовано на базе прототипа без серьезных конструктивных изменений, возникающих из-за существенных различий в конфигурации и функциях используемых модулей систем генерирования зондирующих сигналов, а также ограниченной вычислительной мощности сигнального процессора.
Исключение эффекта «мертвой зоны» приема происходит благодаря конструктивному решению предложенного устройства с использованием генерирования фазоманипулированного, модулированного М-последовательностью сигнала. Сигналы данного типа обладают свойством когерентности, что позволяет с помощью математической обработки уверенно выделять отраженный сигнал на фоне продолжающегося излучения зондирующего сигнала.
В то же время их использование налагает определенные ограничения на процесс обработки отраженных сигналов, а именно, используемое в заявляемом устройстве АЦП должен быть не менее, чем 16-разрядным, преимущественно, 24-разрядным.
Излучающая и приемная антенны могут быть выполнены как на основе пьезокерамических стержневых преобразователей и пьезоцилиндров, используемых в прототипе, либо, например, излучающая антенна в виде пьезокерамического излучателя кольцевого типа, помещенного в массивный фокусирующий экран с целью формирования узкой диаграммы направленности, а приемная антенна в виде свернутой в кольцо сейсмокосы для придания направленности, экранированной от кратных отражений от поверхности воды, либо применяют другие подходящие конструкции антенн.
Частота собственного резонанса излучающей антенны, входящей в состав приемоизлучающей системы зависит от конкретных задач профилирования: глубины зондирования, требуемой разрешающей способности.
На фиг.1 представлена функциональная схема заявляемого устройства, где 1-усилитель мощности, 2- приемоизлучающая система, включающая 3 - излучающую и 4 - приемную
антенны; 5 - блок формирования, приема и обработки зондирующего сигнала, накопления и визуализации информации (ПЭВМ), включающий 6 - систему генерирования зондирующего сигнала и 7 - АЦП.
Процесс функционирования заявляемого устройства осуществляется следующим образом. Сформированный в системе генерирования (6) фазоманипулированный сигнал, модулированный М-последовательностью, поступает через усилитель (1) мощности на излучающую антенну (3). После прохождения и отражения от исследуемой среды сигнал регистрируется приемной антенной (4) и поступает на ПЭВМ (5) в устройство (7) ввода сигнала АЦП, где оцифровывается. Оцифрованный сигнал математически обрабатывается в блоке (5) соответствующим программным пакетом, например, «MatLab 2000», в котором осуществляется его корреляционная обработка (операция свертки с опорным излучаемым сигналом) и графическое отображение результатов.
Таким образом, за счет заявляемой конструкции устройства, обеспечивающей использование для профилирования донных отложений фазоманипулированного сигнала, модулированного М-последовательностью, впервые удалось разработать устройство, не имеющее «мертвой зоны» приема, что особенно важно при исследовании донных осадков на шельфовой зоне, значительно упрощается структура устройства, повышается его надежность и универсальность.
Заявляемое устройство было технически реализовано в ходе серии натурных экспериментов в шельфовой области Японского моря в районе залива Посьета (Приморье). Приемоизлучающий блок был стационарно установлен в 55 метрах от берега на дно на глубине 13 м и сообщался с блоком формирования, приема и обработки зондирующего сигнала, накопления и визуализации информации (ПЭВМ) по кабельным линиям. Профилирование осуществлялось с помощью фазоманипулированного сигнала, модулированного М-последовательностью, с несущей частотой излучающей антенны 2125 Гц, длинной 63 и 511 символов, и с четырьмя периодами на символ. Излучающая антенна была выполнена в виде пьезокерамического излучателя кольцевого типа, помещенного в массивный фокусирующий экран с целью формирования узкой диаграммы направленности, а приемная антенна - в виде свернутой в кольцо для придания направленности сейсмокосы, экранированной от кратных отражений от поверхности воды. Блок формирования, приема и обработки зондирующего сигнала, накопления и визуализации информации был выполнен с использованием ПЭВМ (на базе
процессора Intel Pentium III) снабженного 24-разрядным АЦП. Усилитель мощности -«Микрон 100 УМ».
Результаты профилирования представлены на фиг.2 в виде зависимости автонормированной корреляционной функции (у) отраженного сигнала от глубины (х) в донных осадках. Ее максимумы соответствуют отражениям на границах раздела донных слоев. Сплошной линии отмечена корреляционная функция зондирующего сигнала длинной 511 символов, а пунктирной линии - функция сигнала длинной 63 символа. Первый пик соответствует приходу прямого сигнала с излучающей системы на приемную, а последующие - соответствуют отражениям от границы раздела слоев донных осадков. Пики, полученные с глубины более 30 метров, являются корреляционным шумом, так как при применении более длинной, М-последовательности они существенно уменьшаются. Данные, полученные в ходе эксперимента, хорошо согласуется с геологическими данными для этого участка дна.
Claims (3)
1. Устройство для профилирования донных отложений, включающее последовательно соединенные блок накопления и визуализации информации, управляющий блок с аналого-цифровым преобразователем и системой генерирования зондирующего сигнала, усилитель мощности и подводную приемоизлучающую акустическую систему, состоящую из излучающей и приемной антенн, отличающееся тем, что блок накопления и визуализации информации, и управляющий блок выполнены на базе персонального компьютера, снабженного 24-разрядным аналого-цифровым преобразователем, а в качестве системы генерирования зондирующего сигнала используют систему генерации фазоманипулированного сигнала, модулированного М-последовательностью.
2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что излучающая антенна выполнена в виде пьезокерамического излучателя кольцевого типа, помещенного в массивный фокусирующий экран с целью формирования узкой диаграммы направленности.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2008109075/22U RU75238U1 (ru) | 2008-03-07 | 2008-03-07 | Устройство для профилирования донных отложений |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2008109075/22U RU75238U1 (ru) | 2008-03-07 | 2008-03-07 | Устройство для профилирования донных отложений |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU75238U1 true RU75238U1 (ru) | 2008-07-27 |
Family
ID=39811317
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2008109075/22U RU75238U1 (ru) | 2008-03-07 | 2008-03-07 | Устройство для профилирования донных отложений |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU75238U1 (ru) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2518023C1 (ru) * | 2012-12-03 | 2014-06-10 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем морских технологий Дальневосточного отделения Российской академии наук (ИПМТ ДВО РАН) | Способ профилирования донных отложений |
RU2517983C1 (ru) * | 2012-12-13 | 2014-06-10 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем морских технологий Дальневосточного отделения Российской академии наук (ИПМТ ДВО РАН) | Способ профилирования донных отложений |
-
2008
- 2008-03-07 RU RU2008109075/22U patent/RU75238U1/ru not_active IP Right Cessation
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2518023C1 (ru) * | 2012-12-03 | 2014-06-10 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем морских технологий Дальневосточного отделения Российской академии наук (ИПМТ ДВО РАН) | Способ профилирования донных отложений |
RU2517983C1 (ru) * | 2012-12-13 | 2014-06-10 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем морских технологий Дальневосточного отделения Российской академии наук (ИПМТ ДВО РАН) | Способ профилирования донных отложений |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP5801527B2 (ja) | 海の魚の個体群を特徴付ける方法および装置 | |
CN101852854B (zh) | 一种水下多波束测探系统及其探测方法 | |
US20120263018A1 (en) | Underwater detection device and underwater detecting method | |
JP2008545991A5 (ru) | ||
CN108680234A (zh) | 一种跨冰层介质的水深测量方法 | |
JP2016090453A (ja) | 探知装置及び水中探知装置 | |
RU2451300C1 (ru) | Гидроакустическая навигационная система | |
JP6587564B2 (ja) | 音響測定装置、音響測定方法、マルチビーム音響測定装置及び開口合成ソナー | |
RU75238U1 (ru) | Устройство для профилирования донных отложений | |
RU2356069C2 (ru) | Способ профилирования донных отложений | |
RU2624607C1 (ru) | Способ гидроакустической томографии полей атмосферы, океана и земной коры различной физической природы в морской среде | |
RU2390796C1 (ru) | Эхолот | |
US20060039239A1 (en) | High-resolution and high-power ultrasound method and device, for submarine exploration | |
Lazarev et al. | Experimental investigation of potentialities of seismoacoustic sea-bottom sounding using coherent pulse signals | |
RU2484499C1 (ru) | Способ определения глубин акватории гидролокатором бокового обзора и гидролокатор бокового обзора для его осуществления | |
MIZUNO et al. | Development of the parametric sub-bottom profiler for autonomous underwater vehicles and the application of continuous wavelet transform for sediment layer detections | |
RU2517983C1 (ru) | Способ профилирования донных отложений | |
RU2689998C1 (ru) | Многочастотный гидролокатор бокового обзора | |
RU2602770C1 (ru) | Способ акустической томографии гидрофизических и геофизических полей в морской среде | |
RU2510045C2 (ru) | Фазовый гидролокатор бокового обзора | |
Wanis | Design and applications of a vertical beam in acoustic Doppler current profilers | |
CN2800294Y (zh) | 用于堤坝安全检测的高分辨率剖面声纳 | |
RU2570100C1 (ru) | Гидроакустический способ определения пространственных характеристик объекта | |
JP2019178940A (ja) | 物理探査方法及び物理探査装置 | |
RU100838U1 (ru) | Устройство для определения параметров тел, находящихся на дне водоемов |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM1K | Utility model has become invalid (non-payment of fees) |
Effective date: 20130308 |