Новости компании

ООО КБМЭ «Вектор» и ФГБНУ ВНИРО провели в рамках ОКР

В июне 2018 г. специалисты ООО КБМЭ «Вектор» и ФГБНУ ВНИРО в рамках ОКР «Разработка и изготовление импортозамещающего портативного многоцелевого исследовательского однолучевого эхолота с расщепленным лучом», шифр МИЭЛ провели сравнительные гидроакустические съемки на Вазузском водохранилище (испытательный полигон ВНИРО с известной ихтеофауной) разработанного опытного образца малогабаритного научного эхолота (МИЭЛ) с научным эхолотом EY-500 норвежской фирмы Simrad.

Потребность в создании отечественного эхолота для проведения ресурсных исследований на внутренних водоемах и в условиях малых глубин связана с тем, что зарубежные научные эхолоты имеют узкие диаграммы направленности антенн, что не позволяет их использовать на глубинах менее 3 метров из-за малых объёмов озвучивания воды и, следовательно, низкой репрезентативности данных. Кроме того, стоимость таких приборов недоступна подавляющему числу российских научных организаций. После введения санкций западными странами многие зарубежные производители прекратили продажу высокотехнологической продукции в нашу страну, а те, что могут быть поставлены, практически лишены технической поддержки, так как многие представительств в России были закрыты, а развитие любой высокотехнологической продукции подразумевает тесное сотрудничеств между разработчиком и пользователем. Приобретая зарубежную технику, наши пользователи лишены контакта с западными производителями и возможности модернизации и совершенствования приобретенной техники. За последние десятилетия в Российской Федерации не было создано ни одного отечественного рыбопоискового или научного эхолота, поэтому в 2017 году был создан макет отечественного эхолота с широкой диаграммой направленности и расщепленным лучом под шифром 0004. После тестирования данного устройства было высказано ряд замечаний к его программному обеспечению (ПО). На основании доработки ПО эхолота и модернизации корпуса антенны появился новый макет под названием МИЭЛ (малогабаритный исследовательский эхолот). На рисунке представлена фотография прототипа этого эхолота, состоящего из широкополосной антенны с расщепленным лучом, электронного блока и кабеля.

Целью работ было проведение гидроакустической съемки на акватории Вазузского водохранилища при одновременном использовании двух эхолотов: норвежского EY-500 c антенной ES-70-11 (расщепленный луч, ширина диаграммы направленности 11 градусов, частота заполнения импульсов посылки 70 кГц) и МИЭЛ (расщепленный луч, ширина диаграммы направленности 20 градусов, частота заполнения импульсов посылки 200 кГц) для дальнейшего сопоставления результатов обработки. Норвежский эхолот Simrad EY-500 был использован в качестве референсного прибора. На рисунке представлен эхолот EY-500, состоящий из антенны с расщепленным лучом, электронного блока, соединительного кабеля и компьютера.

Эхолоты в процессе съемки были соединены с системами GPS c целью привязки в дальнейшем результатов измерений к местоположению на карте. Для установки двух антенн на штанге для одновременной съемки была разработана и изготовлена силами лаборатории из нержавеющей стали специальная конструкция.

Расстояние между антеннами составляло 15 см, что позволило регистрировать одни и те же скопления и одиночных рыб в процессе проведения съемки. Съемка была выполнена по заранее спланированной параллельной сетки галсов. Аппаратура была установлена на катере Воронеж-К, оснащенного двигателем Ямаха 9,9 л.с. Антенны были размещены по правому борту судна. Скорость судна во время съемки составляла 5-6 км/час. В процессе проведения работ помех на экране эхолотов от работы двигателя не наблюдалось. На эхолотах были установлены одинаковые скважинности посылок и их длительности (0,6 мсек). Время и начало записи на эхолотах было синхронизировано.

По предварительным результатам анализа записанных эхограммы можно однозначно сказать о полном совпадении количества регистрируемых объектов эхолотами МИЭЛ и EY-500. Разница в геометрии регистрируемых целей объясняется различной шириной диаграмм направленности антенн, а некоторые цветовые отличия регистрируемых объектов и дна разными частотами заполнения импульсов посылки. В дальнейшем с помощью постпроцессинговой системы обработки планируется рассчитать средние значения силы целей, длины рыб и поверхностных плотностей рыбных концентраций в размерности экз./га на каждом галсе съемки, а также построить планшеты распределений рыбной численности на обследованной акватории и сравнить результаты расчетов.

Информация о проведенных гидроакустических съемках была доложена на прошедшем во ВНИРО коллоквиуме Лаборатории промысловой гидроакустики.

ОПИСАНИЕ ЭХОЛОТА ES-60

Введение

Эта глава представляет собой короткое введение в комплекс рыбопоискового эхолота Simrad ES-60.

Рассматриваются следующие темы:

· Распространение звуковой волны

· Режим с расщепленным лучом

Обзор

7.2.1 Основные факты

Эхолоты Simrad ES60 спроектированы для профессионального рыболовного сообщества с внедрением самых последних технических достижений.

7.2.2 Распространение звуковой волны

Скорость распространения звуковой волны в море немного изменяется при изменении температуры, солености и давления. Скорость изменяется между 1440 и 1520 м/с на морском мелководье, в то время как на глубине 1000 м можно ожидать значение скорости равным 1480 м/с. На мелководье с пресной водой скорость приблизительно равна 1430 м/с.

Оптимальное среднее значение для использования в диалоговом окне ‘Environment’ (Окружающая среда) составляет 1470 м/с.

Рисунок: Принципы распространения звуковой волны

ES60 посылает в море мощные импульсы звуковых колебаний. Ровное дно отражает посланную звуковую волну подобно зеркалу. Излученная энергия распространяется на все большую и большую площадь по мере того, как она продвигается вниз к дну и возвращается обратно. Энергия распространяется на площадь в четыре раза большую каждый раз, когда дистанция прохождения удваивается.

Подобным образом отражает звуковые волны большой рыбный косяк. Такой тип распространения называется распространением по квадратичному закону и соответствует закону ВАРУ 20logR.

Несколько иначе обстоит дело при наблюдении за эхосигналами от отдельных рыб. Излученная волна распространяется по квадратичному закону при прохождении от поверхности до рыбы. Плавательный пузырь рыбы рассеивает поступающую энергию понемногу во всех направлениях. При обратном прохождении от рыбы до поверхности рассеянная волна претерпевает еще одно распространение по квадратичному закону. Совокупный эффект называется распространением по закону четвертой степени и соответствует закону ВАРУ 40logR.

В эхолотном диалоговом окне ‘Echogram’ (Эхограмма)закон ВАРУ 20logR называется ‘School Gain’ (Усиление для Косяка) или ‘Bottom Gain’ (Усиление для Дна), в то время как закон ВАРУ 40logR называется ‘Fish Gain’ (Усиление для Рыбы).

Потери при распространении вследствие поглощения значительно больше в морской воде, чем в пресной. Потери также увеличиваются при увеличении частоты. При частоте 38 кГц поглощение составляет 0,5 дБ/км в пресной воде и 10 дБ/км в морской воде. При частоте 200 кГц поглощение составляет 10 дБ/км в пресной воде и 50 дБ/км в соленой воде. Эхолот должен знать тип воды в текущий момент времени, чтобы правильно компенсировать эти потери.

(Единица измерения децибел [дБ] является общепринятой в гидроакустике и других областях физики. Это логарифмическая мера измерения для соотношения между двумя величинами).

7.2.3 Донный эхосигнал

Плоское дно с твердым грунтом отражает излученный сигнал подобно зеркалу. Излученный импульс достигает всей зоны облучения дна практически одновременно и эхосигнал, отраженный от различных частей этой зоны возвращается к поверхности также практически одновременно.

Рисунок: Донный эхосигнал

По существу, принимаемый эхосигнал представляет собой ослабленную копию короткого излученного импульса. Эхосигнал от наклонного дна характеризуется увеличенной длительностью и более медленными периодами нарастания и спада. Излученный импульс сначала соприкасается с наклонной плоскостью в точке А и с течением времени точка отражения перемещается по наклонной плоскости к точке В. Дно с твердым плотным грунтом встречается редко. Чаще всего дно представляет собой сочетание слоев ила, глины и песка, которые можно наблюдать в виде цветных полос на дисплее эхолота.

Алгоритм обнаружения дна реализован исключительно в программном обеспечении, при этом автономные алгоритмы выполняются в каждом частотном канале. Алгоритм спроектирован с акцентом на надежность в том смысле, что ошибочные показания глубины никогда не отображаются. Всякий раз, когда точность обнаружения является сомнительной, алгоритм выдает значение 0.00, означающее, что надежное обнаружение не обеспечено. Алгоритм эхолота ES60 спроектирован для работы в сложных ситуациях. Алгоритм обеспечивает привязку ко дну в условиях скачкообразных резких изменений глубины. Он исключает ложные обнаружения дна по плотному рыбному косяку. Алгоритм выбирает верхнюю границу первого слоя, если дно состоит из нескольких слоев.

Алгоритм обнаружения дна захватывает первый большой эхосигнал от дна. Для наклонного дна скорее будет отображаться глубина в точке А, чем глубина вдоль оси акустического преобразователя. Фиксируемая глубина всегда меньше глубины вдоль оси акустического преобразователя, вследствие чего автоматически увеличивается запас надежности.

7.2.4 Режим с расщепленным лучом

Для оценки распределения по размеру отдельных рыб в ES60 используется метод расщепленного луча. Акустический преобразователь с расщепленным лучом электрически подразделяется на четыре квадранта. Все четыре квадранта возбуждаются параллельно во время излучения. В то же время, принимаемые от каждого квадранта сигналы отдельно усиливаются в четырехканальном согласованном приемнике, что позволяет определять направление прихода эхосигнала.

Акустический волновой фронт, распространяющийся по направлению к преобразователю, достигает четырех квадрантов в разное время, что приводит к различию фаз электрических сигналов на выходах квадрантов. Продольный угол определяется исходя из разницы электрических фаз между носовой и кормовой половинами акустического преобразователя, а поперечный угол – по сигналам правого и левого бортов. Рыба А расположена на оси акустического преобразователя, где он имеет максимальную чувствительность, а рыба В расположена у края луча, где чувствительность меньше. Очевидно, что эхосигнал от рыбы А будет сильнее, чем от рыбы В, даже если они одного размера и находятся на одной глубине. Следовательно, определение размера рыбы только на основании интенсивности эхосигнала не принесет должного успеха. Эхолот с расщепленным лучом определяет координату рыбы внутри луча. Эхолот вносит поправку на разницу в чувствительности преобразователя и рассчитывает истинный размер рыбы.

Метод измерения с помощью расщепленного луча пригоден только для эхосигналов, поступающих от одиночных рыб, поскольку электрическая фаза будет случайной, если эхосигналы принимаются одновременно от нескольких особей с разных мест в луче.

Следовательно, определение размера рыбы внутри косяка, скорее всего, будет ненадежным.

7.2.5 Диапазон наблюдения

В соленой воде затухание очень быстро увеличивается с ростом частоты. Для обеспечения максимального диапазона наблюдения вам необходимо выбрать низкую рабочую частоту, большой акустический преобразователь и максимальную мощность излучения.

Рисунок: Диапазон наблюдения

Типовые диапазоны наблюдения представлены на рисунке. Используя акустический преобразователь Simrad 27-26/21 (27 кГц, 10´13 градусов, 3000 Вт), вы можете наблюдать треску длиной 60 см на глубине до 800 м, а режим обнаружения дна работает до 3800 м. А при использовании акустического преобразователя Simrad 200-7F (200 кГц, 7´7 градусов, 1000 Вт) вы можете наблюдать такую же треску только до глубины 260 м, а обнаружение дна становится ненадежным при глубинах более 500 м.

Приведенные расчеты диапазонов предполагают нормализованные значения солености (3,5 %) и температуры (+10 °С) морской воды, усредненное дно (сила обратного поверхностного рассеяния = -20 дБ) и уровень шума, типичный для движущегося судна.

7.2.6 Технические характеристики

Ниже приводится краткое изложение технических характеристик эхолота ES60. Заметьте, что характеристики могут быть изменены без предварительного уведомления.

7.2.7 Эхолотный комплекс

· Частотные каналы: 1, 2, 3 или 4 канала

· Рабочие частоты:12, 18, 27, 38, 50, 70, 120, 200 кГц

· Виды эхограмм

o эхограмма с привязкой к поверхности

o донное расширение

o траловая эхограмма

· Функция усиления

o 20logR ВАРУ (соответствует усилению для дна)

o 20logR ВАРУ (соответствует усилению для косяка)

o 40logR ВАРУ (соответствует усилению для одиночной рыбы)

· Цветовая шкала:12 цветов (3 дБ на каждый цвет)

· Начальная глубина и диапазон:от 5 до 15000 м в режимах “Ручное управление”, “Автоматический выбор диапазона” или “Автоматический выбор начала”

· Частота посылок импульсов:регулируемая, максимальное значение 10 импульсов в секунду

· Устройство обнаружения дна:программный алгоритм слежения, регулируемые минимальная и максимальная глубина

· Амплитудная развертка:отображается интенсивность эхосигналов самой последней посылки.

7.2.4 Режим с расщепленным лучом

Для оценки распределения по размеру отдельных рыб в ES60 используется метод расщепленного луча. Акустический преобразователь с расщепленным лучом электрически подразделяется на четыре квадранта. Все четыре квадранта возбуждаются параллельно во время излучения. В то же время, принимаемые от каждого квадранта сигналы отдельно усиливаются в четырехканальном согласованном приемнике, что позволяет определять направление прихода эхосигнала.

Акустический волновой фронт, распространяющийся по направлению к преобразователю, достигает четырех квадрантов в разное время, что приводит к различию фаз электрических сигналов на выходах квадрантов. Продольный угол определяется исходя из разницы электрических фаз между носовой и кормовой половинами акустического преобразователя, а поперечный угол – по сигналам правого и левого бортов. Рыба Арасположена на оси акустического преобразователя, где он имеет максимальную чувствительность, а рыбаВрасположена у края луча, где чувствительность меньше. Очевидно, что эхосигнал от рыбыАбудет сильнее, чем от рыбыВ, даже если они одного размера и находятся на одной глубине. Следовательно, определение размера рыбы только на основании интенсивности эхосигнала не принесет должного успеха. Эхолот с расщепленным лучом определяет координату рыбы внутри луча. Эхолот вносит поправку на разницу в чувствительности преобразователя и рассчитывает истинный размер рыбы.

Метод измерения с помощью расщепленного луча пригоден только для эхосигналов, поступающих от одиночных рыб, поскольку электрическая фаза будет случайной, если эхосигналы принимаются одновременно от нескольких особей с разных мест в луче.

Следовательно, определение размера рыбы внутри косяка, скорее всего, будет ненадежным.

7.2.5 Диапазон наблюдения

В соленой воде затухание очень быстро увеличивается с ростом частоты. Для обеспечения максимального диапазона наблюдения вам необходимо выбрать низкую рабочую частоту, большой акустический преобразователь и максимальную мощность излучения.

Рисунок: Диапазон наблюдения

Типовые диапазоны наблюдения представлены на рисунке. Используя акустический преобразователь Simrad 27-26/21(27 кГц, 1013 градусов, 3000 Вт), вы можете наблюдать треску длиной 60 см на глубине до 800 м, а режим обнаружения дна работает до 3800 м. А при использовании акустического преобразователяSimrad 200-7F(200 кГц, 77 градусов, 1000 Вт) вы можете наблюдать такую же треску только до глубины 260 м, а обнаружение дна становится ненадежным при глубинах более 500 м.

Приведенные расчеты диапазонов предполагают нормализованные значения солености (3,5 %) и температуры (+10 С) морской воды, усредненное дно (сила обратного поверхностного рассеяния = -20 дБ) и уровень шума, типичный для движущегося судна.

7.2.6 Технические характеристики

Ниже приводится краткое изложение технических характеристик эхолота ES60. Заметьте, что характеристики могут быть изменены без предварительного уведомления.

7.2.7 Эхолотный комплекс

 Частотные каналы:1, 2, 3 или 4 канала

 Рабочие частоты: 12, 18, 27, 38, 50, 70, 120, 200 кГц

эхограмма с привязкой к поверхности

20logRВАРУ (соответствует усилению для дна)

20logRВАРУ (соответствует усилению для косяка)

40logRВАРУ (соответствует усилению для одиночной рыбы)

 Цветовая шкала: 12 цветов (3 дБ на каждый цвет)

 Начальная глубина и диапазон: от 5 до 15000 м в режимах “Ручное управление”, “Автоматический выбор диапазона” или “Автоматический выбор начала”

 Частота посылок импульсов: регулируемая, максимальное значение 10 импульсов в секунду

 Устройство обнаружения дна: программный алгоритм слежения, регулируемые минимальная и максимальная глубина

 Амплитудная развертка: отображается интенсивность эхосигналов самой последней посылки.