Способ обнаружения конкреций на дне океана Советский патент 1984 года по МПК G01S15/04 G01V1/00 

1. Изобретение относится к гидроакустической технике и может быть использовано для обнаружения железомарганцевых конкреций на дне океана на ходу судна практически при любой глубине места. Предлагаемый способ позволяет повысить точность и оперативность из мерений при поиске конкреций .в глубо ководных районах Мирового океана. Известен метод гидроакустического промера, основанньй на излучении посыпок и приеме эхо-сигналов в направлениях, перпендикулярных направлению движения, вправо и влево от этого направления, в сторону дна (гидролокаторы бокового обзора). Такой метод обеспечивает просмотр широкой полосы дна, расположенной вдоль пути судна, и позволяет обнаруживать малоразмерные подводные объекты и незначительные неровности рельефа дна Однако точность и оперативность этого способа незначительна, так как появляется неоднозначность в идентификации реальных неровностей дна (например, ряби на песке, россып мелких предметов, конкреций и т.д.), что .требует дополнительной обработки получаемых записей. Кроме того, раз решающая способность метода существенно зависит от глубины места и частоты излучения. Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является способ обнаружения конкреций на дне океана, основанньй на вертикальном излучении акустических сигналов, при ме отраженных от дна сигналов антен ной с узкой диаграммой направленност ориентированной вертикально вниз, усилении, фильтрации, вьщелении их огибающей, определении толщины акустически прозрачного слоя осадков и на его основе определение концентра ции конкреций 12 . Однако данньш способ не обладает достаточной точностью и оперативностью при обнаружении конкреций, поскольку толщина акустически прозрачного слоя осадков зависит не тол ко от самого верхнего слоя, где располагаются конкреции, но и в большей степени, от характеристик ниже лежащих слоев, таких.как, например, коэффициент затухания звука в грунте. Кроме того, способ требует дополнительной машинной обработки получа62емых записейс целью вьщеления кратных отражений от. слоев-, что ухудшает оперативность исследований. Целью изобретения является повышение точности и оперативности в обнаружении конкреций в глубоководных районах №€рового океана. Цель изобретения достигается тем,. что согласно способу обнаружения конкреций на дне океана, основанном на излучении акустических сигналов на дно, приеме рассеянных в обратном направлении сигналов, усилении, фильтрации и вьщелении их огибающей, излучение акустических сигналов на дно осуществляют в диапазоне длин волн, равном диапазону размеров обнаруживаемых конкреций, с углом скольжения относительно дна в пределах 20-6tfi а о наличии конкреций судят по превьпиению уровня огибающей рассеянных в обратном направлении сигналов над фоновым уровнем рассеяния для данного района На чертеже приведена блок-схема устройства, осуществляющего предлагаемый способ. Способ заключается вследующем. Широкополосный электрический сигнал в полосе частот, при которых диапазон длин волн равен диапазону размеров конкреций, представляющих интерес при поиске, с генератора 1 подают на излучатель 2, где он преобразуется в акустический сигнал, который излучается в сторону дна во всех направлениях (при использовании направленного излучателя акустический сигнал излучается под углом скольжения от 20 до бО). Рассеянньм дном сигнал принимают приемной антенной 3, направленной под углом 20-60 в сторону, куда производилось излучение (при использовании ненаправленного приемника рассеянный сигнал в диапазоне углов скольжения от 20 до 60 вьщеляют по времени прихода). После усиления полосовым усилителем 4 и фильтрации полосовым фильтром 5 в полосе частот, соответствующей излучению, принятый сигнал детектируется в детекторе 6. ВьщеленнУю таким образом огибающую рассеянного в обратном направлении сигнала подают в вычислительный блок 7, где происходит вычисление значения огибающей рассеянного сигнала, которая регистрируется в блоке регистрации 8, обнаружение конкреций осуществляют по превьшению измеренного таким образом уровня огибающей над фоновым уровнем.

Данный способ благодаря высокой точности и оперативности, а также отсутствию каких-либо ограничений по глубине океана в районе его предполагаемого использования может обеспечить при его внедрении существенньм экономический эффект. Это обусловлено тем, что рассеяние в обратном направлении акустического сигнала в диапазоне углов скольжения 20-60 обусловлено наличием неровностей, а также конкреций на поверхности дна. Чтобы вьщелить рассеяние на конкрециях, размер которых лежит в пределах, например 3-30 см, необходимо излучать акустическую волну с такими же длинами волн, что соответствует частотному диапазону от 5 до 50 кГц. Следует отметить, что в силу большого коэффициента затухания в грунте акустические волны на 31ТИХ частотах не проникают глубже нескольких метров и, следовательно, рассеиваются на поверхностном слое дна океана, где в основном и располагаются залежи железо-марганцевых конкреций. Таким обра:зом, выбор такого частотного диапазона излучаемых акустических волн и углов скольжения у дна позволяет по превышению уровня обратного рассеяния над фоновым уровнем обнаруживать конкреции на дне с более высокой точностью

и оперативностью, чем в базовом объекте.

Проведенная с борта судна экспериментальная проверка предлагаемого способа в натурных условиях открытого океана полностью подтверждает его работоспособность. Исследования прово дились в ряде районов tfapoBoro океана на частотах излучения от 1 до 50 кГц. Экспериментально установлено, что в районе абиссальной равнины Нарес уровень рассеянного в обратНом направлении акустического сигнала при углах скольжения у дна от 20 до 60 не превышает уровень фона. При этом взятые пробы грунта и глубо ководные фотоснимки дна океана показали полное отсутствие конкреций.

Замеры обратно рассеянного сигнала в районе острова Вознесения показали превышение его над фоновым уровнем более чем На 15 дБ, а геологические пробы, взятые в этом же районе, подтвердили наличие значительной концентрации железо-марганцевых конкреций.

Исходя из большой значимости задачи по обнаружению железо-марганцевых конкреций на дне океана и их добычи, можно предполагать, что предлагаемый способ при использовании на специализированных научно-исследовательских и инженерно-геологических судах обеспечит существенную экономию народно-хозяйственных средств и hoвышение качества проводимых работ.

СПОСОБ ОБНАРУЖЕНИЯ КОНКРЕЦИЙ НА ДНЕ ОКЕАНА, основанный на излучении акустических сигналов на дно, приеме рассеянных в обратном направлении сигналов усилении, фильтрации и вьщелении их огибающей, отличающийся тем, что, с целью повьшения точности и оперативности обнаружения конкреций, излучение акустических сигналов на дно осуществляют в диапазоне длин волн., равном диапазону размеров обнаруживаемых конкреций, с углом скольжения относительно дна в пределах 20-60 , а о наличии конкреций судят по превышению уровня оги9 бающей рассеянных в обратном на- . правлении сигналов над фоновым уровнем рассеяния для данного района. оо Од О)