автореферат диссертации по приборостроению, метрологии и информационно-измерительным приборам и системам, 05.11.06, диссертация на тему:Параметрический метод управляемого преобразования гидроакустических полей шумоизлучения научно-исследовательских и промысловых судов, методы и системы их измерения, основанные на закономерностях нелинейной акустики

Введение.

Глава 1. Анализ методов и средств измерений гидроакустического поля научно-исследовательских и промысловых судов.

1.1. Особенности формирования гидроакустического поля научно-исследовательских и промысловых судов.

1.2. Методы измерения гидроакустического поля промыслового судна.

1.3. Средства измерения гидроакустических полей научно-исследовательских и промысловых судов.

1.4. Анализ некоторых результатов измерений гидроакустических полей промысловых судов и буксируемых орудий лова.

Глава 2. Обоснование возможности использования принципов нелинейной гидроакустики для эффективного излучения и приема широкополосных сигналов.

2.1. Анализ физических принципов фушшиинириьапил параметрических излучающих антенн.

2.2. Анализ физических пр-шщнпоэ функционирования параметрических пшемных антенн.

2.3. Физико-математическая модель описания акустического поля комбинационных частот в параметрической приемной антенне.

2.4. Разработка методов повышения эффективности применения параметрических антенн.

Глава 3. Результаты исследований низкочастотного гидроакустического поля промыслового судна и средств его измерения.

3.1. Результаты измерений низкочастотного гидроакустического поля.

3.2. Результаты измерений акустического поля промысловых судов.

3.3. Результаты экспериментальных исследований по искажению подводных низкочастотных шумов научно-исследовательских и промысловых судов.

Глава 4. Рекомендации по применению разработанных гидроакустических систем в интересах повышения эффективности промысла морских биологических объектов.

4.1. Методы измерений гидроакустического поля судна, основанные на принципах нелинейной акустики.

4.2. Самоконтроль гидроакустического поля научно-исследовательского и промыслового судна.

4.3. Метод искажения низкочастотного гидроакустического поля судна, основанный на принципах нелинейной акустики.

4.4. Рекомендации по снижению влияния интенсивных гидроакустических полей на ихтиофауну.

4.5. Рекомендации по калибровке современной рыбопоисковой апnapai^pm. i-тЗ

4.6. Рекомендации по «акустической паспортизации» научноиссц<~>1?ят(»ТТТчСКИХ и rrpOMKTCrrORWX evnOR.

Современный этап развития рыболовства в условиях рыночных отношений характеризуется активным поиском способов более рационального использования существующей сырьевой базы, обеспечения добычи рыбы с минимальными финансово-временными затратами. Результативность промысла во многом зависит от поведения рыб в процессе их поиска и лова. Поэтому при разработке новых и совершенствовании существующих способов лова необходимо учитывать поведение и ориентации объектов лова, гидрофизические и акустические характеристики морской среды, а также уровень акустического поля судна (в том числе и с буксируемыми орудиями лова).

В результате работы главных и вспомогательных судовых механизмов, обтекания корпуса потоками воды, действия гидродинамических сил, возникновения явления кавитации на лопастях гребных винтов образуется интенсивное акустическое поле промыслового судна. Даже неподвижное судно с работающими на борту механизмами является интенсивным источником шума, который может Obilb uunap^/iv^n 11V/A uv//j,v/rL ijlci Olici "iiri l V/jijL hum pun i Ш!Ш] /30,33,45,5 7 > 60,63,68,71/.

С тотшк зрений гмдро?.уус.тическт1гп наблюдения, акустическое поле судна подразделяется на внешнее, характеризующее его источник как объект для шу-мопеленгования, и собственное, характеризующее уровень помех работе рыбопоисковых и навигационных средств /68/.

Вибрации корпуса вызываются работой судовых механизмов. Шум, создаваемый механизмами, можно условно разделить на воздушный и структурный. Воздушный шум распространяется внутри отсеков, в которых располагаются механизмы, и лишь незначительная его часть может попасть в воду. Структурный шум через фундаменты и элементы механизмов, имеющие соединение с корпусом судна, передается в воду и распространяется в ней на значительные расстояния /42/.

Как бы ни были амортизированы механизмы, они вызывают вибрации корпуса судна. При этом колебания корпуса нельзя рассматривать как колебание единого тела, так как отдельные его части колеблются раздельно на различных частотах с различными амплитудами и могут рассматриваться как системы с распределенными постоянными. Такие системы имеют несколько собственных частот, поэтому их спектр широкополосный.

Вибрации механизмов также охватывают широкий диапазон частот. Поэтому вибрации корпуса судна имеют в своем составе колебания всевозможных звуковых (включая и инфразвуковые) частот.

Необходимо отметить особенность шумов судна в области инфразвуковых частот. Шумы в инфразвуковой области могут создаваться системами, имеющими большую массу. Количество таких систем на судне ограничено, и поэтому в составе шума судна содержатся инфразвуковые колебания лишь на отдельных частотах, разделенных определенными интервалами, т.е. спектр амплитуд шума в инфразвуковой области имеет линейчатый характер /68/.

При вращении винта на отдельных участках его лопастей давление воды падает ниже гидростатического давления, характерного для данной глубины. С увеличением частоты вращения опта ^iw^u^in -pajpoicirai тт вышается и, наконец, достигает такого значения, при котором в жидкости образу пустоты, которые ззеолнякутся растворенным в воде воздухом и превращаются в газовые пузырьки. Это явление называется кавитацией (от англ. Cavity - пустоты). Скорость хода, при которой возникает кавитация, называется критической. Образование пузырьков происходит непрерывно в течение времени, соответствующего разрежению. Достигнув определенной величины, пузырьки отрываются от винта. При этом они колебательным путем переходят от деформированного состояния к сферическому, излучая акустические волны. Попадая в область повышенного давления, пузырьки разрушаются - процесс сопровождается интенсивным шумообразованием /39,42,68/.

Кавитационные процессы, имеющие место при вращении винта, порождают ультразвуковые колебания в воде. При вращении винта возбуждаются и тональные колебания звуковой частоты (явление «пения» винта).

Волны, набегающие на корпус во время движения, создают шум, называемый гидродинамическим шумом.

Интенсивность излучения судна по всему спектру частот неравномерна и определяется многими факторами: типом главной машины, количеством и типами вспомогательных механизмов, водоизмещением, конструкцией судна, частотой вращения винта и условиями распространения акустических волн в данном районе моря. Особенно большое влияние оказывает скорость хода судна /42/.

В диапазоне звуковых частот каждый класс судов имеет свой характерный спектр, в котором создается максимальное излучение, и опытный акустик на слух может определить класс обнаруженного судна.

В диапазоне ультразвуковых частот интенсивность излучения различных классов судов, движущихся с одинаковой скоростью, примерно одинакова, так как она обусловлена кавитацией, зависящей от скорости судна.

Акустическое поле судна обладает направленностью. В области носовой оконечности И за кормой ингсниишиыс щлршпл ^^LJ-JXi UV фЗБЯСДШП г другими направлениями. Объясняется это тем, что центром излучения судна льллсгся кормовая часть, где находится винт и основное механизмы. Волны на пути от кормы к носу экранируются корпусом судна - отсюда ослабление интенсивности акустического поля на острых курсовых углах. За кормой при движении судна образуется кильватерная струя, насыщенная пузырьками воздуха, которые поглощают и рассеивают акустическую энергию, - отсюда ослабление акустического поля в области кормы /68/.

Характеристика направленности акустического поля судна может быть получена только экспериментальным путем. Рассчитать ее невозможно, так как судно не может рассматриваться как единое колеблющееся тело, и положение о зависимости направленности от размеров источника (по сравнению с длиной волны) для судна неприменимо /63,68/.

В настоящее время большое внимание уделяется борьбе с шумами, создаваемыми судами. Эти шумы не являются помехой для гидроакустических средств, расположенных на самом судне, но оказывают отрицательное воздействие на ихтиофауну в целом.

Для уменьшения уровня шумов судов устанавливают малошумное оборудование. Например, вместо поршневых насосов применяют гидравлический привод с менее шумными, хотя и более дорогими, винтовыми насосами. Существующее оборудование совершенствуется, увеличивается класс точности при изготовлении его деталей. Ведется разработка механизмов и устройств, в которых отсутствуют движущиеся части, являющиеся источниками шума /39,45,68/.

Важной мерой борьбы с шумностью механизмов является рациональное их размещение в отсеках судна. Наиболее шумящие механизмы следует устанавливать вдали от акустических антенн и т.д.

Эффективной мерой борьбы с шумом является виброизоляция механизмов. Для осуществления виброизоляции применяют пружинные, резиновые, гидравлические и другие амортизаторы, упругие прокладки, разделяющие вибрирующие элементы различных агрегатов /2/. псооходимым у cjujoia^m. ъхгпл\.\-/хиг1ух j j-zv/jjiia ^шл1 mm i iK жсожвдеушг собственных частот образующихся вновь колебательных систем с частотами зь:лужделных колебаний.

Исключить выход шумов за пределы корпуса судна можно двумя путями: поглощением шумов специальными устройствами, их отражением от стен судовых помещений, созданием завес газовых пузырьков в водной среде вокруг корпуса судна в районе расположения основных источников шумоизлучений и т.д. Для этой цели поверхности стен обрабатываются специальными поглощающими или отражающими покрытиями. Отдельные, сильно шумящие, механизмы могут быть помещены в звукопоглощающие кожухи. Для вентиляционных систем создают специальные глушители и т.д. /39,44,63,68/.

Однако основным источником подводного шума судна являются гребные винты. Причина шума винта во многом зависит от его конструкции. В последние годы с целью снижения шума на судах трехлопастные винты заменяют на четырех- и пятилопастные. При этом давление па поверхности винта распределяется более равномерно, и явление кавитации возникает лишь при большой скорости судна. Немалую роль в образовании кавитации играют размеры винта и частота его вращения. Кавитационные явления уменьшаются при увеличении размеров винта и, снижении его частоты вращения, так как при этом уменьшается турбулентность потока воды /68/.

Борьба с гидродинамическим шумом ведется также путем придания корпусу судна более обтекаемой формы. Кроме того, осуществляется тщательное слежение за чистотой внешней поверхности судна. Для этого на корпус судна наносят антикоррозийные и необрастающие покрытия в виде многослойной системы различных по свойствам красок.

На рис. 1 показана условная классификация факторов отрицательного влияния акустического поля судна на эффективность промысла рыб.

Рис. 1. Условная классификация факторов отрицательного влияния акустического поля судна 9

Как видно из рис. 1, акустическое поле судна оказывает отрицательное влияние не только на этапах поиска, промысла и оценки запасов морских биологических объектов (МБО), но и на экосистему в целом.

Известно /34-36,43-53,56-62,66,67,69/, что одним из основных каналов связи и ориентации рыб в окружающей среде является звуковой канал. Высокоразвитая система акустической сигнализации у рыб, наряду с хорошими слуховыми и ориентационными способностями большинства промысловых объектов представляют этот канал наиболее перспективным для управления поведением рыб в системе: «объект - среда - орудие лова - судно».

Поведение рыб в поле акустического раздражителя зависит, прежде всего, от характера гидроакустических сигналов. При этом различают два вида воздействия акустических полей на рыб: энергетическое и информационное. При энергетическом воздействии (например, подводные шумы судна) акустическое поле вызывает у рыб болевые, или другие неприятные ощущения, и рыба стремится покинуть опасную зону.

Проанализируем диапазоны частот, в которых акустические поля рыоо-промысловых судов оказывают наибольшее влияние на поведенческие характеристики МБО — ОО'ЬсгСТа ПОНСКВ И ПрО~МЪ2СЛ.а.

Для примера, на рис. 2 представлены типовые спектры шумов моря, области слуховых порогов основных видов промысловых рыб Дальневосточного региона /44,45,56,61,62/, а также диапазон частот специальных сигналов, используемых в процессе работы навигационных и рыбопоисковых средств.

Частота ( кГц)

Рис. 2. Типовые спектры шумов в диапазоне частот от 1 Гц до 200 кГц (Wenz, 1962) : 1 - турбулентность океана; 2 - судоходство (2а - интенсивное; 2Ь - среднее; 2с - низкое); 3 - термальные шумы; 4 - слуховой порог основных видов промысловых рыб; Ь - диапазон частот навш ациинныл п рьюо'кюкъоъых эхолотов и гидролокаторов; b - сигналы акустический «яахажи//.

Как видно из рис. 2, диапазон частот специальных сигналов, используемых в процессе работы навигационных и рыбопоисковых эхолотов и гидролокаторов, в том числе с параметрическими излучающими (ПИА) и параметрическими приемными (ППА) антеннами, которые могут применяться для повышения эффективности промысла МБО /9-29,54,55/, расположен далеко вверх по спектру относительно диапазона частот максимальной акустической чувствительности рыб.

Рассмотрим более подробно слуховые пороговые характеристики некоторых Дальневосточных рыб /56,61,71/, обратившись к рис. 3 и 4. h S о О н о to ч ж и я и а о о. >

20 40 80 160 300 500 960 1300 2600 3900 5200

Частота сигнала, Гц по. 3'. ^—ILL жшяг^зда авдш лтттъти!?^?' промысловых рыб (Сорокин М.А.): 1 - восточный морской ерш; 2 - японская скумбрия; 3 - тихоокеанская сельдь; 4 - тихоокеанская сардины; 5 - дальневосточная красноперка; б - звездчатая камбала; 7 - южный однипёрый icpuyi'. Т 20-1

2 110т и о

§ 100 et «Г

90s о

5 80 са о CU

70

0,01

Ч-1-1—1111—н

Ч-I-1—+•

0,1 1 Частота сигнала,кГц н-1-1—(-4

10

Рис. 4. Слуховые характеристики некоторых промысловых рыб /7/: 1 - минтай; 2 - треска; 3 - сельдь; 4 - камбала.

12

Как видно из рис. 3 и 4, несмотря на некоторые различия в данных отечественных /56,61/ и зарубежных /71/ авторов, можно сделать вывод о том, что частотный диапазон максимальной акустической чувствительности дальневосточных рыб находится в пределах от 20 до 2000 Гц.

Анализ результатов раздельных измерений уровней подводных шумов судна и трала показал /17-25,39,42,68,71/:

1. Максимальные уровни подводных шумов судна с тралом сосредоточены в диапазоне частот 100^-500 Гц;

2. С увеличением скорости буксировки примерно в 2 раза (с 4,7 до 7,8 уз), происходит практически равномерное увеличение уровней подводных шумов на 10-И2 дБ в диапазоне частот выше 70-^80 Гц;

3. В диапазоне частот ниже 40^-50 Гц происходит ярко выраженное увеличение уровня подводных шумов промыслового судна.

Наблюдения за поведением косяков рыбы при приближении к ним судна показали, что рыбу наиболее сильно пугают резкие изменения интенсивности акустического поля судна. Например, при изменении режимов работы главного двигателя, при схождении невода в воду и т.д. /4,7/.

На рис. 5, для примера, представлены результаты экспериментальных исследований /71/ для трех районов моря, характеризующие изменения скорости движения скумбрии при ее приближении к судну.

1,5 s 5 V о о. о а U

0,5 0 о

100 200 Расстояние реакции от судна (м)

Рис. 5. Изменение скорости движения рыбы в зависимости от расстояния до судна Как видно из рис. 5, расстояния от судна до объекта промысла, на которых

V^OAYV/ xx^tivl w Jt JLAlZ ч/ 1 ^A (iLlrllJlL ^pViVi'-ijilW ^^'AfV? i'.i rroг-» r. nnarrairov

50-^220 m.

Таким обрячом, результативность поиска, оценки запасов и промысла во многом зависит от поведения рыб в системе: «объект - среда - орудие лова -судно». В частности:

При измерении биомассы акустическими методами (являющимися в настоящее время наиболее экономичными) не учитывается то обстоятельство, что скопление (особенно высокоподвижных рыб) отклоняется (в сторону от курса судна, «прижимается» ко дну моря и т.д.) от траектории своего движения и тем самым оценка биомассы становится не корректной. Еще большая погрешность имеет место при траловой съемке, когда к акустическому полю судна добавляются акустическое и гидродинамическое поля самого трала.

В процессе промысла капитану трудно принимать решение о целесообразности применения орудий лова, так как реальная обстановка (наличие скопления на данном горизонте, плотность косяка рыб и т.д.), по указанной выше причине (отрицательное влияние акустического поля судна), существенно изменяется по мере сближения судна с косяком рыб.

При облове скопления рыб их значительная часть, по указанной выше причине, выходит из трала, либо вообще не попадает в зону облова. Данное обстоятельство приводит к значительному снижению эффективности промысла в целом.

Наличие «сильно шумящих» судов в районе традиционного промысла оказывает отрицательное экологическое влияние на морские биологические объекты. Например, рыба отклоняется от традиционных направлений миграций, изменяет горизонт своего передвижения и т.д.

Под воздействием акустических полей, особенно инфразвукового диапазона частот (когда гидроакустические сигналы от судна распространяются на расстояния в десятки - сотни км), происходят генетические изменения у мальков рыб и кормовой биологической базы, а также их гибель.

В этой связи достоверные знания об уровне и пространственном распределении йт; 1 иичсоли! и пиля ьудпа, а (алжс ввшилпепне wpi апида-цпилных, технических и специальных мероприятий по снижению его отрицательного воздействия на МБО, спо/гсбствуют существенному повышению эффективности их промысла в целом.

Решению выше указанных задач посвящена эта работа.

Цель исследований: Разработка практических путей управляемого преобразования структуры гидроакустических полей шумоизлучения научно-исследовательских и промысловых судов, методов и систем их измерения и постоянного контроля в целях повышения достоверности определения запасов МБО и эффективности их промысла в целом.

Научно-технические задачи:

1. Анализ характерных слуховых и ориентационных способностей МБО, а также гидроакустических систем измерения и контроля подводных НЧ-шумов судна (в том числе с буксируемыми орудиями лова).

2. Обоснование возможности и практических путей использования принципов нелинейной акустики для совершенствования гидроакустических систем измерений и контроля подводных НЧ-шумов судна, а также снижения их отрицательного воздействия на МБО.

3. Разработка гидроакустических параметрических систем измерения и контроля подводных НЧ-шумов научно-исследовательских и промысловых судов, а также системы искажения подводных НЧ-шумов судна.

4. Экспериментальная проверка надежности и эффективности разработанных гидроакустических систем измерения, контроля и искажения подводных НЧ-шумов судна в натурных, полунатурных и лабораторных условиях. Обоснование предложений по «акустической паспортизации судов», а также по снижению отрицательного влияния НЧ гидроакустических полей на ихтиофауну.

Методы исследования. Для достижения цели работы использовался системный принцип биоакустических исследований, который разработан ведущими специалистами в этой области науки и иииильзуетсх при проведении rS-ZP по рассматриваемой тематике. следующие основные этапы: определены цели теоретико-экспериментальных исследований и эффективность разработанных алгоритмов измерений, структурная схема экспериментальных исследований и место параметрических подсистем в этой схеме, разработаны алгоритмы работы системы, определены временные и материальные ресурсы функционирования системы, принят метод ее оптимизации и произведен выбор наиболее эффективных вариантов.

Поставленные задачи решались с помощью натурных измерений параметров гидроакустических полей промысловых судов и гидрофизических характеристик морской среды на морском полигоне ТОЙ ДВО РАН (б. Витязь) в период с 1992 по 1997 гг., а также во время промысловых рейсов на судах компаний рыболовецкого колхоза "Восток-Г (1994-1996 гг.), ООО "Дальморе-В" (19972001 гг.) и ООО " Интеррыбфлот" (2002 г.). Кроме того, анализу подвергались результаты многолетних измерений гидроакустических полей зарубежных и отечественных промысловых судов. Автор выражает особую признательность командованию и сотрудникам в/ч 90720 (г. Владивосток) за предоставленные необходимые исходные данные.

Достоверность результатов подтверждена повторяемостью данных многократных экспериментов, качественным согласованием результатов натурных, полунатурных измерений и численного моделирования, а также непротиворечивостью известным научным положениям и фактам. Применяемые измерительно-регистрационные средства прошли специальные калибровки.

Научная новизна. В диссертации получены следующие научные результаты и технические решения:

- гидроакустический метод и реализующая его система управляемого параметрического преобразования НЧ гидроакустического поля шумоизлучения научно-исследовательского или промыслового судна;

- параметрические методы и реализующие их гидроакустические системы измерения и аиишиниш и контроля ларактсристк }J4 i идриакуитчсилш и пшш шумоизлучения научно-исследовательского и промыслового судна; рических приемных антенн в процессе направленного приема широкополосных гидроакустических сигналов в целях измерения и контроля НЧ-полей судов;

- рекомендации по «акустической паспортизации» научно-исследовательских и промысловых судов.

Практическое значение работы подтверждается внедрением и использованием разработанных гидроакустических систем и средств на промысловых судах Дальневосточного региона, а также в научных и учебных организациях Владивостока (войсковая часть 90720, ТОВМИ им. С.О. Макарова, Дальрыб-втуз и т.д.) и Петропавловска-Камчатского (Технический университет, войсковая часть 63878 и др.) и состоит в следующем:

- разработаны методы и системы измерений и контроля НЧ гидроакустического поля судна, в том числе с буксируемыми орудиями лова;

- разработан метод и система для искажения НЧ гидроакустического поля судна;

- разработаны рекомендации по снижению отрицательного влияния НЧ акустических полей на МБО и ихтиофауну в целом.

Личный вклад автора. Автору принадлежит разработка программ, методик и организация экспериментальных исследований, получение основных результатов, их обработка и интерпретация. Для разработки основных положений в диссертации обобщены результаты исследований, выполненных в 70 - 90-х годах сотрудниками войсковых частей 90720 и 63878.

В работах, выполненных в соавторстве, автор принимал равноценное участие в постановке задач, в анализе и интерпретации результатов измерений и моделирования.

В период службы на Тихоокеанском флоте (1987-1996 гг.) автор принимал непосредственное участие в измерении гидроакустических и других физических полей кораблей ВМФ.

Отдельные положения работы, связанные с разработкой новых методов и систем гидроакустических измерений, основанных на принципах нелинейной акусТики, ььш'ил'нлЛаСь й СО'ТруДННЧсСТЪс С aCuZipdRT&Mli К*аф"сДр£)Г «Л.КуСТЙЧ6ские приборы, системы и технические средства судовождения» Дальрыбвтуза Р.Н. Алифановым и В.В. Кудакаевым под научным руководством профессора этой кафедры д-ра техн. наук С.А. Бахарева. Автор на протяжении трех лет являлся заместителем руководителя двух внутренних НИР Дальрыбвтуза.

Реализация работы. Указанные в работе научные исследования выполнены автором в двух рейсах на рыбопромысловых судах ООО «Дальморе-В» в Охотском и Японском морях и использованы в ряде научно-исследовательских работ Госкомрыболовства и ВМФ.

Результаты исследований применены также в учебных процессах ТОВМИ им. С.О. Макарова и Дальрыбвтуза при подготовке специалистов - гидроакустиков и системотехников, а также при подготовке методического пособия. Акты испытаний и внедрений прилагаются к диссертации.

Апробация работы и публикации. Основная часть материалов диссертации докладывалась и обсуждалась на международных, всероссийских и региональных научно-технических конференциях, а также на научно-технических семинарах в Дальрыбвтузе, ТОВМИ им. С.О. Макарова и войсковой части 90720.

По теме диссертации опубликовано 7 работ. В них автор самостоятельно проводил теоретические расчеты, а экспериментальные исследования были осуществлены при непосредственном участии автора на всех этапах работы.

По материалам исследований разработаны и представлены заявки на изобретения. Получен патент РФ на одно из них.

Материалы исследований. Материалом для настоящей работы служат результаты исследований автора на протяжении более 5 лет его работы в гидроакустических лабораториях в/ч 90720 и Дальрыбвтуза, а также результаты научного руководителя профессора С.А. Бахарева на протяжении более пятнадцати лет его исследований в области нелинейной гидроакустики и их реализации в рыонои отрасли.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех гла-2', з-а>ял}с-т1-ен>йя-, сдй&кз.- дйт^р&тур ы. из §3 и тр,£.у, прййожёвдт.й.

Выводы по главе 4:

1. Разработанные на принципах нелинейной гидроакустики методы и системы для измерений подводных шумов научно-исследовательских и промысловых судов обладают рядом преимуществ перед известными. К некоторым из них можно отнести:

- простота реализации и оперативность получения информации о гидроакустическом поле судна, с учетом его пространственного распределения в реальном масштабе времени;

- высокая точность гидроакустических измерений;

- возможность независимого измерения судна и буксируемых орудий лова на одном галсе и в однотипных условиях среды;

- высокая информативность полученной информации и др.

2. Разработанный гидроакустический метод и система самоконтроля подводных шумов научно-исследовательского и промыслового судна позволяют оперативно получать требуемую информацию (в том числе и в условиях промысла), а также быстро проконтролировать качество судоремонтных работ.

3. Разработанные на принципах нелинейной гидроакустики метод и система искажения низкочастотных подводных шумов научно-исследовательских и промысловых судов позволяют относительно просто и эффективно снизить степень их отрицательного воздействия на поведенческие характеристики особенно высокоподвижных морских гидробионтов - объекта промысла или оценки запасов.

4. Разработанные рекомендации по снижению влияния интенсивных гидроакустических полей на ихтиофауну, по калибровке современной (обладающей относительно высоким энергетическим потенциалом) рыбопоисковой аппаратуры, а также по «акустической паспортизации» научно-исследовательских и промысловых судов позволяют существенно повысить эффективность промысла и оценки запасов морских гидробионтов.

Заключение:

1. Подводные НЧ-шумы научно-исследовательского и промыслового судна являются факторами, существенно влияющими на эффективность поиска, оценки запасов и промысла морских гидробионтов, а поэтому требуют обязательного учета при выработке стратегии и тактики использования судов и ведения промысла в целом. Поэтому каждое научно-исследовательское и промысловое судно, а в перспективе и буксируемое орудие лова необходимо снабдить «акустическим паспортом», отражающим все особенности его гидроакустического поля. Измерения подводных шумов судна и буксируемых орудий лова необходимо вести по единой научно обоснованной методике, исходя из опыта ВМФ РФ.

При этом, целесообразно знать не только интегральный уровень гидроакустического поля, но и его направленность (в вертикальной и горизонтальной плоскостях) относительно судна, чтобы корректно оценить его значения именно в тех точках водной среды, в которых оно оказывает наиболее сильное влияние на поведенческие характеристики морских гидробионтов.

2. Гидроакустическое поле сетных орудий лова зависит от размеров, формы, расположения и скорости движения отдельных элементов орудий лова относительно потока и поверхностей раздела сред. И, в общем случае, оно образуется совокупностью шумов различной физической природы: гидродинамических, как результат срыва вихрей с поверхности обтекаемого тела; шумов, возникающих при движении элементов орудий лова по грунту и по границе сред (в частности воздушной); при трении элементов орудий лова друг от друга при их колебательном движении и вибрациях. При этом контакты орудия лова с морским дном являются причиной возникновения наиболее сильных шумов.

3. Для повышения достоверности и дальнейшей систематизации и обобщения данных по шумам научно-исследовательских и промысловых судов при измерении их подводных шумов необходимо строго учитывать гидролого-акустические, помехо-сигнальные и метеоусловия, а также особенности пространственного распределения основных источников шума и т.д.

Существующие методы и средства измерений гидроакустического поля научно-исследовательского или промыслового судна не могут (по техническим и экономическим причинам) обеспечить требуемую точность и достоверность измерений.

4. Разработанные на принципах нелинейной гидроакустики методы и системы для измерений подводных шумов научно-исследовательских и промысловых судов обладают рядом преимуществ перед известными. К некоторым из них можно отнести:

- простота реализации и оперативность получения информации о гидроакустическом поле судна, с учетом его пространственного распределения в реальном масштабе времени;

- высокая точность гидроакустических измерений;

- возможность независимого измерения судна и буксируемых орудий лова на одном галсе и в однотипных условиях среды;

- высокая информативность полученной информации и др.

5. В процессе выработки стратегии и тактики промысла (в частности при оценке дальности обнаружения судна рыбным скоплением в зонах поиска и облова) необходимо учитывать слуховые способности рыб

В комплекс исследования слуховых способностей рыб, помимо оценки пороговых уровней слуховой чувствительности в зависимости от окружающего шумового фона, необходимо включать выработку параметрических критериев оценки адаптивных свойств слуха рыб.

6. Разработанный гидроакустический метод и система самоконтроля подводных шумов научно-исследовательского и промыслового судна позволяют оперативно получать требуемую информацию (в том числе и в условиях промысла), а также быстро проконтролировать качество судоремонтных работ.

7. Разработанные на принципах нелинейной гидроакустики метод и система искажения низкочастотных подводных шумов научно-исследовательских и промысловых судов позволяют относительно просто и эффективно снизить степень их отрицательного воздействия на поведенческие характеристики особенно высокоподвижных морских гидробионтов - объекта промысла или оценки запасов.

Задачу «обесшумливания» судна наиболее целесообразно и экономически выгоднее решать последовательно на всех этапах (постройки, испытаний, эксплуатации и т.д.) с учетом уже имеющихся сведений об основных источниках шума.

Применение только звукопоглощающих материалов не всегда дает требуемый результат. Учитывая это, необходимо разрабатывать и конструировать малошумные двигатели, винты и другие механизмы.

8. Разработанные рекомендации по снижению влияния интенсивных гидроакустических полей на ихтиофауну, по калибровке современной (обладающей относительно высоким энергетическим потенциалом) рыбопоисковой аппаратуры, а также по «акустической паспортизации» научно-исследовательских и промысловых судов позволяют существенно повысить эффективность промысла и оценки запасов морских гидробионтов.

9. Проведенными исследованиями установлено, что необходимым условием эффективного функционирования ППА, используемых в гидроакустических системах измерения, контроля и искажения НЧ гидроакустического поля судна, является наличие звукорассеивающих (приповерхностный пузырьковый, приповерхностный, глубинный или придонный биологические звукорассеивающие слои) в области взаимодействия акустических волн ВЧ-накачки и НЧ-сигнала. При этом характеристика направленности ППА определяется волновыми размерами приемного элемента, частотой сигнала накачки и практически не зависит от частоты полезного НЧ-сигнала. При этом выигрыш в соотношении сигнал/помеха (по отношению к аналогичному параметру на выходе линейной антенны, обладающей такими же волновыми размерами) находится в пределах 20+24 дБ в диапазоне частот ниже 100 Гц; 12+16 дБ в диапазоне частот 100+400 Гц и 4+6 дБ в диапазоне частот 400+1500 Гц при одноканальной обработке модуляционного процесса.

10.Параметрическое излучение на разностной частоте обладает рядом преимуществ, которые делают ПИА весьма привлекательным объектом при разработке гидроакустической аппаратуры различного назначения, основными из которых являются: возможность формирования узкой ХН; малый уровень бокового поля в ХН антенны; широкополосность (2-3 октавы).

Основное направление совершенствования ПИА связано с преодолением их главного недостатка - низкой эффективности преобразования энергии ВЧ-волн накачки в энергию НЧ-волны разностной частоты.

Разработан способ повышения эффективности применения ПИА, основанный на излучении ВЧ-волн накачки на частотах, близких к резонансной частоте биологических ЗРС, доминирующих в данном географическом районе, что позволяет формировать в удаленных от излучателя точках водной среды направленного излучения ВРЧ.

11. Основными достоинствами ППА являются широкополосность и незначительные габариты при приеме НЧ гидроакустических сигналов, а основные направления их совершенствования связаны с повышением акустической чувствительности, помехоустойчивостью и точностью измерений параметров НЧ гидроакустических сигналов.

Разработаны способы повышения эффективности применения ППА, основанные на использовании многоканальной пространственной и многочастотной обработки модуляционного процесса, а также на совместном использовании трактов параметрической и линейной обработки широкополосных гидроакустических сигналов.

Разработаны способы градуировки ППА и ПИА, позволяющие контролировать основные технические параметры непосредственно в процессе их функционирования.

157

1. Акустика океана / Под ред. JI.M. Бреховских М.: Наука, 1974.

2. Акустика океана / Под ред. Дж. Де. Санто М.: Мир, 1982.

3. Айрапетьянц М.Н., Векилов Э.Х., Протасов В.Р. и др. "Новые источники сейсморазведки безопасные для ихтиофауны". М.: Наука, 1980.

4. Акуличев В.А., Буланов В.А., Кленин С.А. "Исследование нестационарного рассеяния звука на микронеоднородностях морской воды". // Отчет о НИР "Мальта" Вл-к.: ТОЙ ДВНЦ АН, 1984.

5. Акуличев В.А., Буланов В.А., Кленин С.А. "Акустическое зондирование газовых пузырьков в морской среде". // Акуст.журнал, 1986, т.32, № 3, с.289-295.

6. Акуличев В.А., Буланов В.А., Кленин С.А. и др. "Исследование обратного рассеяния звука и распределение пузырьков по размерам". // 10 Всесоюзная акустическая конференция М.: АКИН, 1983, ДУ-8, с.89-92.

7. Акуличев В.А., Буланов В.А., Шеховцев Д.Н. "Влияние поверхностного волнения на параметрическую генерацию звука в резонаторе". // В сб. "Методы и средства гидрофизических исследований океана" Вл-к.: ДВГУ, 1989, 6 с.

8. Акуличев В.А., Буланов В.А., Воронина Л.Г. и др. "Распределение пузырьков и акустическая нелинейность приповерхностного слоя моря". // В сб. "Акустика неоднородных сред" Новосибирск.: Институт Гидродинамики СО РАН, 1992, вып. 15, с. 15-20.

9. Бахарев С.А., Буланов В.А. "Способ формирования направленного излучения гидроакустических сигналов". // Патент РФ № 2096807, 1994.

10. Бахарев С.А. "Способ снижения уровня собственных помех в параметрической приёмной антенне". // Измерительная техника. М.: Госстандарт, 1995, № 10, с.49-51.

11. Бахарев С.А., Чудаков А.Н. и др. "Методы градуировки параметрических излучающих и приёмных антенн". // Измерительная техника. М.: Госстандарт, 1995, № 10, с.65-67.

12. Бахарев С.А., Моргунов Ю.Н. и др. "Дальнее обнаружение морских биологических объектов". // 3 Международная научно-техническая конференция. "Конверсионные технологии в гидроакустике". С-Петербург, 1996, с.17-18.

13. Бахарев С.А. "Повышение помехоустойчивости параметрического приёмника". // Измерительная техника. М.: Госстандарт , 1997, № 6, с.50-52.

14. Бахарев С.А., Пономарёв В.В. и др. "Способ формирования направленного излучения параметрических сигналов в дальней зоне излучателя". Сборник статей ТОВМИ-МО - Вл-к, 1998, вып. 18, с.56-64.

15. Бахарев С.А. "Акустическая система для обнаружения шумов придонных биологических объектов". // 4 Международная научно-техническая конференция. "Современные методы и средства океанологических исследований" -М.: ИО РАН , 1998, с. 18-20.

16. Бахарев С.А., Поленюк В.В., Пуленец M.JI. "Об одном способе повышения эффективности промысла морских биологических объектов". // Сборник статей Дальрыбвтуза. Вл-к.: Госкомрыболовство, 1999, вып. 12, с.32-44.

17. Бахарев С.А., Чудаков А.Н., Халиулов Ф.А. "Методология излучения шумности рыбопромысловых судов с буксируемыми орудиями лова". // Сборник статей Дальрыбвтуза. Вл-к.: Госкомрыболовство, 1999, вып. 13, с.45-54.

18. Бахарев С.А., Чудаков А.Н., Халиулов Ф.А. "К вопросу влияния акустических полей рыбопромысловых судов на ихтиофауну". // Сборник статей Дальрыбвтуза. Вл-к.: Госкомрыболовство, 1999, вып. 13, с.55-67.

19. Бахарев С.А., Карасёв А.В., Халиулов Ф.А. "К вопросу влияния акустических полей судна на эффективность промысла морских биологических объектов". // Сборник статей ТОВМИ. Вл-к, 2000, вып.27, с.34-39.

20. Бахарев С.А., Халиулов Ф.А. и др. "Устройство для обнаружения и пеленгования гидроакустических излучений морских биологических объектов". // Патент РФ № 2154286, 1999.

21. Бахарев С.А., Карасёв А.В. "Замер шумности рыбопромысловых судов". // Методические рекомендации. В.: Дальрыбвтуз, 2000, 34 с.

22. Бахарев С.А., Халиулов Ф.А. "Методы измерения гидроакустического поля судна, основанные на принципах нелинейной акустики". Сборник статей Дальрыбвтуза. - В.: Госкомрыболовство, 2001, вып. 14, с. 165-169.

23. Бахарев С.А., Халиулов Ф.А. "Метод искажения НЧ гидроакустического поля судна и уменьшения турбулентности". Сборник статей Дальрыбвтуза. - В.: Госкомрыболовство, 2001, вып. 14, с. 169-172.

24. Бахарев С.А., Кузнецов Ю.А., Чудаков А.Н. и др. "Разработка организационной структуры рыбохозяйственного морского полигона, его научно-методической базы и средств биотехники". Отчёт о НИР "Дальмар" - Вл-к.: Дальрыбвтуз, 1992.

25. Бахарев С.А., Бондарь Л.Ф., Нориков Е.Г. и др. "Исследования влияния гидрофизических параметров морской среды на акустическое поле в морской шельфовой зоне". Отчет о НИР "Акватория". - В.: Дальрыбвтуз, 1999, 378 с.

26. Бахарев С.А., Халиулов Ф.А. "К вопросу отрицательного влияния акустического поля судна на эффективность промысла рыб". // Сборник статей Дальрыбвтуза. Вл-к.: Госкомрыболовство, 2002, вып. 16, в печати, 8 с.

27. Бахарев С.А., Шор Ю.Л., Халиулов Ф.А. "Самоконтроль акустического поля рыбопромыслового судна ". // Сборник статей Дальрыбвтуза. Вл-к.: Госкомрыболовство, 2002, вып. 16, в печати, 8 с.

28. Бахарев С.А., Карасев В.В. "Использование методов нелинейной гидроакустики в рыбопоисковой технике". учебное пособие, В.: Дальрыбвтуз, 2001, 104 с.

29. Бахарев С.А. "Принципы построения системы наблюдения Тихоокеанского региона". Диссертация на соискание ученой степени д.т.н. - В.: ТОВМИ, 1998,252 с.

30. Болгов В.М., Плахов Д.Д., Яковлев В.Е. "Акустические шумы и помехи на судах". М.: Судостроение, 1984.

31. Боббер Р. "Гидроакустические измерения". М.: Мир, 1974.

32. Бреховских J1.M. "Волны в слоистых средах". М.: Наука, 1973.

33. Буланов В.А. "Акустика микронеоднородных жидкостей и методы акустической спектроскопии". Диссертация на соискание ученой степени д.ф-м.н.- Вл-к.: ИПМТ ДВО РАН, 1996, 421 с.

34. Вайтулевич С.Ф. "О роли плавательного пузыря в слуховой функции рыб". // Сенсорные системы. Морфофизиологические и поведенческие аспекты. -М.: Наука, 1977, с.146-161.

35. Волова Л.Л. "Использование достижений современной акустики в промышленном рыболовстве". // Промышленное рыболовство. М.: ЦНИИТЭИРХ, 1975, вып.4, 44 с.

36. Волова Л.Л., Шабалин В.Н. "Некоторые проблемы разработки гидроакустических методов и средств для управления поведением промысловых объектов". М.: ВНИРО, 1982, с.27,28.

37. Волленер Н.А. "Аппаратный спектральный анализ сигналов". М.: Радио и связь, 1977.

38. Ивлиев С.В. "Применение параметрических антенн в гидроакустике". // Судостроение за рубежом. 1984, № 6.

39. Издан Г.Д., Гомзиков Э.А. "Шумы на судах и методы его уменьшения".- М.: Транспорт, 1987.

40. Клей К.С., Медвин Г. "Акустическая океанография". М.: Мир, 1980.

41. Клюкин И.Н., Колесников А.Е. "Акустические измерения в судостроении". М.: Судостроение, 1982.

42. Колесников А.Е. "Шумы и вибрация". Л.: Судостроение, 1988.

43. Кудрявцев В.И. "Промысловая гидроакустика и рыболокация". М.: Пищевая промышленность, 1978.

44. Кузнецов Ю.А. "Некоторые рекомендации для постановки исследований в области промысловой биоакустики". // Промышленное рыболовство -Вл-к.: ТИНРО, 1975, вып.5, с.3-18.

45. Кузнецов Ю.А. "Системный принцип постановки биотехнических задач. Оптимизация техники и тактики промысла". // Исследования по оптимизации рыболовства и совершенствования орудий лова. -М.: ВНИРО, 1985, с.8-21.

46. Манива Ю. "Будущее в использовании звука в морском промысле". // Суйсан сэкэй, 1972, т.21, № 1, с.72-74 (Япония).

47. Мантейфель Б.П. "Изучение поведения стайных рыб в целях совершенствования техники их лова". // Труды совещания по вопросам поведения и разведки рыб. М.: 1975.

48. Мантейфель Б.П. "Изучение поведения и ориентации рыб в СССР". // Биологические основы управления поведением рыб. М.: Наука, 1970, с.5-17.

49. Мантейфель Б.П., Павлов Д.С., Ильичев В.Д. и др. "Биологические основы управления поведением животных". // Экологические основы управления поведением животных. М.: Наука, 1980, с.5-24.

50. Мельников В.Н. "Биофизические основы промышленного рыболовства". М.: Пищевая промышленность, 1975.

51. Мельников В.Н. "Основы управления объектом лова". М.: Пищевая промышленность, 1975.

52. Мельников В.Н. "Биотехнические основы промышленного рыболовства". М.: Пищевая промышленность, 1983.

53. Непрошин А.Ю. "Звукоиндикация и шумопеленгование рыб". М.: Пищевая промышленность, 1979.

54. Новиков Б.К., Руденко О.В., Тимошенко В.И. "Нелинейная гидроакустика". -Л.: Судостроение, 1978.

55. Новиков Б.К., Тимошенко В.И. "Параметрические антенны в гидролокации". -Л.: Судостроение, 1990.

56. Поленюк В.В. "Биофизическое обоснование акустических средств управления поведением рыб". // Диссертация на соискание ученой степени к.т.н. Вл-к.: Дальрыбвтуз, 2001, 168 с.

57. Протасов В.Р. "Биоакустика рыб". -М.: Наука, 1965.

58. Протасов В.Р. "Электрические и акустические поля рыб". М.: Наука, 1973.

59. Протасов В.Р. "Поведение рыб". -М.: Пищевая промышленность, 1978.

60. Протасов В.Р., Мельников В.Н., Дубровский А.Д. "Наука и промышленное рыболовство". -М.: Знание, 1973.

61. Сорокин М.А. "Слуховые способности некоторых дальневосточных рыб". // Диссертация на соискание ученой степени к.б.н., М.: ИЭМЭЖ, 1984, 178 с.

62. Сорокин М.А., Менкин С.И., Лебедева А.Н. "Влияние низкочастотных акустических сигналов на поведение некоторых пелагических рыб". // Рыбное хозяйство.-М.: 1987, № 10, с.15-21.

63. Сурнин В.В. и др. "Противолодочные средства иностранных флотов". -М.: Воениздат, 1991.

64. Строганов М.С. "Экологическая физиология рыб". -М.: МГУ, 1962.

65. Сутин A.M. "Способ формирования направленного излучения в удаленной зоне излучателя".

66. Таволга У.Н. "Звуковые характеристики и звукопроизводящие механизмы морских рыб". // Морская биоакустика. Л.: Судостроение, 1969.

67. Трусканов М.Д., Ионкин Н.Н., Кондратьев В.И. "Применение звуковых полей в рыболовстве на внутренних водоемах. // Рыбное хозяйство. М., 1977, №11, с.65-67.

68. Урих Р.Дж. "Основы гидроакустики". Л.: Судостроение, 1978.

69. Шишкова Е.В. "Физические основы промысловой гидроакустики". -М.: Пищевая промышленность, 1977.

70. Яржомбец А.А. "Справочник по физиологии рыб". М.: Агропромиз-дат, 1986.

71. Отчет "Naval Under sea Warfare Center", США, № 0002495 WR 70141, 1994.

72. Freytag G., Karder W. "Investigations on noises caused bu fishery vessels and their sources". Oceanol. Internat., 1969, № 69.

73. Hawkins A.D., MacLennan D.N. "Measurement of gear and ship noise". ICES, Gear and Behaviour Comm. C.M., 1971/B:12.163

74. Karger W. "Beitrag zum Problem des Scheuchens von Fishen durch Schiffsschwingungen als Gerauschguelle". Archiv fue Fischereiwissenschafit, 1977, 22, № 2.

75. MacLennan D.N. and Hawkins A.D. "Sound in fishing" Fish. Industry Rev., 1973, 3,№1.

76. Mohr H. "Behaviour patterns of different herring stocks in relation to ship and midwater trawl". Mod. Fishing of world: 3. FAO, 1971.

77. Nishinokbi H. "On the underwater noise from fishing boats and netting gear in course fishing operation". Bull. Of the Faculty of Fish. Nagasaki University, 1970, №29.

78. Noise from boats and dear. "Fish News Intern." 1973, № 3118.

79. Now: a law on noise. Sweden to legislate on minimum ship board levels. "Shipbuild. and Shipp. Rec.", 1971, 117, № 18.

80. Olsen K. Acomparison of acoustic threshold in cod with recordings of ship-noise. FAO. "Fish. Repts", 1969, 2, № 62.

81. Olsen K. Influence of vessel noise on behaviour of herring. "Mod. fishing gear of world: 3", FAO, 1971.

82. Report on meeting for consultations on underwater noise. FAO. "Fish. Repts", 1970, №76.

83. Charman C.J. and Hawkins A.D. The importance of sound in fish behaviour in relation to capture by trawls. FAO. "Fish. Repts", 1969, 3, № 62.