Гидроакустическое устройство профилирования донного грунта с синтезированной апертурой

Введение. Акустическое профилирование является традиционным методом исследования геологического строения морского дна. Для этих целей используется низкочастотный акустический профилограф с рабочим диапазоном частот 1…14 кГц. Однако при понижении рабочих частот возникает проблема с достижением необходимой разрешающей способности.  Проблема повышения углового разрешения гидроакустического устройства, или, иначе говоря, повышение разрешающей способности в направлении движения носителя, является одной из приоритетных задач при поиске и обнаружении объектов на морском дне, исследовании структуры донного грунта. Существует несколько способов повышения углового разрешения, одним из которых является алгоритм синтезирования апертуры антенны, базирующийся на использовании закона изменения фазы отраженного сигнала, что является актуальным при проектировании гидроакустических средств высокого разрешения.

Цель работы. Показать возможность построения устройства профилирования донного грунта, а также возможность повышения углового разрешения на основе алгоритма синтезирования апертуры антенны акустического профилографа.

Материалы и методы. Исследование возможности построения устройства профилирования донного грунта с использованием алгоритма синтезирования апертуры антенны основано на заделе, полученном для гидролокаторов бокового обзора с синтезированной апертурой в части построения антенного устройства, а также на методах возбуждения радиоволн, разработанных для радиолокационных систем.

Результаты. Исследована возможность применения синтезирования апертуры антенны для акустического профилографа донного грунта. Рассмотрен алгоритм синтезирования апертуры антенны, а также фазовые искажения траекторного сигнала и их влияние на гидролокационное изображение, а также основы обработки траекторного сигнала.

Заключение. В работе предложен вариант повышения разрешающей способности акустического профилографа при выполнении поисково-обследовательских задач. Предлагаемый вариант построения акустической части устройства профилирования может быть использован при разработке поисково-обследовательских гидроакустических устройств с высоким угловым разрешением.

1. Корякин Ю. А., Смирнов С. А., Яковлев Г. В. Корабельная гидроакустическая техника. Состояние и актуальные проблемы. СПб.: Наука, 2004. 409 с.

2. Нестеров Н. А. Некоторые аспекты технологии гидролокационного поиска донных объектов // Навигация и гидрография. 2014. № 38. С. 57−65.

3. Богородский А. В., Островский Д. Б. Гидроакустические навигационные и поисковообследовательские средства. СПб.: Изд-во СПбГЭТУ "ЛЭТИ", 2009. 244 с.

4. Костоусов А. В., Костоусов В. Б. Моделирование гидролокатора бокового обзора с синтезированной апертурой // Материалы 4-го Междунар. симп. "Обобщенные решения в задачах управления". УланУдэ: Изд-во Бурятского ун-та, 2008. С. 74–76.

5. Касаткин Б. А., Злобина Н. В. Эффект самофокусировки ненаправленного акустического излучения в слоистых средах // Докл. Академии наук. 2010. Т. 432, № 5. С. 681–684.

6. Смарышев М. Д., Добровольский Ю. Ю. Гидроакустические антенны: справ. по расчету направленных свойств гидроакустических антенн. Л.: Судостроение, 1984. 300 с.

7. Воронин А. В., Воронин В. А. Гидроакустическая гибкая протяженная приемная антенна для параметрического профилографа донных осадков // Изв. ЮФУ. Техн. науки. 2013. № 9 (146). С. 140–144.

8. Золотарев В. В. Гидролокаторы с синтезированной апертурой для автономного подводного робота // Подводные исследования и робототехника. 2007. № 1 (3). С. 21–26.

9. Костоусов А. В., Костоусов В. Б. Моделирование гидролокатора бокового обзора с синтезированной апертурой // Подводные исследования и робототехника. 2008. № 2 (6). С. 16–29.

10. Синтезирование апертуры многоканального гидролокатора бокового обзора с компенсацией траекторных нестабильностей / А. Л. Агеев, Г. А. Игумнов, В. Б. Костоусов, И. Б. Агафонов, В. В. Золотарев, Е. А. Мадисон // Изв. ЮФУ. Техн. науки. 2013. № 3(140). С. 140–148.

11. Синтезирование апертуры многоканального гидролокатора бокового обзора с компенсацией траекторных нестабильностей / А. Л. Агеев, Г. А. Игумнов, В. Б. Костоусов, И. Б. Агафонов, В. В. Золотарев, Е. А. Мадисон // Подводные исследования и робототехника. 2012. № 2(14). С. 13–27.

12. Применение методов микронавигации и автофокусировки для синтезирования апертуры многоканального ГБО / А. Л. Агеев, Г. А. Игумнов, В. Б. Костоусов, И. Б. Агафонов, В. В. Золотарев, Е. А. Мадисон // Техн. пробл. освоения Мирового океана. 2013. Т. 5. С. 496–500.

13. Касаткин Б. А., Косарев Г. В. Опыт работы акустического профилографа с использованием алгоритмов синтезирования и фокусировки // Техн. пробл. освоения Мирового океана. 2013. Т. 5. С. 183–189.

14. Применение методов синтезирования апертуры в низкочастотных эхолотах-профилографах / А. И. Захаров, В. И. Каевицер, В. М. Разманов, В. Н. Раскатов // Тр. IX Всерос. конф. "Прикладные технологии гидроакустики и гидрофизики". СПб.: Наука, 2008. С. 143–147.

15. Косарев Б. А., Косарев Г. В. Цифровая обработка сигналов акустическим профилографом методами синтезирования апертуры // Техн. пробл. освоения Мирового океана. 2009. Т. 3. С. 317–319.

16. Смарышев М. Д. Направленность гидроакустических антенн. Л.: Судостроение, 1973. 280 с.

17. Нестеров Н. А. Некоторые аспекты технологии гидролокационного поиска донных объектов // Навигация и гидрография. 2014. № 38. С. 57–65.

18. Моряков С. И., Нестеров С. М., Скородумов И. А. Алгоритмы автофокусировки инверсно-синтезируемых двумерных радиолокационных изображений радиоэлектроники // Журн. радиоэлектроники. 2018. № 8. С. 1–15. doi: 10.30898/1684-1719.2018.8.11