|
(21), (22) Заявка: 2004125528/28, 24.08.2004
(24) Дата начала отсчета срока действия патента:
24.08.2004
(45) Опубликовано: 10.04.2006
(56) Список документов, цитированных в отчете о
поиске:
RU 2205425 C1, 27.05.2003. RU 2096807 С1, 20.11.1997. RU 2010263 С1, 30.03.1994. JP 56119866 А, 19.09.1981. US 2490125 А, 15.09.1981.
Адрес для переписки:
125414, Москва, ул. Фестивальная, 73, корп.2, кв.131, С.А. Бахареву
|
(72) Автор(ы):
Бахарев Сергей Алексеевич (RU)
(73) Патентообладатель(и):
Бахарев Сергей Алексеевич (RU)
|
(54) СПОСОБ ОБНАРУЖЕНИЯ И РАСПОЗНАВАНИЯ ДОННЫХ РЫБ ПО РЕЗОНАНСНОМУ ПОГЛОЩЕНИЮ ГИДРОАКУСТИЧЕСКИХ СИГНАЛОВ ИХ ПЛАВАТЕЛЬНЫМ ПУЗЫРЕМ
(57) Реферат:
Изобретение относится к области гидроакустики и может быть использовано в рыбной промышленности для обнаружения и идентификации (видовой количественной и размерной) промысловых скоплений донных рыб с плавательным пузырем. Технический результат изобретения заключается в обнаружении промыслового скопления донных рыб с плавательным пузырем на фоне сложного грунта и определении его видовых, количественных и размерных характеристик. Способ обнаружения и распознавания донных рыб по резонансному поглощению гидроакустических сигналов их плавательным пузырем заключается в том, что в направлении дна излучают высокочастотные (ВЧ) волны накачки, частоты  1 и 2 которых близки к резонансной частоте пузырьков воздуха 0, находящихся в приповерхностном слое воды в направлении дна. В неоднородной водной среде происходит нелинейное взаимодействие ВЧ-волн накачки на частотах 1 и 2 с образованием низкочастотной широкополосной волны разностной частоты  =1–2. Разностная частота =1–2 близка к частоте резонансного поглощения звука плавательным пузырем донной рыбы os. При этом дополнительно излучают ВЧ-волну с частотой 3, близкой к резонансной частоте os биологического звукорассеивающего слоя, которая взаимодействует с широкополосной волной разностной частоты, отраженной от скоплений рыб с газовым пузырем ‘, а также с низкочастотной волной собственного излучения рыб на частоте ” с образованием волн комбинационных частот 3± ‘ и 3± “. После чего осуществляется прием, детектирование и обработка полученных сигналов с частотами 3± ‘ и 3± “. По результатам обработки производится решение об обнаружении промыслового скопления донных рыб с плавательным пузырем на фоне сложного грунта и определяются его видовые, количественные и размерные характеристики. 4 ил. 
Изобретение относится к области гидроакустики и может быть использовано в рыбной промышленности для обнаружения и идентификации (видовой, количественной и размерной) промысловых скоплений донных рыб с плавательным пузырем.
Задача, которая решается изобретением, заключается в обнаружении промыслового скопления донных рыб с плавательным пузырем на фоне сложного грунта (скалы, крупные камни, рифы и т.д.) и определении его видовых (например, морской окунь, тихоокеанская треска и др.), количественных (например, крупное, среднее и малое промысловое скопление) и размерных (например, большие размеры промысловых рыб, средние размеры промысловых рыб и т.д.) характеристик.
Способ реализуется следующим образом.
На рыбопромысловом судне, осуществляющем поиск промысловых скоплений донных рыб с плавательным пузырем (например, окунь и т.д.) в данное время года в конкретном географическом районе Мирового океана, располагается блок направленного (в сторону дна) параметрического излучения низкочастотных (НЧ) широкополосных гидроакустических сигналов, а также располагается блок направленного (в сторону дна) параметрического приема НЧ широкополосных гидроакустических сигналов.
С помощью генератора, усилителя и высокочастотного (ВЧ) излучателя сигнала накачки блока направленного параметрического излучения НЧ широкополосных гидроакустических сигналов осуществляется формирование, усиление и излучение ВЧ-волн накачки на частотах 1 и 2, близких к резонансной частоте пузырьков воздуха о, находящихся в приповерхностном слое воды, в направлении дна. В неоднородной водной среде происходит нелинейное взаимодействие ВЧ-волн накачки на частотах 1 и 2 с образованием НЧ широкополосной волны разностной частоты 1=1–2, которая облучает дно и скопление донных рыб с плавательным пузырем, рассеивается дном и частично донной рыбой, а также резонансно поглощается на частоте os плавательным пузырем донной рыбы и распространяется к блоку направленного параметрического приема НЧ широкополосных гидроакустических сигналов.
При помощи генератора, усилителя и ВЧ-излучателя накачки блока направленного параметрического приема НЧ широкополосных гидроакустических сигналов осуществляется формирование, усиление и направленное в сторону дна излучение ВЧ-волны накачки на частоте 3, близкой к резонансной частоте os биологического звукорассеивающего слоя (ЗРС), находящегося в толще воды, в том числе и в придонном слое. Рассеиваясь на ЗРС, ВЧ-волна накачки на частоте 3 взаимодействует с НЧ широкополосной волной разностной частоты ‘, рассеянной дном и частично донной рыбой, а также резонансно поглощенной плавательным пузырем донной рыбы на частоте os, а также с НЧ-волной собственного излучения донной рыбы на частоте “. В результате образуются ВЧ-волны комбинационных частот: 3± ‘ и 3± “, которые распространяются в сторону ВЧ-приемника блока направленного параметрического приема НЧ широкополосных гидроакустических сигналов. При этом технические характеристики ВЧ-излучателя накачки и ВЧ-приемника блока направленного параметрического приема НЧ широкополосных гидроакустических сигналов идентичны друг другу.
В демодуляторе блока направленного параметрического приема НЧ широкополосных гидроакустических сигналов осуществляется выделение НЧ-сигналов на частотах ‘ и ” из ВЧ комбинационных частот 3± ‘ и 3± ” методом детектирования. В анализаторе спектров производится спектральный анализ (с целью выделения наиболее информативных классификационных признаков) НЧ-сигналов на частотах ‘ и “, а также их сравнение с эталонными сигналами. В электронно-вычислительной машине (ЭВМ) принимается решение об обнаружении промыслового скопления донных рыб с плавательным пузырем на фоне сложного грунта (скалы и т.д.) и определяются его видовые (например, окунь и др.), количественные (например, крупное, среднее и малое промысловое скопление) и размерные (например, большие размеры промысловых рыб и т.д.) характеристики; при этом частота резонансного поглощения звука плавательным пузырем донной рыбы os меньше резонансной частоты os биологических рассеивателей звука, доминирующих в толще воды, в том числе и в придонном слое и существенно меньше резонансной частоты пузырьков воздуха o, находящихся в приповерхностном слое воды.
Известен способ обнаружения скоплений рыб с газовыми пузырями, заключающийся в формировании рыбой звуков газовым пузырем, приеме сигналов от рыб, их усилении, спектральном анализе, сравнении их с эталонным сигналом и принятии решения об обнаружении скоплений различных видов рыб (Шишкова Е.В. Физические основы промысловой гидроакустики. – М.: Пищевая промышленность, 1977, с.172-190).
К недостаткам данного способа относятся:
1. Сложность пеленгования источника НЧ-сигналов.
2. Незначительная дальность действия из-за низкого соотношения сигнал/помеха (С/П) на выходе приемника.
3. Низкая достоверность видового, количественного и размерного распознавания донных рыб.
Известен способ обнаружения скоплений рыб с плавательными пузырями, заключающийся в формировании и излучении в сторону дна импульсного сигнала на частоте, близкой к резонансной частоте газового пузыря рыбы, лоцировании объекта поиска, приеме отраженного сигнала (эхосигнала), сравнении его с эталонным сигналом и принятии решения об обнаружении скопления рыб (Haslett R.W. Determination of the acoustic bask sket-tering patterns and cross sections of fish. Br.J. appl. Phys., 13, 1962, 349-357)).
К недостаткам данного способа относятся:
1. Незначительная дальность действия (горизонт поиска).
2. Сложность в обнаружении разряженных скоплений.
3. Сложность обнаружения в условиях сложного (скалы и др.) грунта.
4. Сложность видового, количественного и размерного распознавания донных рыб.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому способу относится способ, выбранный в качестве способа-прототипа, обнаружения рыб с плавательным пузырем, заключающийся в генерации, усилении и излучении блоком направленного параметрического излучения ВЧ-волн накачки на частотах 1 и 2, близких к резонансной частоте пузырьков воздуха о, находящихся в приповерхностном слое воды; нелинейном взаимодействии ВЧ-волн накачки на частотах 1 и 2 с образованием НЧ-волны разностной частоты =1–2, которая распространяется направленно в водной среде, при помощи которой облучается скопление рыб с плавательным пузырем и которая близка к резонансной частоте плавательного пузыря рыб os; в блоке направленного параметрического излучения генерируется, усиливается и направленно излучается ВЧ-волна накачки на частоте 3, близкой к резонансной частоте пузырьков воздуха o, находящихся в приповерхностном слое воды; рассеиваясь на неоднородностях водной среды, ВЧ-волна накачки на частоте 3 взаимодействует с НЧ-волной разностной частоты, отраженной от скопления рыб с газовым пузырем ‘, а также с НЧ-волной собственного излучения рыб с плавательным пузырем на частоте ” с образованием ВЧ-волн комбинационных частот: 3± ‘ и 3± “, распространяющихся в сторону блока направленного параметрического приема НЧ-сигналов, где осуществляется выделение НЧ-сигналов на частотах ‘ и ” из ВЧ комбинационных частот 3± ‘ и 3± ” методом детектирования, а также производится спектральный анализ НЧ-сигналов на частотах ‘ и “, их сравнение с эталонными сигналами и принимается решение об обнаружении скопления рыб с плавательным пузырем (Бахарев С.А. Патент РФ №2205425, приоритет 28.01.2002 года, заявка №2002102516).
К недостаткам способа-прототипа относятся:
1. Невозможность обнаружения донных рыб.
2. Сложность в обнаружении, видовом, количественном и размерном распознавании донных рыб в условиях сложного (скалы, большие камни, рифы и т.д.) грунта.
Задача, которая решается изобретением, заключается в разработке способа, свободного от перечисленных выше недостатков.
Технический результат предложенного способа заключается в обнаружении промысловых скоплений донных рыб с плавательным пузырем, а также в упрощении их видовой, количественной и размерной идентификации в условиях сложного (скалы и т.д.) грунта.
Поставленная цель достигается тем, что в известном способе обнаружения рыб с плавательным пузырем, заключающемся в генерации, усилении и излучении блоком направленного параметрического излучения ВЧ-волн накачки на частотах 1 и 2, близких к резонансной частоте пузырьков воздуха o, находящихся в приповерхностном слое воды; нелинейном взаимодействии ВЧ-волн накачки на частотах 1 и 2 с образованием НЧ-волны разностной частоты =1–2, которая распространяется направленно в водной среде и при помощи которой облучается скопление рыб с плавательным пузырем; генерируется, усиливается и направленно излучается при помощи блока направленного параметрического приема НЧ гидроакустических сигналов ВЧ-волна накачки на частоте 3, близкая к резонансной частоте рассеивателей звука, находящихся в слое воды; рассеиваясь на неоднородностях водной среды, ВЧ-волна накачки на частоте 3 взаимодействует с НЧ-волной разностной частоты, отраженной от скоплений рыб с газовым пузырем ‘, а также с НЧ-волной собственного излучения рыб на частоте ” с образованием ВЧ-волн комбинационных частот 3± ‘ и 3± “, распространяющихся в сторону блока направленного параметрического приема НЧ гидроакустических сигналов, где осуществляется выделение НЧ сигналов на частотах ‘ и ” из ВЧ комбинационных частот 3± ‘ и 3± “ методом детектирования, а также производится спектральный анализ НЧ-сигналов на частотах ‘ и “, их сравнение с эталонными сигналами и принимается решение об обнаружении скопления рыб с плавательным пузырем, в качестве рыб с плавательным пузырем используются донные рыбы с плавательным пузырем; в качестве объекта лоцирования используется дно и донная рыба; направленное излучении ВЧ-волн накачки на частотах 1 и 2 осуществляется в направлении дна; при нелинейном взаимодействии ВЧ-волн накачки на частотах 1 и 2 образуется НЧ широкополосная волна разностной частоты =1–2; разностная частота =1–2 близка к частоте резонансного поглощения звука плавательным пузырем донной рыбы; НЧ широкополосная волна разностной частоты рассеивается дном, донной рыбой и частично резонансно поглощается их плавательным пузырем на частоте os; ВЧ-волна накачки на частоте 3 близка к резонансной частоте os биологических рассеивателей звука, доминирующих в толще воды, в том числе и в придонном слое; направленность параметрического приема НЧ широкополосных гидроакустических сигналов достигается за счет волновых размеров ВЧ-приемника блока направленного параметрического приема НЧ широкополосных гидроакустических сигналов; дополнительно осуществляется видовая, количественная и размерная идентификация обнаруженных донных рыб с плавательным пузырем; при этом частота резонансного поглощения звука плавательным пузырем донной рыбы os меньше резонансной частоты os биологических рассеивателей звука, доминирующих в толще воды, в том числе и в придонном слое и существенно меньше резонансной частоты пузырьков воздуха о, находящихся в приповерхностном слое воды.
Возможность обнаружения промысловых скоплений донных рыб с плавательным пузырем в условиях сложного (скалы, большие камни, рифы и т.д.) грунта достигается за счет того, что:
– на рыбопромысловом судне, осуществляющем поиск промысловых скоплений донных рыб с плавательным пузырем в данное время года в конкретном географическом районе, располагается блок направленного (в сторону дна) параметрического излучения НЧ широкополосных гидроакустических сигналов, а также располагается блок направленного (в сторону дна) параметрического приема НЧ широкополосных гидроакустических сигналов;
– ВЧ-волна накачки на частоте 3 в блоке направленного параметрического приема НЧ широкополосных гидроакустических сигналов близка к резонансной частоте os ЗРС, доминирующих в толще воды, в том числе и в придонном слое;
– частота резонансного поглощения звука плавательным пузырем донной рыбы os меньше резонансной частоты os биологических рассеивателей звука, доминирующих в толще воды, в том числе и в придонном слое и существенно меньше резонансной частоты пузырьков воздуха o, находящихся в приповерхностном слое воды.
Упрощение процесса обнаружения промысловых скоплений донных рыб с плавательным пузырем в условиях сложного (скалы, большие камни, рифы и т.д.) грунта достигается за счет того, что:
– для лоцирования дна и донной рыбы с плавательным пузырем используется НЧ широкополосная волна разностной частоты =1–2;
– частота НЧ широкополосной волны разностной частоты близка к частоте os резонансного поглощения звука плавательным пузырем донной рыбы;
– ВЧ-волна накачки на частоте 3 блока направленного параметрического приема НЧ широкополосных гидроакустических сигналов близка к резонансной частоте os ЗРС, доминирующих в толще воды, в том числе и в придонном слое;
– частота резонансного поглощения звука плавательным пузырем донной рыбы os меньше резонансной частоты os биологических рассеивателей звука, доминирующих в толще воды, в том числе и в придонном слое и существенно меньше резонансной частоты пузырьков воздуха о, находящихся в приповерхностном слое воды.
Упрощение процессов видового, количественного и размерного распознавания промысловых скоплений донных рыб с плавательным пузырем в условиях сложного (скалы, большие камни и т.д.) грунта достигается за счет того, что:
– для лоцирования дна и донной рыбы с плавательным пузырем используется НЧ широкополосная волна разностной частоты =1–2;
– частота НЧ широкополосной волны разностной частоты близка к частоте os резонансного поглощения звука плавательным пузырем донной рыбы;
– НЧ широкополосная волна разностной частоты =1–2 рассеивается дном, донной рыбой и частично резонансно поглощается их плавательным пузырем на частоте os,
– ВЧ-волна накачки на частоте 3 блока направленного параметрического приема НЧ широкополосных гидроакустических сигналов близка к резонансной частоте os ЗРС, доминирующих в толще воды, в том числе и в придонном слое;
– частота резонансного поглощения звука плавательным пузырем донной рыбы os меньше резонансной частоты os биологических рассеивателей звука, доминирующих в толще воды, в том числе и в придонном слое и существенно меньше резонансной частоты пузырьков воздуха o, находящихся в приповерхностном слое воды.
Отличительными от способа-прототипа признаками заявляемого способа являются:
1. В качестве рыб с плавательным пузырем используются донные рыбы с плавательным пузырем.
2. В качестве объекта лоцирования используется дно и донная рыба.
3. Направленное излучение ВЧ-волн накачки на частотах 1 и 2 осуществляется в направлении дна.
4. При нелинейном взаимодействии ВЧ-волн накачки на частотах 1 и 2 образуется НЧ широкополосная волна разностной частоты =1–2.
5. Разностная частота близка к частоте os резонансного поглощения звука плавательным пузырем донной рыбы.
6. Низкочастотная широкополосная волна разностной частоты , рассеиваясь дном и донной рыбой с плавательным пузырем, частично резонансно на частоте os поглощается их плавательным пузырем.
7. Высокочастотная волна накачки на частоте 3 блока направленного параметрического приема НЧ широкополосных гидроакустических сигналов близка к резонансной частоте os ЗРС, доминирующих в толще воды, в том числе и в придонном слое.
8. Направленность параметрического приема НЧ широкополосных гидроакустических сигналов достигается за счет волновых размеров ВЧ-приемника блока направленного параметрического приема НЧ широкополосных гидрокустических сигналов.
9. Дополнительно осуществляется видовая (например, окунь, треска и др.), количественная (например, крупное, среднее и малое промысловое скопление) и размерная (например, большие размеры промысловых рыб, средние размеры промысловых рыб и т.д.) идентификация промыслового скопления донных рыб с плавательным пузырем на фоне сложного (скалы, крупные камни, рифы и т.д.) грунта.
10. Частота резонансного поглощения звука плавательным пузырем донной рыбы os меньше резонансной частоты os биологических рассеивателей звука, доминирующих в толще воды, в том числе и в придонном слое и существенно меньше резонансной частоты пузырьков воздуха o, находящихся в приповерхностном слое воды.
Наличие отличительных от прототипа признаков позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого способа критерию “новизна”.
Анализ известных технических решений с целью обнаружения в них указанных отличительных признаков показал следующее.
Признаки 5, 6 и 9, 10 являются новыми и неизвестно их использования в промысловой гидроакустике для обнаружения, а также видовой, количественной и размерной идентификации промысловых скоплений донной рыбы с плавательным пузырем на фоне сложного грунта. В то же время в физике и гидроакустике, в частности, известно существование эффекта резонансного поглощения звука пузырьком воздуха определенного размера и определенной формы.
Признаки 1-4, 7 и 8 являются хорошо известными в гидроакустике и нелинейной акустике.
Таким образом, наличие новых существенных признаков в совокупности с известными обеспечивает появление у заявляемого решения нового свойства, не совпадающего со свойствами известных технических решений, – эффективно обнаруживать промысловые скопления донных рыб с плавательным пузырем в условиях сложного (скалы и т.д.) грунта, а также упростить видовую, количественную и размерную идентификацию донных рыб с плавательным пузырем в условиях сложного (скалы и т.д.) грунта.
В данном случае мы имеем новую совокупность признаков и их новую взаимосвязь, причем не простое объединение новых признаков и уже известных в гидроакустике, а именно выполнение операций в предложенной последовательности и приводит к качественно новому эффекту.
Данное обстоятельство позволяет сделать вывод о соответствии разработанного способа критерию “существенные отличия”.
На фиг.1 представлена структурная схема устройства, реализующего разработанный способ обнаружения и распознавания донных рыб по резонансному поглощению гидроакустических сигналов их плавательным пузырем. Устройство содержит рыбопромысловое судно (1), осуществляющее поиск промыслового скопления (2) донных рыб (3) с плавательным пузырем (4), на котором располагаются: блок (5) направленного параметрического излучения НЧ широкополосных гидроакустических сигналов и блок (6) направленного параметрического приема НЧ широкополосных гидроакустических сигналов.
Блок (5) направленного параметрического излучения НЧ широкополосных гидроакустических сигналов содержит последовательно электрически соединенные генератор (7), усилитель (8) и ВЧ-излучатель (9) сигнала накачки, предназначенных для излучения ВЧ-волн накачки на частотах 1 и 2, близких к резонансной частоте o пузырьков воздуха (10), находящихся в приповерхностном слое (11) воды, в направлении дна (12).
Блок (6) направленного параметрического приема НЧ широкополосных гидроакустических сигналов содержит последовательно электрически соединенные генератор (13), усилитель (14) и ВЧ-излучатель (15) накачки, предназначенные для излучения ВЧ-волны накачки на частоте 3, близкой к резонансной частоте s рассеивателей (16) ЗРС (17), находящегося в толще воды, а также последовательно электрически соединенные: ВЧ-приемник (18), демодулятор (19), анализатор спектров (20) и ЭВМ (21).
Способ реализуется следующим образом (фиг.1).
На рыбопромысловом судне (1), осуществляющем поиск промыслового скопления (2) донных рыб (3) с плавательным пузырем (4) (например, трески и т.д.) в данное время года в конкретном географическом районе Мирового океана, располагается блок (5) направленного (в сторону дна) параметрического излучения НЧ широкополосных гидроакустических сигналов, а также располагается блок (6) направленного (в сторону дна) параметрического приема НЧ широкополосных гидроакустических сигналов.
С помощью генератора (7), усилителя (8) и ВЧ-излучателя (9) сигнала накачки блока (5) направленного параметрического излучения НЧ широкополосных гидроакустических сигналов осуществляется формирование, усиление до необходимого уровня и излучение в направлении дна (12) в заданном телесном угле ВЧ-волн накачки на частотах 1 и 2, близких к резонансной частоте o пузырьков воздуха (10) с резонансным радиусом r1 o, находящихся в приповерхностном слое (11) воды.
В неоднородной водной среде происходит нелинейное взаимодействие ВЧ-волн накачки на частотах 1 и 2 с образованием НЧ широкополосной волны разностной частоты 1=1–2, которая облучает дно (12) со сложным грунтом (скалы, рифы и др.) и скопление (2) донных рыб (3) с плавательным пузырем (4) и радиусом резонансного поглощения r2 os, рассеивается дном (12) и частично донной рыбой (3), а также резонансно поглощается на частоте os плавательным пузырем (4) донной рыбы (3) и распространяется к блоку (6) направленного параметрического приема НЧ широкополосных гидроакустических сигналов.
При помощи генератора (13), усилителя (14) и ВЧ-излучателя (15) накачки блока (6) направленного параметрического приема НЧ широкополосных гидроакустических сигналов осуществляется формирование, усиление и направленное в сторону дна (12) излучение ВЧ-волны накачки на частоте 3, близкой к резонансной частоте os рассеивателей (16) с резонансным радиусом r3 o биологического звукорассеивающего слоя (17), находящегося в толще воды, в том числе и в придонном слое. Рассеиваясь на ЗРС (17), ВЧ-волна накачки на частоте 3 взаимодействует с НЧ широкополосной волной разностной частоты ‘, рассеянной дном (12) и частично донной рыбой (3), а также резонансно поглощенной плавательным пузырем (4) донной рыбы (3) на частоте о, а также с НЧ-волной собственного излучения донной рыбы (3) на частоте “. В результате образуются ВЧ-волны комбинационных частот: 3± ‘ и 3± “, которые распространяются в сторону ВЧ-приемника (18) блока (6) направленного параметрического приема НЧ широкополосных гидроакустических сигналов. При этом технические характеристики ВЧ-излучателя (15) накачки и ВЧ-приемника (18) блока (6) направленного параметрического приема НЧ широкополосных гидроакустических сигналов идентичны друг другу.
В демодуляторе (19) блока (6) направленного параметрического приема НЧ широкополосных гидроакустических сигналов осуществляется выделение НЧ-сигналов на частотах ‘ и ” из ВЧ комбинационных частот 3± ‘ и 3± ” методом детектирования. В анализаторе спектров (20) производится спектральный анализ (с целью выделения наиболее информативных классификационных признаков) НЧ-сигналов на частотах ‘ и “, а также их сравнение с эталонными сигналами. В ЭВМ (21) принимается решение об обнаружении промыслового скопления донных рыб с плавательным пузырем на фоне сложного грунта (скалы и т.д.) и определяются его видовые (например, треска и др.), количественные (например, крупное, среднее и малое промысловое скопление) и размерные (например, большие размеры промысловых рыб и т.д.) характеристики.
При этом частота резонансного поглощения звука плавательным пузырем донной рыбы os меньше резонансной частоты os биологических рассеивателей звука, доминирующих в толще воды, в том числе и в придонном слое и существенно меньше резонансной частоты пузырьков воздуха o, находящихся в приповерхностном слое воды.
На фиг.2 иллюстрируется физиологическое строение рыбы (3) на примере морского окуня, имеющей плавательный пузырь (4). Анализируя форму и геометрические размеры тела рыбы и плавательного пузыря, можно оценить значение частоты резонансного поглощения звука плавательным пузырем донной рыбы os, а, в конечном итоге, определить ее видовые (например, морской окунь, тихоокеанская треска и др.), количественные (например: крупное, среднее и малое промысловое скопление) и размерные (например, промысловые рыбы, молодь и т.д.) характеристики. При этом следует заметить, что у некоторых рыб, например у тихоокеанской трески, функцию плавательного пузыря выполняет желудок (Сметанин А.Н. Пресноводные и морские животные Камчатки. – СПб.: Политехника, 2002, 237 с.).
На фиг.3 представлены для примера некоторые экспериментальные данные, заимствованные из работы (Акустические характеристики звукорассеивающих слоев некоторых районов Мирового океана. – Отчет о НИР “Андаман”. – Вл-к, в/ч 90720, 1970 г., 377 с.), зависимости “силы слоя” (S) биологического ЗРС от частоты гидроакустического сигнала и географических районов (индексы “а”, “б” и “в” соответственно). Как видно из фиг.3, в географическом районе №1 (фиг.3а) “сила слоя” имеет максимальное значение на частоте 5 кГц, в географическом районе №2 (фиг.3б) – на частотах 3 кГц и 7 кГц, а в районе №3 (фиг.3в) – на частоте 7 кГц.
Следует заметить, что данный параметр (S) является показателем эффективности взаимодействия ВЧ акустических волн (так как напрямую связан с параметром нелинейности водной среды) накачки, в том числе в процессе функционирования блока направленного параметрического приема НЧ широкополосных гидроакустических сигналов устройства, реализующего разработанный способ обнаружения и распознавания донных рыб по резонансному поглощению гидроакустических сигналов их плавательным пузырем. Представленная на фиг.3 информация может быть использована при выборе ВЧ-частоты накачки 3 для обеспечения эффективного функционирования блока направленного параметрического приема НЧ широкополосных гидроакустических сигналов.
На фиг.4 представлена для примера графическая зависимость резонансного рассеяния (цифра “1”) и резонансного поглощения (цифра “2”) гидроакустического сигнала с частотой 1 кГц плавательным пузырем донной рыбы (конкретный вид из-за коммерческой тайны не раскрывается) в условиях песчаного (фиг.4а) и скалистого (фиг.4б) дна.
Как видно из фиг.4а, в условиях относительно “ровного” дна с “акустически мягким” грунтом рыба хорошо обнаруживается и распознается как по резонансному рассеянию (цифра “1”), так и по резонансному поглощению (цифра “2”) звука на частоте 1 кГц. В то время как в условиях “скалистого” дна с “акустически жестким” грунтом по резонансному рассеянию звука на частоте 1 кГц рыба практически не обнаруживается и с трудом распознается (соотношение “сигнал/помеха” в эхо-сигналах от плавательного пузыря донной рыбы и грунта соизмеримы друг с другом).
Реализуя же разработанный способ, можно и в условиях сложного (скалы, большие камни, рифы и т.д.) грунта эффективно обнаруживать и распознавать донные рыбы по резонансному поглощению гидроакустических сигналов их плавательным пузырем (соотношение “уровень резонансно поглощенного сигнала” / “уровень рассеянного сигнала” составляет величину 20 дБ).
Таким образом, возможность обнаружения промысловых скоплений донных рыб с плавательным пузырем в условиях сложного (скалы, большие камни, рифы и т.д.) грунта достигается за счет того, что:
– на рыбопромысловом судне, осуществляющем поиск промысловых скоплений донных рыб с плавательным пузырем в данное время года в конкретном географическом районе, располагается блок направленного (в сторону дна) параметрического излучения НЧ широкополосных гидроакустических сигналов, а также располагается блок направленного (в сторону дна) параметрического приема НЧ широкополосных гидроакустических сигналов;
– ВЧ-волна накачки на частоте 3 в блоке направленного параметрического приема НЧ широкополосных гидроакустических сигналов близка к резонансной частоте os ЗРС, доминирующих в толще воды, в том числе и в придонном слое;
– частота резонансного поглощения звука плавательным пузырем донной рыбы os меньше резонансной частоты os биологических рассеивателей звука, доминирующих в толще воды, в том числе и в придонном слое и существенно меньше резонансной частоты пузырьков воздуха o, находящихся в приповерхностном слое воды.
Упрощение процесса обнаружения промысловых скоплений донных рыб с плавательным пузырем в условиях сложного (скалы, большие камни, рифы и т.д.) грунта достигается за счет того, что:
– для лоцирования дна и донной рыбы с плавательным пузырем используется НЧ широкополосная волна разностной частоты =1–2;
– частота НЧ широкополосной волны разностной частоты близка к частоте os резонансного поглощения звука плавательным пузырем донной рыбы;
– ВЧ-волна накачки на частоте 3 блока направленного параметрического приема НЧ широкополосных гидроакустических сигналов близка к резонансной частоте os ЗРС, доминирующих в толще воды, в том числе и в придонном слое;
– частота резонансного поглощения звука плавательным пузырем донной рыбы os меньше резонансной частоты os биологических рассеивателей звука, доминирующих в толще воды, в том числе и в придонном слое и существенно меньше резонансной частоты пузырьков воздуха o, находящихся в приповерхностном слое воды.
Упрощение процессов видового, количественного и размерного распознавания промысловых скоплений донных рыб с плавательным пузырем в условиях сложного (скалы, большие камни и т.д.) грунта достигается за счет того, что:
– для лоцирования дна и донной рыбы с плавательным пузырем используется НЧ широкополосная волна разностной частоты =1–2;
– частота НЧ широкополосной волны разностной частоты близка к частоте os резонансного поглощения звука плавательным пузырем донной рыбы;
– НЧ широкополосная волна разностной частоты =1–2 рассеивается дном, донной рыбой и частично резонансно поглощается их плавательным пузырем на частоте os;
– ВЧ-волна накачки на частоте 3 блока направленного параметрического приема НЧ широкополосных гидроакустических сигналов близка к резонансной частоте os ЗРС, доминирующих в толще воды, в том числе и в придонном слое;
– частота резонансного поглощения звука плавательным пузырем донной рыбы os меньше резонансной частоты os биологических рассеивателей звука, доминирующих в толще воды, в том числе и в придонном слое и существенно меньше резонансной частоты пузырьков воздуха o, находящихся в приповерхностном слое воды.
Проведенные в Охотском море на ярусоловном судне “ЯМС-1440” в марте-мае 2004 г. морские испытания устройства, реализующего разработанный способ обнаружения и распознавания донных рыб, показали его высокую эффективность при обнаружении и распознавании (видовом, количественном и по размерному ряду) морского окуня, тихоокеанской трески, палтуса и других донных рыб, в том числе и в условиях сложного грунта.
При реализации разработанного способа была обеспечена высокая селекция донных рыб и в конечном итоге их рациональный промысел.
Формула изобретения
Способ обнаружения и распознавания донных рыб по резонансному поглощению гидроакустических сигналов их плавательным пузырем, заключающийся в генерации, усилении и излучении блоком направленного параметрического излучения высокочастотных волн накачки на частотах 1, и 2, близких к резонансной частоте пузырьков воздуха 0, находящихся в приповерхностном слое воды; нелинейном взаимодействии высокочастотных волн накачки 1 и 2, с образованием низкочастотной волны разностной частоты =1–2, которая распространяется направленно в водной среде и при помощи которой облучается скопление рыб с плавательным пузырем; генерируется, усиливается и направлено излучается при помощи блока направленного параметрического приема низкочастотных гидроакустических сигналов высокочастотная волна накачки на частоте 3, близкая к резонансной частоте рассеивателей звука, находящихся в слое воды; рассеиваясь на неоднородностях водной среды, высокочастотная волна накачки на частоте 3 взаимодействует с низкочастотной волной разностной частоты, отраженной от скоплений рыб с газовым пузырем, ‘, а также с низкочастотной волной собственного излучения рыб на частоте ” с образованием высокочастотных волн комбинационных частот 3± ‘ и 3± “, распространяющихся в сторону блока направленного параметрического приема низкочастотных гидроакустических сигналов, где осуществляется выделение низкочастотных сигналов на частотах ‘ и ” из высокочастотных комбинационных частот 3± ‘ и 3± ” методом детектирования, а также производится спектральный анализ низкочастотных сигналов на частотах ‘ и “, их сравнение с эталонными сигналами и принимается решение об обнаружении скопления рыб с плавательным пузырем, отличающийся тем, что в качестве рыб с плавательным пузырем используются донные рыбы с плавательным пузырем; в качестве объекта лоцирования используется дно и донная рыба; направленное излучение высокочастотных волн накачки на частотах 1 и 2 осуществляется в направлении дна; при нелинейном взаимодействии высокочастотных волн накачки на частотах 1 и 2 образуется низкочастотная широкополосная волна разностной частоты =1–2; разностная частота =1–2 близка к частоте резонансного поглощения звука плавательным пузырем донной рыбы os; низкочастотная широкополосная волна разностной частоты рассеивается дном, донной рыбой и частично резонансно поглощается их плавательным пузырем на частоте os; высокочастотная волна накачки на частоте 3 близка к резонансной частоте os биологических рассеивателей звука, доминирующих в толще воды, в том числе и в придонном слое; направленность параметрического приема низкочастотных широкополосных гидроакустических сигналов достигается за счет волновых размеров высокочастотного приемника блока направленного параметрического приема низкочастотных широкополосных гидроакустических сигналов; дополнительно осуществляется видовая, количественная и размерная идентификация обнаруженных донных рыб с плавательным пузырем; при этом частота резонансного поглощения звука плавательным пузырем донной рыбы os меньше резонансной частоты os биологических рассеивателей звука, доминирующих в толще воды, в том числе и в придонном слое, и существенно меньше резонансной частоты пузырьков воздуха o, находящихся в приповерхностном слое воды.
РИСУНКИ
MM4A – Досрочное прекращение действия патента СССР или патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе
Дата прекращения действия патента: 25.08.2007
Извещение опубликовано: 10.03.2009 БИ: 07/2009
|
