СПОСОБ МАСКИРОВКИ ПОДВОДНОГО ШУМА РЫБОПРОМЫСЛОВОГО СУДНА И УСТРОЙСТВО МАСКИРОВКИ Российский патент 2003 года по МПК G01S15/96 H04K3/00 

Изобретение относится к гидроакустике и может быть использовано на судах рыбопромыслового флота.

Подводный шум рыбопромыслового судна отпугивает рыбу (Е.В. Шишкова. О реакции рыб на звук в шумовых спектрах траулера. - "Рыбное хозяйство", 1957, 11). Целесообразно этот шум замаскировать под те или иные сигналы морских животных, например под звуки ухаживания, звуки нерестовой миграции или звуки скопления в косяки, звуки проявления пищевого инстинкта и другое (Г. Винн. Биологическое значение звуков, издаваемых рыбами. В книге: Морская биоакустика. Перевод с английского. -Л.: Судостроение. 1969, - с.239-261).

Известен способ маскировки полезного сигнала помехами, когда намеренная активная или пассивная помеха создает на выходе приемного устройства мешающий сигнал, на фоне которого выделение полезного сигнала невозможно или затруднительно (А. П. Вержиковский и другие. Краткий словарь по радиоэлектронике. - М.: Воениздат, 1980, - с.220).

Рассмотренный способ не эффективен для нашей задачи, так как он не создает ложную информацию.

Этот способ-аналог реализуется с помощью устройства, содержащего последовательно соединенные генератор и излучающую антенну. Недостатки устройства определяются указанными выше недостатками способа-аналога.

Известны способы разрушения информации, предназначенные для создания помех системам передачи или извлечения инфopмaции, то есть подавления циркулирующей в них полезной информации или создания ложной информации (дезинформации) путем переизлучения соответствующих мешающих сигналов (Л.С. Гуткин. Современная радиоэлектроника и ее проблемы. - М.: Сов. радио, 1968, - с.39).

Способ-аналог реализуется с помощью приемного тракта, реализующего запись звуков на магнитофон и излучение его в воду (Р. Шлезингер. Радиоэлектронная война. -М.: Воениздат, 1963, - 264 с).

Недостатком этого способа применительно к решаемой задаче и реализующего его устройства является то, что приемный тракт принимает не только звуки рыб и морских животных, но и подводный шум своего судна. Поэтому ретрансляция этого шума только усилит демаскирование судна.

В качестве способа-прототипа выбран способ маскировки, применяемый японцами во время второй мировой войны и содержащий создание с помощью излучающего тракта на торпеде спектра шума, который близок к спектру шума косяка рыбы (А.П. Сташкевич. Акустика моря. - Л.: Судостроение, 1966, -с.313).

В этой книге отмечается, что кроме шумов биологического происхождения, рыбы, движущиеся в косяке, создают значительные гидродинамические шумы. Шум косяка рыбы похож на шум движущейся торпеды. Это сходство шумов и использовалось для создания "живых" торпед, спектр шума которых был близок к спектру шума косяка рыб.

Недостатком способа-прототипа является маскировка только под шум косяка рыбы, что не отражает реальную шумовую обстановку из-за жизнедеятельности морских обитателей. Кроме того, этот шум косяка рыбы может быть не характерен для данного района ловли рыбы. Серьезным недостатком является отсутствие протяженности источника шума - ведь рыбы, движущиеся в косяке, создают значительные гидродинамические шумы в определенном объеме водной среды. Поэтому этот способ, по видимому, пригодный для маскировки имеющей малые размеры торпеды от обнаружения ее гидроакустическими шумопеленгаторами, не пригоден для маскировки от обнаружения и классификации слуховыми аппаратами обитателей моря.

Способ-прототип реализуется с помощью устройства-прототипа, содержащего последовательно соединенные генератор и гидроакустический излучатель. Недостатки устройства-прототипа обусловлены описанными выше недостатками способа-прототипа, в частности: во-первых, маскировка ведется только под один вид шумов обитателей моря; во-вторых, не создается пространственное распределение звуков обитателей моря; в-третьих, не маскируются дискретные составляющие спектра шума судна, образующиеся из-за вращения винта.

Задачей изобретения является маскировка шума рыбопромыслового судна под звуки и шумы, создаваемые рыбами, морскими животными и другими обитателями моря.

Для решения поставленной задачи предлагаемый способ маскировки подводного шума рыбопромыслового судна, как и способ-прототип, содержит создание искусственного гидроакустического сигнала с помощью излучающего тракта, размещаемого на судне и имитирующего звуки, создаваемые рыбами, морскими животными и другими обитателями моря. В способ введено предварительное создание банка данных о шумах и звуках, возбуждаемых обитателями моря в разное время суток, но не реже, чем при восходе и заходе солнца. Также введены прием этих звуков с помощью гидроакустического приемного тракта, отыскание в банке данных наиболее близких по спектральным характеристикам портретов шумов и звуков рыб и морских животных, и гидроакустическое излучение выбранного портрета маскирующих шумов и звуков.

Для создания пространственного звучания создают сигналы в двух точках, причем обеспечивают статистическую связь этих сигналов с коэффициентом нормированной корреляционной функции от 0,15 до 0,8, значение которой выбирается в зависимости от желательной протяженности кажущегося источника звука
Для имитации звуков китообразных в шумах движущегося судна определяют частоты Wg дискретных составляющих собственного шума рыбопромыслового судна и создают гармонические колебания с близкими частотами Wм, при условии \ Wм-Wg\ <<Wg, с тем, чтобы образовать биения с периодом , близким к периоду излучения низкочастотных составляющих звуков китообразных, причем варьируют частотами Wм, чтобы определяемый по эффекту Доплера эффект движения был бы порядка обычной скорости движения китообразных.

Для реализации предлагаемого способа необходимо устройство маскировки, содержащее гидроакустическую антенну маскировки. В устройство введены последовательно соединенные блок памяти звуков маскировки, цифроаналоговый преобразователь, генератор звуков маскировки, двухканальный усилитель мощности, вторая гидроакустическая антенна маскировки, причем с первым выходом двухканального усилителя мощности соединена первая гидроакустическая антенна маскировки, также введен блок временной задержки, вход которого соединен с выходом генератора звуков маскировки, а выход соединен со вторым входом двухканального усилителя мощности. В устройство также введены последовательно соединенные гидроакустический приемник, усилитель, блок выбора звуков маскировки, выход которого соединен с блоком памяти звуков маскировки, также введен занесенный на цифровой магнитный носитель банк данных звуков рыб и морских животных, выход которого соединен со вторым входом блока выбора звуков маскировки.

Блок выбора звуков маскировки содержит последовательно соединенные второй цифроаналоговый преобразователь, вход которого соединен с усилителем приемного тракта, первый спектроанализатор, блок сопоставления звуков, блок идентификации звуков маскировки, выход которого соединен с блоком памяти звуков маскировки, также содержит второй спектроанализатор, вход которого соединен с банком данных, а выход - со вторым входом блока сопоставления звуков. Также введен индикатор, входы которого соединены с выходами блока выбора звуков маскировки и блока сопоставления звуков, также введен блок управления, синхровыходы и cинxpoвходы которого соединены с цифровыми устройствами блока выбора звуков маскировки и банка данных звуков рыб и морских животных.

Техническим результатом изобретения является создание возможности повышения улова за счет маскировки подводного шума рыбопромыслового судна под звуки рыб и морских животных и других обитателей моря.

Достижение указанного результата основывается на том, что живые организмы, населяющие море, издают звуки. Киты, моржи, тюлени, морские котики издают интенсивные звуки. Спектр звуков ставриды занимает полосу частоты от 10 до 6000 Гц.

Звуки рыб в целом охватывают диапазон от 10 до 10000 Гц. Кроме шумов биологического происхождения рыбы при движении особенно в косяке создают гидродинамические шумы (Морская биоакустика. Перевод с англ. -Л.: Судостроение, 1969, -424 с.).

При одновременной работе двух излучателей, расположенных на некотором расстоянии друг от друга, кажущийся источник звука расположен по середине линии базы излучателей, если сигналы, излучаемые ими, полностью коррелированы. По мере снижения корреляции между излучаемыми сигналами кажущийся источник звука локализуется все менее четко, его протяженность увеличивается. При уменьшении нормированной корреляционной функции до 0,05...0,15 наступает разрыв кажущегося источника звука на два действительных источника (Под редакцией М. В. Штлица. Радиовещание и электроакустика. -М.: Радио и связи, 1989, - с.58).

Дискретные составляющие в подводном шуме судна в основном обусловлены вращающимися гребными винтами. Частота ряда дискретных составляющих, создаваемых полостями винта определяется формулой
fg=gzn,
где fg - частота g-й гармоники,
z - число лопастей,
n - частота вращения винта, об. с^-1.

Например, при числе лопастей z=5, n=240 об/мин=4 Гц частота f₁=20 Гц; f₂= 40 Гц (Под редакцией Я.И. Войтуковского. Справочник по теории корабля. Том первый. -Л.: Судостроение, 1986. -с.588). При этом с ростом g интенсивность дискрет резко падает.

Если излучать гармонические колебания в воде с близкими частотами fg и f_Б,g, то есть при условии, что /fg-f_Б,g/<<fg, то в среде будут возникать биения. Результирующее колебание - квазигармоническое со средней частотой 0,5(fg+f_Б,g) и амплитудой, изменяющейся от значения, равного сумме амплитуд составляющих колебаний, до значения, равного их разности.

Характер биений приведен на фиг.1. Пространственные биения перемещаются в том же направлении, что и составляющие их волны, а в каждой данной точке пространства наблюдаются при этом временные биения. На фиг.2 представлена осциллографа типичного импульса, излучаемого китообразными, заимствованная из доклада Р. Уокер. Подводные шумовые импульсы большой интенсивности имеют биологическое происхождение. В книге: Морская биоакустика. -Л.: Судостроение, 1969, -с. 124. Такой характер импульсов подтверждается и в докладе У. Шевилл, У. Уоткинс. Сигналы частотой 20 Гц и финвалы. В книге: Морская биоакустика. -Л.: Судостроение. 1969, -с. 168. Следовательно, подтверждается возможность такой маскировки путем искажения дискретных составляющих подводного шума судна, путем создания биений.

Предложенное устройство обеспечивает реализацию способа. Используя тракт приемник - усилитель, оценивают биошумы в акватории в данный период времени суток. Блок выбора звуков маскировки позволяет найти в банке данных не искаженные средой и гидроакустическими помехами звуки рыб и морских животных. Тракт блока памяти звуков маскировки - ЦАП - генератор звуков маскировки - усилитель мощности - антенна обеспечивает звуки маскировки. Блок временной задержки и вторая гидроакустическая антенна маскировки обеспечивают создание кажущегося протяженным излучателя сигналов маскировки.

Сущность изобретения поясняется фиг.1-4.

На фиг.1 приведен график амплитуды подводного звука при наличии биений.

На фиг.2 приведена осциллограмма биологического импульса, заимствованная из доклада Р. Уокер. Подводные шумовые импульсы большой интенсивности, видимо, биологического происхождения. В книге: Морская биоакустика. -Л.: Судостроение, 1969, -с.124.

На фиг.3 приведена блок-схема устройства маскировки.

На фиг.4 приведена блок-схема блока выбора звуков маскировки устройства маскировки.

Осуществимость задачи, стоящей перед способом, достигается с помощью устройства маскировки.

Устройство маскировки содержит последовательно соединенные блок памяти звуков маскировки 1, цифроаналоговый преобразователь 2, генератор звуков маскировки 3, двухканальный усилитель мощности 4, параллельно соединенные первую 5 и вторую 6 гидроакустические антенны маскировки, входы которых соединены с выходами первого и второго каналов двухканального усилителя мощности 4, также содержит блок временной задержки 7, вход которого соединен с выходом генератора звуков 3, а выход - со входом второго канала двухканального усилителя мощности 4. Устройство маскировки также содержит последовательно соединенные гидроакустический приемник 8, усилитель 9 и блок выбора звуков маскировки 10 и устройство управления 12, синхровходы и синхровыходы которого соединены с блоками 1, 2, 10, 11.

Блок выбора звуков маскировки 10 содержит последовательно соединенные второй ЦАП, вход которого соединен с выходами банка данных 11, первый спектроанализатор 14, блок сопоставления звуков 16, блок идентификации звуков маскировки 16, выход которого соединен с блоком памяти звуков маскировки 1, также coдepжит второй спектроанализатор 17, вход которого соединен с выходом усилителя 9, а выход - со вторым входом блока сопоставления звуков 15, также содержит индикатор 18, первый и второй входы которого соединены с выходами блоков 15 и 16 соответственно, также содержит блок управления 19, синхровыходы и синхровходы которого соединены со всеми устройствами блока выбора звуков маскировки.

Способ маскировки подводного шума рыбопромыслового судна с использованием приложенного устройства реализуется следующим образом.

Предварительно заполняют банк 11 данных о шумах и звуках, возбуждаемых в водной среде обитателями моря в разное бремя суток, но не менее чем два раза - утром после восхода и вечером после захода солнца. При этом судно должно находиться на стопе и соблюдать режим "Тишина", с тем чтобы судовые шумы не препятствовали неискаженной записи шумов и сигналов обитателей моря. Банк данных пополняется для разных акваторий.

Рыбопромысловое судно в данной акватории с помощью тракта гидроакустического приемника 8 и усилителя 9 принимает звуки обитателей акватории и передает их в блок выбора звуков маскировки 10. В блоке выбора звуков маскировки 10 осуществляется идентификация звуков, принятых в акватории, и заранее занесенных в банк данных звуков рыб, морских животных и других обитателей моря 11.

Идентифицированные звуки из блока 10 передаются в блок памяти звуков маскировки 1. С помощью тракта гидроакустический приемник 8 - усилитель 9 - блок выбора звуков маскировки 10 определяются также дискретные составляющие шумов судна при выбранной скорости движения. В блоке выбора звуков маскировки 10 подбираются также частоты гармонических составляющих для организации биений.

Из блока памяти звуков маскировки 1 массив данных поступает на ЦАП 2, в генераторе 3 создается необходимый сигнал для маскировки. Этот сигнал поступает на два канала усилителя мощности 4: один без задержки, другой после задержки в блоке временной задержки 7. Усиленные коррелированные сигналы поступают на первую 5 и вторую 6 гидроакустические антенны маскировки, которые излучают в воду гидроакустические сигналы маскировки.

Работа блока выборов звуков маскировки 10 состоит из сопоставления информации по тракту блоков 9-13-14-15 и по тракту 11-17-15 и идентификации звуков маскировки в блоке 16. Для повышения достоверности идентификации введен индикатор 18, позволяющий дополнительно визуально наблюдать за сопоставляемыми звуками.

Построение блоков устройства известно из практики гидроакустики. Построение широкополосных гидроакустических антенн и широкополосного гидроакустического приемника известно из книг Г.М. Свердлин. Прикладная гидроакустика. -Л. : Судостроение, 1990, -320 с; Справочник по гидроакустике/А.П. Евтюгов, А. Е. Колесников, Е.А. Корепин и другие - 2-е издание перераб. и доп. - Л.: Судостроение, 1988, - 552 с. (Библиотека инженера-гидроакустика).

Изобретение относится к гидроакустическим средствам судов рыбопромыслового флота. Достигаемым техническим результатом изобретения является маскировка шума рыбопромыслового судна под звуки и шумы, создаваемые рыбами и морскими животными. Способ маскировки подводного шума рыбопромыслового судна, включающий создание искусственного гидроакустического сигнала с помощью излучающего тракта, размещаемого на судне, и имитирующего звуки, создаваемые рыбами, морскими животными и другими обитателями моря, заключается в том, что предварительно создают банк данных о шумах и звуках, возбуждаемых в водной среде обитателями моря в разное время суток, но не менее чем два раза - утром после восхода и вечером после захода солнца, осуществляют прием бионических шумов и звуков в акватории промысла с помощью гидроакустического приемного тракта, размещаемого на судне, производят отыскание в банке данных наиболее близких по спектральным характеристикам портретов шумов и звуков рыб и морских животных и осуществляют излучение в водную среду сигнала, выбранного из банка данных портрета маскирующих шумов и звуков, имитирующих бионические шумы обитателей моря. Маскирующие сигналы, имитирующие звуки обитателей моря, создают в двух или большем числе точек на судне, причем обеспечивают статистическую связь этих излучаемых сигналов с нормированным коэффициентом корреляционной функции от 0,15 до 0,8, значение которой выбирают в зависимости от желательной протяженности кажущегося источника звука. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Способ маскировки подводного шума рыбопромыслового судна, содержащий создание искусственного гидроакустического сигнала с помощью излучающего тракта, размещаемого на рыбопромысловом судне, и имитирующего звуки, создаваемые обитателями моря, отличающийся тем, что предварительно создают банк данных о шумах и звуках, возбуждаемых обитателями моря в разное время суток, но не менее чем два раза - утром после восхода и вечером после захода солнца, осуществляют прием шумов и звуков, создаваемых обитателями моря в акватории промысла, с помощью гидроакустического приемного тракта, размещаемого на рыбопромысловом судне, производят отыскание в банке данных наиболее близких по спектральным характеристикам портретов шумов и звуков обитателей моря, с помощью излучающего тракта осуществляют излучение в водную среду искусственных гидроакустических сигналов маскировки, выбранных из банка данных и имитирующих шумы и звуки обитателей моря, при этом искусственные гидроакустические сигналы маскировки, имитирующие шумы и звуки обитателей моря, создают в двух или большем числе точек на рыбопромысловом судне, причем обеспечивают статистическую связь этих излучаемых сигналов с нормированным коэффициентом корреляционной функции от 0,15 до 0,8, значение которой выбирают в зависимости от желательной протяженности кажущегося источника маскирующего звука. 2. Способ маскировки подводного шума рыбопромыслового судна по п. 1, отличающийся тем, что дополнительно с помощью гидроакустического приемного тракта определяют частоты Wg дискретных составляющих собственного подводного шума рыбопромыслового судна и для имитации звукового портрета китообразных создают маскирующие гармонические колебания с частотами Wм, при условии (Wм-Wg)<<Wg с тем, чтобы образовались биения с периодом 2π/(Wм-Wg), имитирующие низкочастотные звуки, создаваемые китообразными, причем варьируют частотами Wм, чтобы определяемая по эффекту Доплера скорость перемещения кажущегося источника маскирующего звука соответствовала обычной скорости перемещения китообразных.