Теория и принципы построения
датчиков, приборов и систем
Представляет Специальное конструкторское бюро средств автоматшации морских исследований ДВО РАН
УДК 550.34.037.2.528.855
ИСПЫТАТЕЛЬНЫЙ РАДИОГИДРОАКУСТИЧЕСКИЙ ПОЛИГОН В ПЕРЕХОДНОЙ ЗОНЕ ОХОТСКОГО И ЯПОНСКОГО МОРЕЙ
RADIOHYDROACOUSTICAL TEST RANGE EQUIPPED IN THE TRANSITION ZONE OF THE SEA OF OKHOTSK AND THE SEA OF JAPAN
Малашенко Анатолий Емельянович
канд. техн. наук, директор
E-mail: aemalashenko@skbsami.ru
Мироненко Михаил Владимирович
д-р техн. наук, гл. научн. сотрудник, профессор
E-mail: professor@mail.primorye.ru
Карачун Леонард Эвальдович
нач. лаборатории
E-mail: lekarachyun@yandex.ru
Специальное конструкторское бюро средств
автоматизации морских исследований ДВО РАН,
г. Южно-Сахалинск
Аннотация: Рассмотрена история создания и эксплуатации гидроакустического измерительного полигона, сформированного в переходной зоне Охотского и Японского морей. Представлены результаты реализации его измерительных технологий в решении задач комплексного мониторинга гидрофизических и геофизических полей различной физической природы, формируемых источниками, процессами и явлениями атмосферы, океана и земной коры в диапазоне частот десятки-единицы килогерц, сотни-десятки-единицы-доли единицы герц. Обоснована необходимость его восстановления и оборудования на современном научно-техническом уровне и использовании как обобщающего и управляющего звена создаваемой Дальневосточной радиогидроакустической системы освещения и мониторинга морской экономической зоны Дальневосточного региона. Ключевые слова: гидроакустический полигон, гидрофизический мониторинг, система освещения морской обстановки.
Malashenko Anatoly Ye.
Ph. D. (Tech.), Director E-mail: aemalashenko@skbsami.ru Mironenko Mihail V.
D. Sc. (Tech.), Chief Scientific Officer, Professor E-mail: professor@mail.primorye.ru Karachun Leoyard E. Head of Laboratory E-mail: lekarachyun@yandex.ru Special Research Bureau for Automation of Marine Researches FEB RAS, Yuzhno-Sakhalinsk sity
Abstract: We consider the history of creation and use of sonar measuring polygon formed in the transition zone of the Sea of Okhotsk and the Sea of Japan. There are presented results of implementation of its measurement technology, in meeting the challenges of complex monitoring of hydrophysical and geophysical fields of various physical nature, formed by the sources, processes and phenomena of atmosphere, ocean and earth's crust in the frequency range of tens to units of kilohertz to hundreds to tens to units to fractions of Hertz. The necessity is grounded of its restoration and equipping to modern scientific and technical level and its usage as resumptive and control unit of Far Eastern radiohy-droacoustical system of lighting and monitoring the maritime economic zone of Far East Region.
Keywords: hydroacoustical polygon, hydrophysical monitoring, marine environment lighting system.
СОЗДАНИЕ И ЭКСПЛУАТАЦИЯ ПОЛИГОНА ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ ГИДРОФИЗИЧЕСКИХ И ГЕОФИЗИЧЕСКИХ ПОЛЕЙ МОРСКОЙ СРЕДЫ И МОРСКИХ ОБЪЕКТОВ
Гидроакустический полигон после его восстановления и дооборудования на современном научно-
техническом уровне должен стать основным объектом создаваемой Дальневосточной радиогидроакустической системы освещения и мониторинга полей атмосферы, океана и земной коры. С созданием полигона связана основная часть экспериментальных исследований и научно-технических разработок в
области фундаментальной и прикладной гидрофизики и гидроакустики Специального конструкторского бюро средств автоматизации морских исследований ДВО РАН на базе средств морского приборостроения, разработанных и изготовленных собственными силами. Следует отметить, что авторы статьи
принимали непосредственное участие практически во всех рассматриваемых далее исследованиях и испытаниях, а также в разработках методик, подготовке и проведении планируемых работ [1—3].
Историческая справка о создании радиогидроакустического полигона [4, 6, 7]
На первом этапе исследований летом 1975 г. была введена в эксплуатацию наземная часть гидрофизического стационара на юго-восточном побережье Охотского моря в районе мыса Левенорна. Береговой комплекс был оборудован приемо-излучающей аппаратурой. Для этого были проложены стационарные кабельные трассы приема и излучения акустических сигналов для приема сигналов, распространяющихся в морской среде на коротких дистанциях, составляющих 5... 12 км. На этом этапе исследований разрабатывались теоретические модели распространения акустического сигнала, количественные характеристики его взаимодействия с неодно-родностями среды и ее границами в
зависимости от сезонных и синоптических условий, т. е. совершенствовались методы акустической томографии океана. Были получены экспериментальные результаты пространственно-временной структуры акустического поля в районах размещения стационарной трассы. Исследования позволили получить основные характеристики среды, позволившие обосновать принципы построения и эксплуатации стационарной измерительной трассы в переходной зоне Охотского и Японского морей, протяженностью около 350 км (рис. 1).
Изменчивость изотерм
В экспериментах, проводимых в районе гидроакустического стационара (о. Сахалин), вертикальные профили температуры и скорости звука были получены при помощи зонда (ИСЗД). Характер изменчивости изотерм во времени показал, что на выбранном отрезке измерений отсутствует сильное перемешивание изучаемого слоя и сохраняется гидростатическая устойчивость. Крупномасштабные колебания изо-
терм имеют период, равный действующему в данном районе неправильному суточному приливу.
При анализе данных зондирования удалось добиться разрешения по глубине не меньше 0,3 м. Наиболее вероятными на температурных профилях были ступеньки 2.4 м. С помощью корреляционного анализа оценивалось среднее время жизни т отдельной ступеньки профиля. Предел изменения т составляет 10. 50 мин, что соответствует пространственной протяженности слоев 160.900 м.
Исследование внутренних волн
Изучение внутренних волн важно как при исследовании динамики вод, так и для практических приложений в акустике океана. Внутренние волны являются одной из причин флюктуации амплитуды и фазы звуковых волн. Наиболее важным, с точки зрения акустики, является исследование короткопериодных внутренних волн с периодами от нескольких минут до нескольких часов, так как данные периоды соизмеримы с временем действия гидроакустических приборов. Для получения экспериментальных данных использовались распределенные датчики (РД) температуры на стационарных заякоренных системах. В результате были построены спектры вертикальных смещений термического клина, рассчитаны скорости и направления распространения внутренних гидродинамических волн.
Внутренние волны в Охотском море распространяются по направлению к берегу. Наблюдается их дисперсия, когда более длинные волны движутся быстрее коротких. В районе измерений маловероятно ожидать отраженных от берега волн, так как условия отражений не выполняются.
Максимум частоты Вяйсяля в Охотском море составляет 0,03 рад/с. Длины волн меняются от 138 до 1240 м. Скорости короткопериод-ных волн с учетом эффекта Доплера составляют 0,2.0,4 м/с, амплитуда внутренних волн с периодом 10 мин равна 5 м.
Рис. 1. Район оборудования стационарной просветной радиогидроакустической системой мониторинга и контроля морской среды
Исследование по обоснованию дистанционного измерения характеристик гидрофизических полей среды и морских объектов
На втором этапе экспериментальных исследований (1986— 2000 гг.) был введен в эксплуатацию гидроакустический стационар на о. Итуруп, оснащенный излучающей аппаратурой. Исследования перешли на качественно новую ступень, так как длинная, географически протяженная стационарная трасса (340 км) позволила соотнести закономерности в изменчивости принимаемых акустических сигналов с гидрометеорологической переменчивостью в прилегающих к стационарной трассе районах [4—7].
На этом этапе исследований выполнялись эксперименты с привлечением судов обеспечения: гидрологические разрезы вдоль трассы; взрывные трассы, ледовые измерения; прямые измерения спектров волнения, скорости течения и температуры на различных горизонтах.
Экспериментальные исследования второго этапа проводились совместно с американской фирмой 8Л1С (1994—1995 гг.). По результатам исследований фирме 8Л1С представлялись научно-технические отчеты. В 1998 г. С КБ САМИ ДВО РАН выполнило исследовательскую работу для фирмы 8Л1С по обработке и интерпретации "исторических" экспериментальных данных, полученных на стационарной гидроакустической трассе, оборудованной в переходной зоне Охотского и Японского морей.
Последующая обработка полученных данных позволила сделать заключение о применимости методов дистанционного акустического зондирования океана для исследования динамических процессов водной толщи и его поверхности.
Получен большой задел в виде необработанных или частично обработанных данных за длительный период экспериментальной деятель -ности на стационарной трассе, а также данных, относящихся к целевым экспериментам, направленным
на получение зависимости акустической освещенности района исследований от состояния среды распространения и гидрометеорологической обстановки района.
Предлагаемые исследования ставят целью развитие и совершенствование акустических методов дистанционного зондирования юго-восточной зоны Охотского моря для оптимизации системы освещения подводной и надводной обстановки (распознавание типов судов, а также определения их местонахождения) в зоне досягаемости стационарных гидроакустических приемников.
Исследования
по совершенствованию средств морского приборостроения, разрабатываемых для формирования измерительных трасс и для мониторинга гидрофизических полей среды и объектов
В ходе исследований проработаны вопросы технического обеспечения измерений, выполнены необходимые доработки технических средств измерений и программ их обработки. Внедрена и используется программа теоретического расчета характеристик акустического
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.