Цифровые системы измерения, накопления и передачи акустико-гидрофизических данных

Ковзель, Дмитрий Георгиевич

Цифровые системы измерения, накопления и передачи акустико-гидрофизических данных тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.06 ВАК РФ

Ковзель, Дмитрий Георгиевич АВТОР

кандидата технических наук УЧЕНАЯ СТЕПЕНЬ

Владивосток МЕСТО ЗАЩИТЫ

2011 ГОД ЗАЩИТЫ

01.04.06 КОД ВАК РФ

Диссертация по физике на тему «Цифровые системы измерения, накопления и передачи акустико-гидрофизических данных»

Автореферат диссертации на тему "Цифровые системы измерения, накопления и передачи акустико-гидрофизических данных"

Учреждение Российской академии наук Тихоокеанский океанологический институт им. В.И. Ильичева Дальневосточного отделения РАН (ТОЙ ДВОРА

005001/«и

Ковзель Дмитрий Георгиевич

ЦИФРОВЫЕ СИСТЕМЫ ИЗМЕРЕНИЯ, НАКОПЛЕНИЯ И ПЕРЕДАЧИ АКУСТИКО-ГИДРОФИЗИЧЕСКИХ ДАННЫХ

Специальность 01.04.06 - акустика

1 7 Ш 2011

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Владивосток 2011 г.

005001210

Работа выполнена в-Учреждении Российской академии наук Тихоокеанском океанологическом институте им. В.И. Ильичева Дальневосточного отделения РАН,

г. Владивосток.

Научный руководитель: доктор физико-математических наук

Рутенко Александр Николаевич

Официальные оппоненты: доктор физико-математических наук Петников

Валерий Георгиевич

доктор технических наук Матвиенко Юрий Викторович

Ведущая организация: Учреждение Российской академии наук

Институт автоматики и проблем управления Дальневосточного отделения РАН

Защита состоится 8 декабря 2011 года в/1/ часов на заседании диссертационного совета в конференц-зале Тихоокеанского океанологического института ДВО РАН (Балтийская, 43).

Отзывы на автореферат просим присылать по адресу: 690041, г. Владивосток, ул. Балтийская, 43, ТОЙ ДВО РАН, на имя ученого секретаря диссертационного совета.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ТОЙ ДВО РАН по адресу: ул. Балтийская, 43.

Автореферат разослан 7 ноября 2011 года. Ученый секретарь диссертационного совета

доктор технических наук 11 Коренбаум Владимир Ильич

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Исследования процессов, протекающих в морях и океанах Земли, затрагивают широкий спектр жизненно важных интересов человечества. Естественным и постоянно развивающимся направлением морских исследований являются акустические и сейсмоакустические методы. Инструментом таких исследований служат различные акустико-гидрофизические измерительные системы. Их важной составной частью, определяющей качественное соответствие решаемым научным задачам, являются технические системы измерения, передачи, обработки, записи и хранения сигналов от различных первичных преобразователей.

Очевидно, что любая техническая система является функцией как доступных на момент разработки знаний, технических и программных средств, так и задач, на решение которых она рассчитана. Акустико-гидрофизические исследования выдвигают ряд специфических, рассматриваемых в данной работе требований к измерительным и телеметрическим системам, которые затрудняют непосредственное применение в них готовых устройств и систем, разработанных для смежных областей техники, таких как связь, бытовая и компьютерная техника, техника аудио- и видеозаписи.

Очевидно, при любом уровне развития техники задача разработки оригинальных измерительно-телеметрических систем, оптимизированных для задач акустико-гидрофизических исследований, остается актуальной.

Целью диссертационной работы является разработка и экспериментальная апробация комплекса технических решений, направленных на повышение качества измерения и передачи сигналов в автономных акустико-гидрофизических измерительных системах, повышение эффективности и надежности трактов передачи и хранения акустико-гидрофизических данных средствами и методами цифровой техники.

Для достижения поставленной цели были решены следующие задачи:

1. С учетом особенностей акустико-гидрофизических измерительных систем (АГС) научной направленности проведен анализ современных на время разработки технических средств измерения, накопления и передачи информации.

2. Определены параметры акустических сигналов, принимаемых разрабатываемыми АГС и необходимые характеристики их измерительных и телеметрических трактов.

3. На основе проведенного анализа определены возможные структурные схемы и алгоритмы работы измерительно-телеметрических систем (ИТС) для АГС различного назначения.

4. Разработаны, изготовлены и используются в практике морских исследований цифровые измерительно-телеметрические системы в составе АГС следующего назначения:

- приемных многоканальных измерительных систем, содержащих комбинированный скалярно-векторный приемник и ориентированных на исследования морской реверберации;

- автономной многоканальной синхронной вертикальной акустико-гидрофизической измерительной системы;

- автономных с радиотелеметрическим каналом и кабельных акустических донных станций с расширенным динамическим диапазоном, ориентированных на измерение в реальном времени параметров сейсмоакустических импульсных сигналов и фоновых шумов.

Научная новизна

Работа содержит новые научные результаты, наиболее важными из которых являются следующие:

1. Разработаны, научно и экспериментально обоснованы структурные и алгоритмические решения по реализации функций измерения, передачи и накопления данных, управления приемной акустико-гидрофизической системой.

2. Разработаны, изготовлены и используются в практике морских исследований оригинальные цифровые ИТС, позволившие получить новые научные результаты в соответствующих морских исследованиях:

- в многоканальных акустико-гидрофизических измерительных системах на базе цифровой телеметрии «Отклик-91» удалось достичь качественного скачка по сравнению с аналоговыми прототипами при передаче и записи акустических сигналов, что позволило полнее реализовать потенциальные возможности комбинированных скалярно-векторных приемников в исследованиях низкочастотной морской реверберации;

- в многоканальной вертикальной акустико-гидрофизической измерительной системе «Моллюск-07» удалось при сохранении качества измерения и состава датчиков, характерных для стационарных измерительных систем, выполнить систему автономной, что существенно расширило возможности организации акустико-гидрофизических исследований на шельфе;

- в телеметрической системе «ЦРТС-08» достигнут динамический диапазон измеряемого аналогового сигнала 140 дБ, что обеспечивает возможность мониторинга в реальном времени как слабых фоновых акустических шумов, так и сигналов мощных импульсных источников звука.

Научная новизна заключается в комплексности решения функций измерительно-телеметрических систем в составе АГС и подтверждена тремя патентами и девятью публикациями в журналах «Приборы и техника эксперимента» и «Акустический журнал».

Достоверность результатов основана на обширном экспериментальном материале, собранном с помощью разработанных измерительных и телеметрических систем, и подтверждена их многолетней успешной эксплуатацией. Системы, находящиеся в эксплуатации, проходят ежегодные лабораторные обмеры основных характеристик и полевые кросс-калибровки, позволяющие поддерживать высокий уровень достоверности и точности результатов измерений.

Практическая ценность работы. В данной работе осуществлено решение важной в научном и практическом отношении технической проблемы, связанной с повышением точности и достоверности акустических измерений, проводимых в автономном режиме и с передачей данных по радиоканалу на борт судна или береговой пост. На основе разработанных измерительно-телеметрических систем изготовлены и получили практическое применение акустико-гидрофизические комплексы, с помощью которых проведены оригинальные исследования. Практическая ценность разработанных систем подтверждена Актами внедрения в исследования, проводимые компаниями «Экссон Нефтегаз Лимитед», «Сахалин Энерджи Инвестмент Компани Лтд.» и «РЭА - Сахалин».

Апробация работы и публикации. Результаты, изложенные в диссертации, частично докладывались на XV Всесоюзной школе-семинаре по статистической гидроакустике (Владивосток, 1989), II сессии Российского акустического общества (Москва, 1993), XX сессии Российского акустического общества (Москва, 2008), XII школе-семинаре акад. Л.М. Бреховских «Акустика океана» и XXI сессии РАО (Москва, 2009).

По теме диссертации опубликовано 5 научных работ в «Акустическом журнале» и 3 работы в журнале: «Приборы и техника эксперимента». Кроме того, по теме, диссертации опубликовано 5 статей в сборниках докладов, изданных по итогам указанных выше научных конференций и получено 3 патента.

Работы проводились при финансовой поддержке Российского фонда фундаментальных исследований. Результаты работы вошли в научные отчеты по НИР: «Отклик-АН», «Аквамарин-АН», «Цимбал», «Царапина», «Царевна-ТОИ», «Цита-дель-ГКВ».

Личный вклад автора. Автору принадлежит разработка принципиальных решений и алгоритмов работы описываемых измерительных средств, разработка и отладка схемотехнических и микропрограммных решений, разработка конструкций. Автор принимал участие в подготовке и проведении акустико-гидрофизических исследований. В диссертации обобщены результаты разработок, выполненных с 1988 по 2010 г.г. в лаборатории акустического зондирования океана Тихоокеанского океанологического института ДВО РАН. Данная работа подготовлена при поддержке и участии заведующего этой лабораторией д.ф.-м.н. А.Н. Рутенко и научных сотрудников C.B. Борисова, A.B. Гриценко, В.Г. Ущиповского. В работах, выполненных в соавторстве, автор принимал равноценное участие в постановке задач, анализе и интерпретации результатов измерений.

На защиту выносятся:

1. Теоретически и экспериментально обоснованные технические решения по построению измерительных трактов для акустических и гидрофизических первичных преобразователей и телеметрии сигналов в автономных акустико-гидрофизических измерительных системах.

2. Разработанные измерительно-телеметрические системы для акустико-гидрофизических комплексов различного назначения:

- автономных дрейфующих и стационарных измерительных систем, содержащих комбинированный приемник и ориентированных на исследования морской реверберации;

- автономной многоканальной синхронной вертикальной акустико-гидрофизической измерительной системы;

- кабельных и автономных с радиотелеметрическим каналом акустических донных станций с расширенным динамическим диапазоном, ориентированных на измерение в реальном времени параметров сейсмоакустических импульсных сигналов.

3. Результаты практического применения разработанных измерительно-телеметрических систем в составе акустико-гидрофизических комплексов, подтверждающие их соответствие решаемым научным задачам.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, трех глав и заключения. Общий объем работы составляет 165 страниц, включая 35 рисунков, список литературы из 85 наименований библиографических источников и 6 приложений, содержащих акты внедрения и патенты.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении определяется цель и задачи работы, обосновывается актуальность, научная новизна, достоверность результатов и практическая значимость работы.

В первой главе «Выбор базовых структурных и алгоритмических решений по измерению и передаче данных в приемных акустико-гидрофизических системах» рассматриваются особенности разработки АГС научной направленности, технические и организационные меры по обеспечению точности и достоверности получаемых с их помощью научных данных.

В разделе 1.1 сделан анализ известных средств и методов решения задач измерения, записи и телеметрии данных в акустических и гидрофизических измерительных системах, а также смежных областях техники, таких как связь, бытовая и компьютерная техника, техника аудио- и видеозаписи. Произведена оценка возможностей и проблем их применения для задач, решаемых в данной работе. По результатам анализа сделано заключение, что оптимальным решением является применение цифровых ИТС, разработанных специально для работы в составе конкретных АГС.

В разделе 1.2 определяются значения основных параметров акустических измерительных трактов АГС различного назначения на примере разрабатываемых ИТС, определяющие соответствие АГС решаемым научным задачам. Оцениваются возможности достижения этих значений, приводятся структурные, алгоритмические и технические решения и результаты, полученные в разрабатываемых системах, и делается их сравнение с соответствующими параметрами прототипов. Для приемных АГС, ориентированных на исследования низкочастотной морской ре-

верберации на основе комбинированных приемников, важнейшими параметрами акустических трактов являются ширина динамического диапазона, определяющая возможность приема сигналов ближней и дальней реверберации в присутствии окружающего шума, уровни межканального проникновения и фазовые искажения. Согласно сделанных для систем этого типа оценок, минимальная необходимая ширина динамического диапазона (обеспечиваемая в течении эксперимента) определяется акустическими шумами и должна быть не менее 60 дБ. Суммарная ширина динамического диапазона, учитывая возможности переключений коэффициентов усиления каскадов измерительных трактов при подготовке к эксперименту, должна быть не менее 120 дБ (в диапазоне 30-150 дБ относительно сигнала 1 мкПа). Очевидно, что динамический диапазон, обеспечиваемый аналоговыми многоканальными телеметрическими системами (35-40 дБ в наилучших условиях приема), существенно ограничивает качество измерения реверберационных сигналов и сужает возможности их приема в условиях конкретного эксперимента. Проведенный анализ технических возможностей достижения необходимой ширины динамического диапазона показал, что на время разработки системы «Отклик-91» она ограничивалась шумом дискретизации доступных 12-разрядных АЦП по уровню 73 дБ (параметр БЫЛ, т.е. отношение среднеквадратичного значения синусоидального сигнала, соответствующего полной шкале, к среднеквадратичному значению шума, выраженное в дБ). При распределении мощности шума по полосе пропускания системы (1 кГц), это соответствует уровням собственных шумов, приведенных к полосе 1 Гц, приблизительно -100 дБ от полной шкалы сигнала. Соответственно, для достижения определенного выше значения полной ширины диапазона 120 дБ диапазон переключения коэффициентов масштабного усилителя должен составлять 20 дБ.

Уровни межканального проникновения в многоканальных цифровых ИТС определяются только измерительной частью системы, а именно взаимными наводками в линиях связи, соединяющих различные части системы, и неидеальностью коммутаторов. В аналоговых системах они определяются в основном искажениями телеметрического сигнала в канале связи и в известных прототипах имеют значение -25-35 дБ, в зависимости от числа и ширины полосы измерительных каналов. Грубый приближенный анализ показывает, что при этом ошибка определения направления прихода сигналов реверберации достигает значений 3,5°-10,8° (в цифровых системах при легко достижимом уровне межканального проникновения -80 дБ соответственно 0,018°). Ошибка оценки взаимных и автоспектров

(/), 5р2(0, 5^2(/) для аналоговых и цифровых систем составляет 4%-12% и 0,02%, а функции когерентности 8%-24% и 0,04%. Априорный расчет фазо-частотных характеристик (ФЧХ) измерительных каналов невозможен из за отсутствия данных, поэтому при разработке принимались лишь схемотехнические меры снижения различий в ФЧХ каналов, а вносимые измерительными каналами суммарные фазовые искажения определялись при их калибровке индивидуально для каждого канала и использовались для коррекции результатов обработки принятых сигналов.

Для автономной вертикальной акустико-гидрофизической измерительной системы «Моллюск-07», ориентированной на исследования влияния пространственно-временных неоднородностей поля скорости звука на распространение акустических волн в мелком море, учитывались исходные положения, близкие к описанным при разработке «Отклик-91». При разработке «Моллюск-07» значение имело достижение баланса между качественными и эксплуатационными показателями системы, поэтому в качестве ядра измерительной системы по конструктивным соображениям была выбрана плата встраиваемого компьютера «Прометеус», имеющая в своем составе 8/16-канальный (8 дифференциальных либо 16 несимметричных входов) 16-разрядный АЦП. Ширина динамического диапазона этого АЦП ограничена многочисленными тональными компонентами шума, наведенными работающими на той же плате цифровыми устройствами, по уровню -95...-100 дБ (в зависимости от выбранной частоты дискретизации). По результатам анализа возможных вариантов реализации других каскадов измерительных трактов оказалось, что именно эта величина лимитирует суммарную достижимую ширину динамического диапазона. Межканальное проникновение в системе «Моллюск» определяется платой «Прометеус» и не превышает -80 дБ,

Методика расчета параметров измерительного тракта для одноканальной системы цифровой телеметрии с расширенным динамическим диапазоном «ЦРТС-08», предназначенной для мониторинга в режиме реального времени мощных импульсных сигналов, несколько отличается от методики, примененной выше для систем «Отклик-91» и «Моллюск-07». Существенно отличаются и технические решения по реализации требуемых параметров.

Главным требованием было обеспечение возможности измерения и передачи без перенастройки системы импульсных сигналов с пиковым давлением более 1000 Па и (по возможности) окружающего промышленного шума, т.е. обеспечение максимального динамического диапазона и линейности. Необходимый результат был достигнут применением измерительного гидрофона ГИ-50, сверхмалошумя-щих усилителей, источников опорного напряжения, 24-х разрядного сигма-дельта АЦП, а также рядом конструктивных мер.

В разделе 1.3 цифровая телеметрическая система рассмотрена как средство измерения и передачи данных в акустико-гидрофизических измерительных системах. Исходя из назначения и условий эксплуатации АГС, определены возможные структуры элементов базовой структурной схемы цифровой ИТС, возможности их реализации и алгоритмы работы. Принят ряд базовых для всех разрабатываемых ИТС решений.

1. Для кодирования источника использовать равномерное аналого-цифровое преобразование.

2. Передачу данных измерений производить на основе потоковых алгоритмов с гибкой, программируемой под условия эксперимента структуры потока данных.

3. В кодере для канала использовать бинарные канальные коды.

4. Для канала сврзи принята математическая модель линейного фильтрового канала с постоянными параметрами.

5. В качестве беспроводного канала связи в результате анализа по ряду параметров выбран УКВ ЧМ радиоканал.

В разделе «Выводы по главе» кратко изложены полученные в предыдущих разделах значения основных параметров измерительных и телеметрических трактов, которые должны быть достигнуты в разрабатываемых АГС, а также соответствующие базовые структурные и алгоритмические решения. В качестве основного вывода можно сказать, что оптимальным путем достижения набора взаимосвязанных качественных и эксплуатационных характеристик акустико-гидрофизических систем для научных исследований является применение цифровых измерительно-телеметрических систем, разработанных специально для этих целей.

Во второй главе «Примеры разработки измерительно-телеметрических систем для акустико-гидрофизических систем различного назначения» рассмотрены вопросы разработки ИТС, исходя из их назначения и условий применения. При этом задачи обеспечения определенных в первой главе основных параметров измерительных и телеметрических трактов решались в комплексе с задачами обеспечения необходимых эксплуатационных параметров разрабатываемых систем и реализации функций управления работой АГС, с использованием структурных и алгоритмических решений, рассмотренных в первой главе.

В разделе 2.1 "Многоканальная система синхронной цифровой телеметрии и накопления акустических и гидрофизических данных «Отклик-91»" рассмотрен процесс разработки телеметрической системы для АГС, ориентированных на исследования морской реверберации с применением комбинированного приемника. Система должна обеспечить синхронное измерение и передачу акустически* и гидрофизических данных по кабельной линии и радиоканалу, их запись и ввод в ЭВМ, возможность совместной работы нескольких систем «Отклик» в составе комплекса и ввод в ЭВМ дополнительных аналоговых сигналов синхронно с основными.

В подразделах 2.1.1 и 2.1.2 рассматриваются прототипы, производится проработка расширенной структурной схемы разрабатываемой системы и обосновывается концепция построения системы. Производится также выбор и обоснование ряда технических решений, отраженных на функциональной схеме рис. 1. Как видно из схемы, любой из основных модулей системы можно разделить на тракт исполнительных устройств и программируемое устройство управления (ПУУ). ПУУ всех модулей схемотехнически одинаковы, а рабочая программа каждого конкретного ПУУ зависит от модуля, в котором оно используется, и от задач конкретного эксперимента. Программирование модулей «Отклик-91» осуществляется через тот же интерфейс, который используется для ввода данных в ЭВМ. Модули предварительной аналоговой обработки, кодирующий модуль (КМ) и радиопередатчики (или один радиопередатчик, в зависимости от необходимого потока

АВТОНОМНАЯ ЧАСТЬ

' тракт основных исполнительных устройств i 1 дополнительные модули

БОРТОВАЯ ЧАСТЬ

. ПУУ

тттт

ьа

jхн дк н р H^i

тракт исполнительных устройств

■S S

t к

£ & ч

Mi t --t ДДв

Рисунок 1 - Функциональная схема цифровой радиотелеметрической системы

«Отклик-91»

данных в эксперименте) составляют автономную часть системы. Бортовая (приемная) часть системы включает радиоприемники, программируемые приемные модули (ППМ) (по числу используемых радиоканалов), двухканапьный программируемый модуль ввода (ПМВ) и интерфейс IBM совместимого компьютера (Olivetty М380). Несколько систем «Отклик-91» могут быть объединены в единый телеметрический комплекс путем, установки их ПМВ в крейт интерфейса, причем в некоторых конфигурациях комплекса с единой синхронизацией с точностью до фазы. ПМВ способен также управлять работой внешнего многоканального АЦП, устанавливаемого в тот же крейт, что позволяет в случае необходимости осуществить ввод в ЭВМ до 8 дополнительных аналоговых сигналов синхронно с сигналами цифровой телеметрии.

В разделе 2.2 "Автономная вертикальная акустико-гидрофизическая измерительная система «Моллюск-07»" дается краткий обзор применения вертикальных многоканальных акустико-гидрофизических измерительных систем, в том числе прототипов. Формируются общие технические требования к разрабатываемой системе. Она должна обеспечить:

- синхронное измерение акустического давления в диапазоне частот 10-5000 Гц, температуры воды с точностью 0,01°С на восьми горизонтах и иметь средства контроля глубины датчиков;

- возможность оперативной настройки параметров измерительных трактов;

- удобство считывания и обработки накопленной информации;

- унификацию с уже имеющимся в лаборатории акустического зондирования океана оборудованием - автономными подводными акустическими регистраторами и радиобуями.

Схема постановки «Моллюск-07» показана на рис. 2 слева. Эквидистантная вертикальная цепочка из восьми гидрофонов и восьми термодатчиков, разнесенных по вертикали на 4,5 м друг от друга, позволяет контролировать положение и параметры сезонного термоклина, производить оценку модового состава внутренних волн и низкочастотного звука, распространяющихся в мелком море. Датчики гидростатического давления позволяют контролировать наклон системы, уровень прилива и параметры поверхностного волнения. Датчик модуля скорости течения, размещенный на расстоянии 5 м. от дна, дает непосредственную информацию о течении на этом горизонте. При постановках «Моллюск-07» в море используется одноразовый якорь весом 75 кг, который при подъеме системы отсоединяется с помощью акустического размыкателя. На рис. 2 справа приведена функциональная схема системы. Ее ядром является плата встраиваемого компьютера «Prometheus» (формат РС104, Diamond Systems Corp.), на которой имеется встроенный 16-разрядный 16-канальный АЦП, при помощи которого осуществляется преобразование аналоговых сигналов первичных преобразователей (датчиков) системы в цифровой код. «Prometheus» осуществляет также буферизованную запись накопленных данных на твердый диск. Управление работой системы осуществляется на двух уровнях. Параметры работы различных узлов задаются управляющей программой ЭВМ «Prometheus» и сохраняются в .log файле на том же носителе, что и записанные данные. Это значительно снижает вероятность человеческих ошибок при подготовке эксперимента и обеспечивает простое и наглядное управление работой всех сигнальных трактов «Моллюск-07». Управляющие сигналы, непосредственно воздействующие на исполнительные устройства сигнальных трактов, вырабатываются периферийным контроллером. Связь между этими устройствами поддерживается в стандарте RS-232 (СОМ порт). Система (см. рис. 2) содержит восемь идентичных акустических каналов, выходы которых поступают на восемь входов АЦП компьютера «Prometheus». Низкочастотные аналоговые каналы (температурные, два канала гидростатического давления, канал модуля скорости течения и служебный канал, индицирующий степень разрядки аккумуля-

Рисунок 2 - Схема постановки (слева) и функциональная схема (справа) акустико-

гидрофизической системы «Моллюск-07». Обозначения: АО - аппаратный отсек; Г.1,...,Г.8 - гидрофоны; Т. 1,... ,Т.8 - датчики температуры; Д.1, Д.2 - датчики давления, V - преобразователь модуля скорости течения, ИП - герметичный контейнер с аккумуляторами; АР - акустический

размыкатель, Як. - якорь

торов системы) подаются на вход 9-го канала АЦП через коммутатор, управляемый периферийным контроллером. В подразделе 2.2.4 "Измерения параметров сигнальных трактов «Моллюск-07»" описаны лабораторные и натурные обмеры сигнальных трактов, периодически проводимые с целью выявления возможных неисправностей и изменения параметров под воздействием старения и других неблагоприятных факторов, что необходимо для поддержания достоверности и точности получаемых с помощью «Моллюск-07» экспериментальных данных.

В разделе 2.3 "Система цифровой телеметрии «ЦРТС-08» для автономной донной станции «Шельф-09» " описаны технические средства решения еще одной задачи морской гидроакустики - контроля в реальном времени параметров мощных импульсных сейсмоакустических сигналов и шумов, формируемых работающим на шельфе сейсморазведывательным судном. Для решения этой задачи требовалось обеспечить динамический диапазон измерения и передачи акустического сигнала не хуже 96 дБ в диапазоне частот 2-2000 Гц для радиотелеметрии и 212

15000 Гц при записи на жесткий диск донной станции.. Необходимое время автономной работы станции 1 месяц, дальность радиотелеметрического канала до 15 км. На рис. 3 представлена функциональная схема станции «Шельф-09», включающая цифровую радиотелеметрическую систему «ЦРТС-08». В качестве первичного преобразователя акустического давления в аналоговое напряжение применяется цилиндрический гидрофон ГИ-50 со встроенным предварительным усилителем. Гидрофон изготовлен и откалиброван в ФГУП «ВНИИФТРИ», доверительный интервал 1 дБ при доверительной вероятности 0,95. Станция имеет два донных контейнера, изготовленных из титанового сплава и рассчитанных для работы на глубинах до 70 м, и радиобуй на поверхности моря. В первом контейнере расположен автономный подводный акустический регистратор (АПАР), кодирующий модуль системы «ЦРТС-08» (далее кодер), и аккумуляторы, обеспечивающие их работу. Во втором контейнере находятся элементы питания, обеспечивающие работу радиопередатчика, установленного в радиобуе. Кодер системы «ЦРТС-08» способен осуществить преобразование аналогового сигнала в цифровой код в программно задаваемой полосе частот от 2 Гц до 15 кГц (максимальная

Прменнях »5-485 ш передатчик

БС/ОС +10В

Радиобуй

ЛЯ

приемыше

Декодер

Компаратор

=Г~

ООРЖ

декодер

Ишсро--контроляер

Детектор сбое»

16-раЗрядньж

ЦДЛ

Цепи сиыхрошшацжж по словам дшш

*НЧ 5СХ1-1141

I РАО оахД | Ноутбук

Рисунок 3 - Функциональная схема акустической станции «Шельф-09»

частота дискретизации 32 кГц) с разрешением 24 разряда, обеспечивая соотношение сигнала к уровню собственных шумов не хуже 140 дБ.

Для радиотелеметрического канала станции «Шельф-09» выбрана частота дискретизации 4168 Гц и длина слова данных ограниченна 16 разрядами, при этом оставшиеся 8 разрядов АЦП дают возможность программного выбора коэффициента передачи в диапазоне 0.5-128 цифровой обработкой полученных от АЦП данных, без необходимости использования дополнительного масштабирующего усилителя.

Для передачи акустической информации в цифровой форме по УКВ 4M радиоканалу используется канальный код OQPSK, радиопередатчиком служит радиостанция ICOM F11. Излучаемая мощность может быть выбрана от 1 до 5 Вт. Для приема радиотелеметрического сигнала применяется модифицированный для расширения полосы пропускания радиоприемник ICOM IC-R20. С выхода его частотного дискриминатора сигнал подается на декодер системы «ЦРТС-08», который восстанавливает измеряемый сигнал в аналоговой форме. Сигналы от нескольких установленных в море станций подаются на входы оборудования аналогового ввода данных производства компании National Instruments, как это показано на рис. 3. Двойное аналого-цифровое преобразование снижает динамический диапазон «ЦРТС-08» за счет роста гармонических искажений и шумов, однако позволяет уже имеющимися средствами организовать синхронный ввод в компьютер до 16 аналоговых сигналов. В подразделе 2.3.2 "Измерение характеристик станций «Шельф-09» в лабораторных условиях" описаны процедуры измерения амплитудно-частотных характеристик, динамического диапазона и собственных шумов сквозного телеметрического тракта станций «Шельф-09». По результатам измерений разброс значений АЧХ кодеров не превышает 0,2 дБ, а декодеров 0,15 дБ. Динамический диапазон сквозного радиотелеметрического тракта ограничен нелинейными искажениями на уровне 75 дБ (SFDR), а по отношению к уровню собственных шумов он превышает 100 дБ.

В подразделе 2.3.4 "Кабельные акустические станции на базе телеметрической системы «ЦРТС-08»" описан кабельный акустический измерительно-регистрационный комплекс на основе трех кабельных донных цифровых акустических станций (ЦАС, см. рис. 4). В качестве первичных преобразователей были использованы гидрофоны Ги-50 чувствительностью 5 мВ/Па. Измерение и передача сигнала по кабельной линии в стандарте RS-485 осуществляется кодером системы «ЦРТС-08», размещенным в малогабаритном контейнере вблизи гидрофона. Питание кодера и гидрофона организовано по этому же кабелю с берегового поста. Прием данных от ЦАС с кабельных линий и ввод в ЭВМ реализован при помощи 4-портового асинхронного сервера RS-422/485 в Ethernet МОХА NPort 54301. Применение этого устройства позволило реализовать прямой цифровой ввод акустических данных по сети Ethernet в один или несколько компьютеров без необходимости разработки специального устройства. В отличие от станций «Шельф-09», кабельные системы передают на приемный пост 24-разрядные слова данных, реализуя таким образом полное качество измерения, обеспечиваемое

Рисунок 4 - Функциональная схема кабельного акустического измерительно-регистрационного комплекса

кодером - соотношение сигнала к уровню собственного шума 140 дБ и сигнала к

гармоникам 100 дБ.

В разделе «Выводы по главе» делается заключение, что в разработанных измерительно-телеметрических системах (ИТС) реализованы варианты структурных схем, предварительно определенных в первой главе, и достигнуты необходимые значения основных параметров, определяющие их соответствие решаемым в составе акустико-гидрофизических систем задачам. В составе АГС разработанные системы реализуют функции управления работой АГС, измерения, передачи данных по кабельным и УКВ ЧМ каналам связи.

В третьей главе «Применение разработанных измерительно-телеметрических систем в морских акустических исследованиях» приведены некоторые примеры использования АГС, разработанных и изготовленных на основе описанных во второй главе ИТС, демонстрирующие их соответствие решаемым с их помощью научным задачам.

В разделе 3.1. "Работа телеметрии «Отклик-91» в составе акустико-гидрофизических измерительных систем" приведены примеры таких систем и некоторые полученные с их помощью результаты, показывающие их соответствие требованиям исследований морской реверберации с применением комбинированных приемников. На рис. 5 представлены графики изменения во времени интенсивности трех ортогональных компонент колебательной скорости (¡¿,1/у,\4>) и давления (Р) акустического поля, измеренных на глубине 100 м с помощью КП системы «Отклик-91В» во время излучения на оси звукового канала (глубина 100 м) тонально-импульсного сигнала с частотой 560 Гц и длительностью 20 секунд. Формы графиков изменения интенсивности различных компонент реверберацион-ного сигнала существенно отличаются друг от друга, что является следствием анизотропии отражательной способности и рассеивающих свойств среды. На рис. 56 приведены гистограммы углового распределения плотности потока мощности исследуемых сигналов в горизонтальной и вертикальной плоскостях. Эти гисто-

Рисунок 5 - Результаты статистического анализа реверберационных сигналов, измеренных с помощью комбинированного приемника после излучения 20- секундного тонального импульса с частотой заполнения 560 Гц

граммы рассчитаны по реализациям длиной по 4096 значений, которые относятся

к интервалам времени, обозначенным на рис. 5а отрезками с номерами 1.....4. Они

характеризуют рассеивающие свойства источников, формирующих ревербераци-онный сигнал в точке приема, и позволяют оценить их местоположение. На рис. 5 в,г представлены результаты оценок спектра плотности потока мощности (усредненного по двум последовательным реализациям, относящимся к временному интервалу 5 на рис. 5а) и оценок функции взаимной когерентности между сигналами/^, Ми Р^. Наличие доплеровского сдвига величиной 0,5 Гц соответствует имевшей место относительной скорости дрейфа 1,4 узла. Эффективность применения цифровой системы измерения и передачи данных «Отклик-91» подтверждают многочисленные научные статьи, в которых используются полученные с их помощью данные.

В разделе 3.2 «Применение измерительной системы «Моллюск-07» в аку-стико-гидрофизических исследованиях» приведены результаты анализа акустико-гидрофизических измерений, иллюстрирующие целевые характеристики данной измерительной системы. На рис. 6 представлены некоторые результаты анализа измерений, проведенных с помощью «Моллюск-07» и автономного излучателя «ЧМ_290-330» на шельфе о. Сахалин. Рисунок иллюстрирует обеспечиваемое

Д6.1Ю

№00 0$:30

1 часммн

Рисунок 6 - Результаты анализа измерений, проведенных на шельфе о. Сахалин:

(а) - вариации интенсивности тональных компонент акустического сигнала «ЧМ_290-330», измеренных гидрофоном - Г.2 «Моллюск-07»; (б) - флуктуации

интенсивности после усреднения по семи тональным компонентам сигнала «ЧМ_290-330»; (в) - флуктуации интенсивности после дополнительного усреднения по 8 гидрофонам «Моллюск-07»; (г) - вариации температуры воды на 8 горизонтах

применением цифровой измерительно-регистрационной системы качество измерения акустических и гидрофизических параметров и некоторые возможности анализа процессов, влияющих на распространение звука. Вариации интерференционной структуры акустического поля в «точке» приема (см. рис. 6а) исключаются с помощью усреднения флуктуаций интенсивностей тональных компонент формируемого излучателем поля по 7 частотам (см. рис. 66), а затем по 8 горизонтам (см. рис. 6в). Таким образом, практически исключаются флуктуации интерференционной структуры, вызываемые в «точке» наблюдения пространственно-временными изменениями неоднородностей поля скорости звука на трассе, и соответственно выявляются вариации потерь из-за трансформаций модовой структуры распространяющихся вдоль стационарной трассы акустических волн.

Эффективность применения системы «Моллюск-07» подтверждают научные статьи, патент и Акт внедрения в исследования, проводимые компанией «Эксон Нефтегаз Лимитед» на северо-восточном шельфе о. Сахалин.

В разделе 3.3 "Применение телеметрической системы «ЦРТС-08» для мониторинга сигналов импульсных источников в реальном времени " описаны исследования, проведенные на северо-восточном шельфе о. Сахалин в 2010 г. В подразделе 3.3.1 описан, радиотелеметрический комплекс на основе 9 станций «Шельф-09», использованный во время проведения 4-Б сейсморазведки компанией «Сахалин Энерджи Инвестмент Компани» на Пильтун-Астохском углеводородном месторождении в период с 08 июня по 3 июля 2010 г. Станции были установлены приблизительно по 20-метровой изобате на восточной границе района летне-осеннего нагула охотско-корейской (западной) популяции серых китов, занесенной в категорию «находящихся под угрозой исчезновения» Красной книги России. Анализ параметров акустических импульсов проводился в реальном времени на береговом радиоприемном посту. Туда же поступала информация от наблюдателей за распределением и поведением китов и при необходимости излучение сейс-моразведывательных импульсов .прекращалось. Эффективность применения радиоканального варианта системы подтверждают патент и Акт внедрения в исследования, проводимые компанией «Сахалин Энерджи Инвестмент Компани» на северо-восточном шельфе о. Сахалин.

Применение телеметрической системы «ЦРТС-08» в кабельных акустических станциях описано в подразделе 3.3.2. Измерительно-регистрационный комплекс из трех кабельных донных цифровых акустических станций (см. рис. 4) был применен при организации компанией «Роснефть» ЗБ-сейсмоакустических исследований на Лебединском лицензионном участке. В трех пространственно разнесенных точках были установлены гидрофоны трех цифровых акустических станций, связанных с береговым постом кабельными линиями длиной 2,5 км. По результатам их синхронных измерений в реальном времени оценивался пороговый радиус окружности вокруг излучающего судна соответствующей пороговому уровню среднеквадратичного значения ст£д вариаций акустического давления р(с) в импульсе, равному 160 дБ относительно 1 мкПа. В случае обнаружения с борта

Па. p(t)

Па. p(t) - фон

■1 i • л i1

о 0.2 0.4 0.6 0.8 ( с 1.0

Па. р(1) - фон о

-Ш

' О 0.2 0.4 0.6 0.8 1-0

О 0.2 0.4 0.6 0.S 1 1.2 1-4 i.6 1.»

дБ отн. 1 мкПа2/Гц, G(f)

2.4 2.6 2.8

160 150 140 130 120 110 100

w-^'XA/v^.

v А р

V il/y l^ №

пп vVtoа

фон

Ч 1 , 'Д <

1 га

■А'*, шЩМ

12 15 17 21 25 30 36 43 51 61 73 87""l08 139 1В1 234 304 393 510 661 857 1161

f, ГЦ -

Рисунок 7 - Вариации акустического давления (вверху) и их спектральные оценки (внизу), соответствующие сейсмоакустическому импульсу и фону в паузе между импульсами, а также при отсутствии сейсмозондирования во время штиля (штрих-

пунктирная линия)

излучающего судна серого кита в зоне Г < излучение сейсмоимпульсов прекращалось. Рисунок 7 демонстрирует динамический диапазон 24-разрядной кабельной ЦАС. Видно, что система способна произвести измерения как мощного сейсмоакустического импульса амплитудой 1400 Па (предельное пиковое значение равно 1440 Па), так и уровней окружающего шума в любых погодных условиях на данной прибрежной акватории. Поскольку, по результатам лабораторных измерений, спектральные компоненты собственного шума системы лежат на уровнях не выше 40 дБ относительно сигнала 1 мкПа, имеется запас по собственным шумам измерительной системы на менее 10 дБ. Эффективность применения кабельного варианта системы подтверждает статья в «Акустическом журнале» и

Акт внедрения в исследования, проводимые компанией «РЭА Сахалин» для ЗАО «РН-Шельф-Дальний Восток» на северо-восточном шельфе о. Сахалин.

В течение мониторинга с июня по ноябрь 2010 г. не произошло ни одного отказа в работе оборудования. По результатам 2010 г. телеметрическая система «ЦРТС-08» показала хорошие перспективы дальнейшего использования и развития.

В разделе «Выводы по главе» подтверждается, что практика использования разработанных ИТС в морских акустических исследованиях показала соответствие их качественных и эксплуатационных параметров решаемым задачам. С помощью разработанных измерительно-телеметрических систем были проведены необходимые заказчикам измерения (что подтверждается соответствующими Актами внедрения) и получены соответствующие научные результаты.

В Заключении приводятся основные результаты работы.

1. Представлены научно обоснованные и экспериментально апробированные решения по реализации функций управления, измерения сигналов первичных преобразователей, передачи данных в акустико-гидрофизических измерительных системах средствами и методами цифровой техники.

2. Разработаны, изготовлены и используются в морских исследованиях измерительно-телеметрические системы для ряда акустико-гидрофизических комплексов.

3. При помощи разработанных устройств и систем проведен ряд актуальных акустических исследований на шельфах Японского и Охотского морей, что подтверждается соответствующими Актами внедрения.

ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Бондарь Л.Ф., Ковзель Д.Г., Матвеев В.В, Матвеев Ю.В., Рутенко А.Н. Автономная цифровая гидроакустическая система для измерения звукового давления на четырех горизонтах и профиля внутренних волн // XV всесоюзная школа-семинар по статистической гидроакустике, Владивосток: ДальНИИС, 1989. С.83.

2. Бондарь Л Ф., Захаров В.А., Ковзель Д.Г., Рутенко А.Н. Автономные цифровые приемные системы и некоторые результаты их применения в исследованиях пространственной структуры полей прямых и рассеянных гидроакустических сигналов // Акуст. журн. 1991. Т. 37, № 6. С. 1098-1105.

3. Бондарь Л.Ф., Гриценко A.B., Захаров В.А., Ковзель Д.Г., Рутенко А.Н. Цифровая радиотелеметрическая система сбора и обработки гидроакустических сигналов и результаты ее применения в исследованиях характеристик морской реверберации // Акуст. журн. 1993. Т. 39, № 2. С. 223-229.

4. Бондарь Л.Ф., Борисов C.B., Гриценко A.B., Захаров В.А., Кабанов Н.Ф., Ковзель Д.Г., Моргунов Ю.Н., Рутенко А.Н., Стародубцев Ю.И. Акустико-

гидрофизический полигон (шельф Японского моря) // Акуст. журн. 1994. Т.40, №2. С.ЗЗЗ.

5. Бондарь Л.Ф., Борисов C.B., Борисов Н.Г., Голубь Ю.А., Гриценко A.B., Захаров В .А., Кабанов Н.Ф., Ковзель Д.Г., Моргунов Ю.Н., Рутенко А.Н., Стародубцев Ю.И., Филонов А.Е. Влияние внутренних волн на распространение низкочастотного звука в мелком море // Акуст. журн. 1994. Т. 40, № 2. С. 334.

6. Бондарь Л.Ф., Борисов C.B., Гриценко A.B., Захаров В.А., Ильичев В.И., Ковзель Д.Г., Моргунов Ю.Н., Рутенко А.Н. Результаты исследований флуктуации интенсивности и фазы акустических сигналов на стационарных трассах в шельфовой зоне Японского моря. // Акуст. журн., 1994, т. 40, № 4, с. 561-570.

7. Борисов C.B., Гриценко A.B., Ковзель Д.Г. и др. Аппаратурный комплекс для акустико-гидрофизических исследований на шельфе и результаты его применения в натурных экспериментах // Вестник Дальневосточного отделения РАН. 2003, № 2. С. 16-29.

8. Автономная вертикальная акустико-гидрофизическая система. Пат. R U 7 3 9 6 4 U 1. Российская федерация / Ковзель Д.Г., Рутенко А.Н. - 2008104085/22; заявлено 04.02.08; опубликовано 10.06.08, Бюл. №16.

9. Ковзель Д.Г., Рутенко А.Н., Ущиповский В.Г. Автономная вертикальная акустико-гидрофизическая измерительная система «Моллюск-07» // Приборы и техника эксперимента, 2008, №5. С. 138-142.

10. Борисов C.B., Ковзель Д.Г., Рутенко А.Н., Ущиповский В.Г. Автономная гидроакустическая станция с радиоканалом для акустических измерений на шельфе // Приборы и техника эксперимента. 2008, №5. С. 132-137.

11. Борисов C.B., Ковзель Д.Г., Рутенко А.Н., Ущиповский В.Г. Автономная радио гидроакустическая станция «Шельф-07» // Акустика океана: Сборник трудов XX сессии Российского акустического общества. Т.2, М: ГЕОС, 2008. С. 421425.

12. Ковзель Д.Г., Рутенко А.Н. Автономная акустическая станция с цифровым радиотелеметрическим каналом для мониторинга сейсмоакустических сигналов на шельфе // Приборы и техника эксперимента. 2009, Т. 6. С. 102-106.

13. Автономная радиогидроакустическая система для мониторинга акустических сигналов на шельфе. Пат. RU 8603 U1 Российская федерация / Борисов C.B., Ковзель Д.Г., Рутенко А.Н., Ущиповский В.Г. - 2009116178/22; заявлено 28.04.09; опубликовано 20.07.09, Бюл. №23.

14. Устройство для определения скорости и направления течения жидкости. Пат. RU 2413232 С2 Российская федерация / Ковзель Д.Г. - 2009108621; заявлено 10.03.10; опубликовано 28.02.11, Бюл. №6.

Содержание диссертации автор исследовательской работы: кандидата технических наук, Ковзель, Дмитрий Георгиевич

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. ВЫБОР БАЗОВЫХ СТРУКТУРНЫХ И АЛГОРИТМИЧЕСКИХ РЕШЕНИЙ ПО ИЗМЕРЕНИЮ И ПЕРЕДАЧЕ ДАННЫХ В ПРИЕМНЫХ АКУСТИКО-ГИДРОФИЗИЧЕСКИХ СИСТЕМАХ.

1.1 Обзор технических средств измерения, накопления и передачи акустических и гидрофизических данных.

1.2 Определение основных параметров измерительно-телеметрических трактов акустико-гидрофизических систем различного назначения и оценка возможностей их реализации в разрабатываемых системах.

1.2.1 Определение основных характеристик приемной измерительно-телеметрической системы, ориентированной на исследования низкочастотной морской реверберации.

1.2.2 Основные параметры акустических измерительных трактов для автономной вертикальной акустико-гидрофизической измерительной системы «Моллюск-07», ориентированной на исследования влияния пространственно-временных неоднородностей поля скорости звука на распространение акустических волн в мелком море.

1.2.3 Определение основных параметров одноканальной системы цифровой телеметрии с расширенным динамическим диапазоном «ЦРТС-08».

1.3 Цифровая телеметрическая система как средство измерения и передачи данных в акустико-гидрофизических системах.

Выводы по главе.

ГЛАВА 2. ПРИМЕРЫ РАЗРАБОТКИ ИЗМЕРИТЕЛЬНО-ТЕЛЕМЕТРИЧЕСКИХ СИСТЕМ ДЛЯ АКУСТИКО-ГИДРОФИЗИЧЕСКИХ КОМПЛЕКСОВ РАЗЛИЧНОГО НАЗНАЧЕНИЯ.

2.1 Многоканальная система синхронной цифровой телеметрии и накопления акустических и гидрофизических данных для исследований низкочастотной морской реверберации «Отклик-91».

2.1.1 Технические решения, лежащие в основе цифровых систем сбора и передачи акустико-гидрофизических данных «Отклик» разработки 1989-1990 годов.

2.1.2 Система цифровой телеметрии «Отклик-91».

2.1.3 Работа «Отклик-91» по функциональной схеме.

2.1.4 Современная точка зрения на технические решения «Отклик-91».

Выводы.

2.2 Автономная вертикальная акустико-гидрофизическая система «Моллюск-07».

2.2.1 Предпосылки создания системы «Моллюск-07» и описание технических решений.

2.2.2. Описание конструкции системы.

2.2.3 Описание работы «Моллюск-07» по функциональной схеме.

2.2.4 Измерения параметров сигнальных трактов «Моллюск-07».

2.2.5 Обсуждение технических решений «Моллюск-07» и перспектив их применения в последующих разработках.

2.3 Система цифровой телеметрии «ЦРТС-08» для автономной донной акустической станции «Шельф-09».

2.3.1. Описание конструкции и функциональной схемы станции «Шельф-09».

2.3.2 Измерение характеристик станций «Шельф-09» в лабораторных условиях.

2.3.3 Выбор конструктивных и технологических решений при разработке и отладке электронных модулей системы «ЦРТС-08».

2.3.4 Кабельные акустические станции на базе телеметрической системы «ЦРТС-08».

Выводы по главе.

ГЛАВА 3. ПРИМЕНЕНИЕ РАЗРАБОТАННЫХ ИЗМЕРИТЕЛЬНО-ТЕЛЕМЕТРИЧЕСКИХ СИСТЕМ В МОРСКИХ АКУСТИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЯХ.

3.1 Работа телеметрии «Отклик-91» в составе автономных и кабельных акустико-гидрофизических измерительных систем.

3.2 Применение измерительной системы «Моллюск-07» в акустико-гидрофизических исследованиях.

3.3 Применение телеметрической системы «ЦРТС-08» для мониторинга параметров акустических сейсморазведывательных сигналов и уровней окружающего шума в реальном времени.

3.3.1 Применение «ЦРТС-08» в составе донных станций «Шельф-09».

3.3.2 Применение телеметрической системы «ЦРТС-08» в кабельных акустических станциях

Выводы по главе.

Введение диссертация по физике, на тему "Цифровые системы измерения, накопления и передачи акустико-гидрофизических данных"

Актуальность проблемы

Настоящее время характеризуется непрерывным ростом индустриальной активности человеческого сообщества, в том числе на шельфах окраинных морей, где производится разведка и добыча углеводородов, рыболовство, разведение марикультур. Эта деятельность, имеющая большое экономическое значение, способна, при отсутствии должного контроля, вызвать серьезные и масштабные нарушения экологии. Она может сопровождаться, например, сейсмоакустическими исследованиями с применением мощных пневмоизлучающих систем или забивкой в грунт фундаментных свай, постановкой на шельфе буровых и газонефтедобывающих платформ, строительством подводных трубопроводов и другими работами, приводящими к акустической загрязненности прилегающих акваторий. Такая деятельность должна сопровождаться контролем антропогенного влияния на окружающую среду, рыб и морских животных, для которых данная акватория является средой обитания. Мониторинг может быть пассивным или активным. Например, оценка акустического воздействия на акваторию при проведении сейсмоаку-стических исследований может быть получена в результате анализа акустических данных, измеренных с помощью автономных станций после окончания сейсморазведки. Если эти станции дополнительно дооснастить радиотелеметрическими каналами, то мониторинг можно проводить в реальном времени и оперативно производить корректировки работ с целью уменьшения их антропогенного воздействия. Измерения характеристик акустического поля должны проводиться синхронно в разных точках и на разных горизонтах. Измерения скалярных характеристик (звукового давления) желательно дополнить измерениями ортогональных компонент колебательной скорости частиц воды в акустической волне, т.е. кроме обычных гидрофонов, желательно применять комбинированные приемники (КП) [1-3]. На распространение звука в шельфовой зоне оказывают существенное влияние рельеф дна и акустические свойства слагающих его пород, океанологические поля и гидродинамические процессы, характерные для данной акватории, поэтому для решения практических задач необходимы натурные данные об их влиянии на частотно-пространственно-временные характеристики и модовую структуру распространяющихся акустических волн в разные сезоны года [4], [7-13]. Для обеспечения таких измерений служат многоканальные акустико-гидрофизические системы, использующие различные виды уплотнения и взаимной синхронизации данных, поступающих от акустических и относительно низкочастотных гидрофизических первичных преобразователей, служебную информацию о состоянии устройств измерительной системы или системы в целом, калибровочные сигналы [5], [6].

Важной составной частью акустико-гидрофизических измерительных систем, определяющей их качественное соответствие решаемым задачам, являются технические системы измерения, записи и передачи сигналов от различных первичных преобразователей. Задача разработки таких систем, оптимизированных для задач акустико-гидрофизических исследований, остается актуальной при любом уровне развития технических средств.

Целью диссертационной работы является разработка и экспериментальная апробация технических решений, направленных на повышение качества измерения и передачи сигналов в автономных акустико-гидрофизических измерительных системах, повышение эффективности и надежности трактов передачи и хранения акустико-гидрофизических данных средствами и методами цифровой техники.

Для достижения поставленной цели были решены следующие задачи. 1. С учетом особенностей акустико-гидрофизических измерительных систем (АГС) научной направленности проведен анализ современных на время разработки технических средств измерения, накопления и передачи информации.

4. Разработаны, изготовлены и используются в практике морских исследований цифровые ИТС в составе АГС:

- автономной многоканальной синхронной вертикальной акустико-гидрофизической измерительной системы;

- кабельных и автономных с радиотелеметрическим каналом акустических донных станций с расширенным динамическим диапазоном, ориентированных на измерение в реальном времени параметров сейсмоаку-стических импульсных сигналов.

Научная новизна работы

Работа содержит новые научные результаты, наиболее важными из которых являются следующие:

1. В результате выполнения диссертационной работы разработаны, научно и экспериментально обоснованы структурные и алгоритмические решения по реализации функций измерения, передачи и накопления данных, управления приемной акустико-гидрофизической системой;

2. Разработаны, изготовлены и активно используются оригинальные цифровые ИТС, позволившие получить новые научные результаты в соответствующих морских исследованиях:

- в телеметрической системе «ЦРТС-08» достигнут динамический диапазон измеряемых сигналов 140 дБ, что обеспечивает возможность мониторинга в реальном времени как слабых фоновых акустических шумов, так и сигналов мощных импульсных источников звука.

Научная новизна заключается в комплексности решения функций измерительно-телеметрических систем в составе АТС и подтверждена тремя патентами и восемью публикациями в журналах «Приборы и техника эксперимента» и «Акустический журнал».

Достоверность результатов основана на обширном экспериментальном материале, собранном с помощью разработанных измерительных и телеметрических систем, и подтверждена их многолетней успешной эксплуатацией. Системы, находящиеся в эксплуатации, проходят ежегодные лабораторные обмеры характеристик и полевые кросс-калибровки, позволяющие поддерживать высокий уровень достоверности и точности результатов измерений.

1. Применение цифрового уплотнения в автономных дрейфующих и стационарных радио-акустико-гидрофизических измерительных системах «Отклик» обеспечило динамический диапазон измерений 100 дБ и межканальное проникновение менее -80 дБ. Это позволило успешно провести исследования в океане и на шельфе характеристик низкочастотной реверберации (НИР «Отклик-АН», «Аквамарин-АН») и влияния гидродинамических процессов, включая внутренние волны, на распространение звука в шельфовой зоне Японского моря.

2. Цифровая многоканальная измерительно-накопительная система, основанная на применении встраиваемой ЭВМ и программируемых контроллеров позволила создать автономную вертикальную акустико-гидрофизическую измерительную систему «Моллюск-07», которая нашла практическое применение при исследованиях особенностей и потерь при распространении звука и сейсмо-акустических сигналов на шельфах Охотского и Японского морей. Это подтверждает Акт внедрения в исследования, проводимые компанией «Эксон Нефтегаз Лимитед» на северо-восточном шельфе о. Сахалин, и публикации [65,71,72].

3. Разработанный цифровой телеметрический канал в модификации с радиоканалом в 2010 г. был успешно применен в девяти автономных рас» диогидроакустических станциях, обеспечивших мониторинг в реальном времени параметров сейсмоакустических импульсов, наблюдаемых на восточной границе прибрежного Пильтунского района кормления серых китов во время проведения компанией «Сахалин Энерджи Инвестмент Компани» 4-0 сейсморазведки на Пильтуно-Астохском месторождении. Это подтверждено Актом внедрения. Кабельный вариант в 2010 г. был успешно применен в трех акустических станциях, обеспечивших мониторинг в реальном времени параметров сейсмоакустических импульсов в прибрежном Одоптинском районе кормления серых китов во время проведения компанией «Роснефть» ЗЛ) сейсмо-разведывательных работ на Лебединском месторождении. Это также подтверждено Актом внедрения.

По теме диссертации опубликовано 5 научных работ в «Акустическом журнале» и 3 работы в журнале: «Приборы и техника эксперимента». Кроме того, по теме диссертации опубликовано 5 статей в сборниках докладов, выпущенных по итогам указанных выше научных конференций и получено 3 патента.

Работы проводились при финансовой поддержке Российского фонда фундаментальных исследований:

- проект РФФИ 96-02-16114а «Экспериментальные и теоретические исследования влияния внутренних волн на частотно-пространственновременные характеристики и модовый состав низкочастотных гидроакустических сигналов в мелком море»;

- проект РФФИ 00-05-64844а - «Экспериментальное исследование влияния коротких внутренних волн и тонкой структуры на распространение звука в шельфовой зоне Японского моря»;

- проект РФФИ 03-05-65213 - «Экспериментальное исследование в шельфовой зоне Японского моря влияния нелинейных внутренних волн с известными пространственно-временными параметрами на частотно-пространственно-временную интерференционную и модовую структуры акустического поля»;

- проект РФФИ 06-05-64113 - «Экспериментальное исследование особенностей и потерь при распространении звука в шельфовых зонах Японского и Охотского морей и влияния на него внутренних волн с известными пространственно-временными параметрами».

Результаты работы вошли в научные отчеты по НИР: «Отклик-АН», «Аквамарин-АН», «Цимбал», «Царапина», «Царевна-ТОИ», «Цитадель-ГКВ».

Личный вклад автора. Автору принадлежит разработка принципиальных решений и алгоритмов работы описываемых измерительных средств, разработка и отладка схемотехнических решений, разработка микропрограммного обеспечения измерительных и телеметрических модулей, выбор и разработка их конструктивного исполнения. Автор принимал участие в подготовке и проведении акустико-гидрофизических исследований. В диссертации обобщены результаты разработок, выполненных с 1988 по 2010 г.г. в лаборатории акустического зондирования океана Тихоокеанского океанологического института ДВО РАН. Данная работа выполнена при поддержке и участии заведующего этой лабораторией д.ф.-м.н. А.Н. Рутенко и научных сотрудников C.B. Борисова, A.B. Гриценко, В.Г. Ущиповского.

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

Структура и объем работы

Диссертационная работа состоит из введения, трех глав и заключения. Общий объем работы составляет 163 страницы, включая 35 рисунков, список литературы из 86 наименований библиографических источников и 6 приложений, содержащих акты внедрения и патенты.

Заключение диссертации по теме "Акустика"

Выводы по главе

1. Практика использования разработанных ИТС в морских акустических исследованиях показала соответствие их качественных и эксплуатационных параметров сформулированным при разработке ИТС и хорошую адаптивность к задачам исследований.

2. С помощью разработанных измерительно-телеметрических систем были проведены необходимые заказчикам измерения и получены соответствующие научные результаты, что подтверждается соответствующими Актами внедрения.

3. Применение разработанных систем в морских акустических исследованиях позволило получить новые научные результаты.

• Применение цифровой радиотелеметрической системы в автономных акустико-гидрофизических измерительных системах, содержащих комбинированный скалярно-векторный приемник, снизило зависимость результатов измерений от внешних факторов (погодные условия, электромагнитные помехи, механические воздействия) и обеспечило увеличение углового и частотного разрешения при исследованиях морской реверберации за счет расширения по сравнению с аналоговыми прототипами динамического диапазона измеряемых сигналов до 100 дБ и снижения уровней межканального проникновения до -80 дБ.

• Применение автономной вертикальной приемной акустико-гидрофизической системы, основанной на разработанной измерительно-регистрационной системе, позволило провести исследования на акустических трассах, недоступных для кабельных измерительных систем. Синхронизированная с акустическими сигналами информация о гидрологических параметрах в точке приема позволяет точнее строить экспериментально-теоретические волновые функции для акустических и внутренних волн в данной точке волновода.

• Применение системы одноканальной цифровой телеметрии «ЦРТС-08» в составе автономных донных станций с радиотелеметрическими каналами обеспечивает возможность измерения в реальном времени акустических сигналов с динамическим диапазоном 96 дБ в полосе частот до 2000 Гц и передачу акустической информации с морской поверхности на расстояние до 15 км. Применение «ЦРТС-08» в кабельных 24-разрядных донных станциях обеспечивает динамический диапазон измеряемых сигналов 140 дБ в полосе частот до 1400 Гц. Данные ИТС позволяют проводить синхронный акустический мониторинг протяженных акваторий и измерять как мощные импульсные сигналы, так и уровни окружающих шумов.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. В данной квалификационной работе представлены научно обоснованные и экспериментально апробированные структурные и технические решения по реализации функций управления, измерения сигналов первичных преобразователей, передачи данных в автономных акустико-гидрофизических измерительных системах средствами и методами цифровой техники.

2. Разработан с использованием современной на время разработки технической информации и элементной базы ряд цифровых телеметрических и накопительных систем, и на их основе изготовлены оригинальные АТС для специальных исследований на шельфе и в океане.

• Многоканальная синхронная программируемая и конфигурируемая под задачи исследования цифровая система измерения, передачи и накопления данных «Отклик-91» для работы в составе автономных акустических измерительных систем на основе комбинированного скалярно-векторного приемника, с уровнями шума -72 дБ (БN11) и межканального проникновения -80 дБ относительно полной шкалы сигнала. Система способна в цифровой форме передавать информацию на приемный пост по кабельной линии и радиоканалу, записывать на магнитный носитель (бытовой магнитофон) в цифровой форме и воспроизводить ее, а также вводить в персональный компьютер. Интерфейс ввода обеспечивает возможность совместной работы нескольких систем «Отклик-91» на общий компьютер и синхронный с данными цифровых систем ввод данных от дополнительных аналоговых каналов.

• Многоканальная синхронная программируемая измерительно-регистрационная система на основе микроконтроллеров и встраиваемого компьютера для автономной вертикальной акустико-гидрофизической системы «Моллюск-07», ориентированной на исследования влияния пространственно-временных неоднородностей поля скорости звука на распространение звука в мелком море, а также измерения потерь при распространении звука на заданном профиле. Система обеспечивает синхронную запись на диск встраиваемого компьютера акустических данных в диапазоне частот 5 - 5000 Гц с динамическим диапазоном 96 дБ и межканальным проникновением -80 дБ относительно полной шкалы сигнала, точность измерения температуры 0,01 °С, глубины 0,1 м. Автономность со штатным модулем питания до 8 суток.

Система цифровой телеметрии «ЦРТС-08» для донных станций, обеспечивающая измерение и передачу импульсных сейсмоакустических сигналов и фоновых шумов. В составе автономной станции с радиотелеметрическим каналом «Шельф-09» система обеспечивает измерение акустического сигнала в полосе частот 5-2000 Гц и динамическом диапазоне 96 дБ. Дальность передачи данных - до 15 км, время непрерывной работы -до 30 суток. В составе кабельных донных станций система обеспечивает соотношение полной шкалы сигнала к уровню шума не менее 140 дБ. При передаче данных по кабелю типа КГ-3 на расстояние 2,5 км частотный диапазон измеряемого сигнала - 5-1400 Гц.

При помощи разработанных устройств и систем проведен ряд акустических исследований на шельфах Японского и Охотского морей. Применение цифровой радиотелеметрической системы «Отклик-91»в автономных акустико-гидрофизических измерительных системах, содержащих комбинированные скалярно-векторные приемники, позволило успешно провести в океане и на шельфе исследования характеристик низкочастотной реверберации (НИР «Отклик-АН», «Аквамарин-АН») и влияния гидродинамических процессов, включая внутренние волны, на распространение звука в шельфовой зоне Японского моря [44], [53-59]. Автономная вертикальная акустико-гидрофизическая система «Мол-люск-07» нашла практическое применение при исследованиях особенностей распространения звука и сейсмо-акустических сигналов на шельфах Охотского и Японского морей и оценке влияния внутренних волн на потери при распространении звука на шельфе. Это подтверждает Акт внедрения в исследования, проводимые компанией «Эксон Нефтегаз Лими-тед» на северо-восточном шельфе о. Сахалин, и публикации [65,71,72]. • Система одноканальной цифровой телеметрии «ЦРТС-08» в составе донных станций с радиотелеметрическими каналами «Шельф-09» была успешно применена в 2010 г. в 9 автономных радиогидроакустических станциях, обеспечивших мониторинг в реальном времени параметров сейсмоакустических импульсов, наблюдаемых на восточной границе прибрежного Пильтунского района кормления серых китов во время проведения компанией «Сахалин Энерджи Инвестмент Компани» 4-0 сейсморазведки на Пильтуно-Астохском месторождении. Это подтверждено Актом внедрения и публикацией [73]. Кабельный вариант в 2010 г. был успешно применен в трех акустических станциях, обеспечивших мониторинг в реальном времени параметров сейсмоакустических импульсов в прибрежном Одоптинском районе кормления серых китов во время проведения компанией «Роснефть» 3-0 сейсморазведывательных работ на Лебединском месторождении. Это также подтверждено Актом внедрения и публикацией [85].

Разработанные устройства и системы составляют комплекс программно и аппаратно совместимых модулей, обладающих расширенной по сравнению с решаемыми в данной работе задачами функциональностью. Возможности применения этого комплекса в гидроакустических исследованиях не ограничиваются описанными в данной работе. Комплекс открыт для модернизаций, легко дополняется новыми модулями и устройствами.

Ориентация телеметрических систем на гидроакустические приложения на стадии их проектирования и разработки позволила без задержки переходить к применению этих систем в реальных экспериментальных исследованиях, проверять на практике работоспособность заложенных схем и решений и провести в результате ряд модернизаций аппаратной части и программного обеспечения, улучшивших целевые качества описанных акустико-гидрофизических измерительных систем. Полевая практика эксплуатации разрабатываемых измерительных систем в комплексных акустико-гидрофизических экспериментах, проведенных в Тихом океане и на шельфах Японского и Охотского морей, дала неоценимые критерии для проверки и оптимизации принятых технических решений и совершенствования аппаратной и программной составляющей описанных систем.

Значительное влияние на процесс разработки в 2000-х годах оказали возможности, предоставляемые Интернет: быстрый и систематизированный доступ к новейшей научно-технической информации, базам данных крупнейших фирм - разработчиков РЭА (радиоэлектронной аппаратуры) и комплектующих, различные on-line и свободно распространяемые программные инструменты разработки и отладки РЭА.

Практическая ценность разработок подтверждена эксплуатацией описанных систем в течение 1989-2010 годов, тремя актами внедрения и тремя патентами РФ.

Список источников диссертации и автореферата по физике, кандидата технических наук, Ковзель, Дмитрий Георгиевич, Владивосток

1. Гордиенко В.А., Ильичев В.И.,Захаров JI.H. Векторно-фазовые методы в акустике. М: Наука, 1989. 223 с.

2. Щуров В.А. Векторная акустика океана. Владивосток: Дальнаука, 2003. 308 с.

3. Бур дик B.C. Анализ гидроакустических систем. Ленинград: Судостроение, 1988. 392 с.

4. Ильичев В.И., Навроцкий В.В. Генерация внутренних волн и вертикальная структура температуры вблизи границы шельфа // ДАН СССР. 1987. Т. 294, №1. С. 216-220.

5. Трохан A.M., Коновалов C.J1. Гидроакустические автономные измерительные системы. Некоторые итоги и перспективы // М.: Проблемы и методы гидроакустических измерений: Сборник научных трудов ФГУП «ВНИИФТРИ». 2003. С. 72-80.

6. Бондарь Л.Ф., Бугаева Л.К., Рутенко А.Н. Влияние прилива на распространение звука в шельфовой зоне Японского моря // Акуст. журн. 2000. Т. 46, №.5. С. 613-623.

7. Рутенко А.Н. Результаты натурных исследований влияния внутренних волн на модовую структуру низкочастотного акустического поля в мелком море // Акустика океана. М.: ГЕОС, 1998. С. 313-316.

8. Рутенко А.Н. Исследование частотной зависимости флуктуации интенсивности звукового поля, распространяющегося в мелком море // Акуст. журн. 1999. Т. 45, № 4. С. 547-552.

9. Рутенко А.Н. Экспериментальное исследование влияния внутренних волн на частотную интерференционную структуру акустического поля в мелком море // Акуст. журн. 2000. Т. 46, № 2. С. 259-263.

10. Рутенко А.Н. Влияние движущегося по шельфу внутреннего температурного фронта на распространение звука // Акуст. журн. 2006. Т. 52, №5. С. 710-715.

11. Рутенко А.Н. Особенности спектров вариаций температуры воды и интенсивностей акустических сигналов, измеренных на шельфе Японского моря // Акуст. журн. 2006. Т. 52, №4. С. 531-538.

12. Рутенко А.Н. Влияние внутренних волн на распространение звука в шельфовой зоне Японского моря в разные сезоны года // Акуст. журн. 2006. Т.51, №4. С. 527-535.

13. Отчет об экспедиционных работах в рейсе № 16 НИС «Академик Александр Виноградов» с 1 апреля по 3 июля 1990 года, Владивосток, 1990. Т. 1.С. 140.

14. Отчет о работах в рейсе № 20 НИС «Академик Александр Виноградов» с 4 сентября по 4 ноября 1991 года, Владивосток, 1991.Т. 2. С. 309.

15. Википедия Свободная энциклопедия Электронный ресурс. / Режим доступа: http : //ru. wikipedi a. org/wiki/Сжатие данн ых е потеря м и, свободный. Загл. с экрана.

16. Институт океанологии имени П.П. Шершова РАН Электронный ресурс. / Лаборатория шумов и флуктуации звука в океане; Режим доступа: http://www.ocean.ru/content/view/79/50/, свободный. Загл. с экрана.

17. Цифровые промышленные радиосети на основе радиооборудования DataRadio Электронный ресурс. / Асинхронный радиомодем Integra-TR; Режим доступа: http : //www. dataradio. ru, свободный. Загл. с экрана.

18. Сети и системы профессиональной мобильной связи Электронный ресурс. / Режим доступа: http://www.motorola.com/Business/RU-RU/Product+Lines/, свободный. Загл. с экрана.

19. Радиомодем MX-160 Электронный ресурс. / Режим доступа: http : / /www .г acorn. eu/ru/ products/ wideband-modems .html, свободный. Загл. с экрана.

20. IEEE 802 LAN/MAN Standards Committee Электронный ресурс. / Режим доступа: www.ieee802.org/, свободный. Загл. с экрана.

21. Аіуагіоп Электронный ресурс. / Режим доступа: http://www.alvarion.ru/products/products-list/breezaccess, свободный. Загл. с экрана.

22. Автономная вертикальная акустико-гидрофизическая система. Пат. ЇШ 73964 Ш. Российская федерация / Ковзель Д.Г., Рутенко А.Н. -2008104085/22; заявлено 04.02.08; опубликовано 10.06.08, Бюл. №16.

23. Сутягин И. Средства связи атомных подводных лодок типа «Лос-Анжелес» // Зарубежное военное обозрение. 1995. №9. С. 55-57.

24. Форский Л. Радиосвязные буи ВМС иностранных государств Электронный ресурс. / Режим доступа: 1Шр://сотті .narod.ru/txt/2000/1109.htm, свободный. Загл. с экрана.

25. Щербина В.И. Цифровые магнитофоны. М.: Радио и связь, 1986. 55 с.

26. Хогланд А. Цифровая магнитная запись. М.: Сов. Радио, 1967. 279 с.

27. Хемминг Р.В. Теория информации и теория кодирования. М.: Радио и связь, 1983. 176 с.

28. Прокис Дж. Цифровая связь. М.: Радио и связь, 2000. 800 с.

29. Галлагер Р. Теория информации и надежная связь. М.: Советское радио, 1974. 720 с.

30. Акустические и гидрофизические исследования на трассах различной протяженности в северной части Тихого океана / Отчет ТОЙ ДВО АН СССР по 13 рейсу НИС «Академик М.А. Лаврентьев». Владивосток, 1989. 361с.

31. Википедия Свободная энциклопедия Электронный ресурс. / Режим доступа: http://m.wikipedia.org/wiki/MeтoдьIкoдиpoвaнияцифpoвьIXсигналов, свободный. Загл. с экрана.

32. Скляр Б. Цифровая связь. Теоретические основы и практическое применение. М.: Издательский дом «Вильяме», 2003. 1104 с.

33. Зельдин Е.А. Цифровые интегральные микросхемы в информационно-измерительной аппаратуре. Л: Энергоатомиздат, 1986. 280 с.

34. Интегральные микросхемы, п.р. Тарабрина Б.В // М.: Энергоатомиздат, 1985.

35. Щелкунов H.H., Дианов А.П. Микропроцессорные средства и системы // М.: Радио и связь, 1989, 288 с.

36. Гутников B.C. Интегральная электроника в измерительных устройствах //Ленинград.: Энергоатомиздат, Ленинградское отделение, 1988, 303 с.

37. Бондарь Л.Ф., Борисов C.B., Гриценко A.B., Захаров В.А., Кабанов Н.Ф., Ковзель Д.Г., Моргунов Ю.Н., Рутенко А.Н. Стародубцев Ю.И. Акустико-гидрофизический полигон (шельф Японского моря) // Акуст. журн. 1994. Т.40, №2. С.333.

38. Борисов C.B., Гриценко A.B., Ковзель Д.Г. и др. Аппаратурный комплекс для акустико-гидрофизических исследований на шельфе и результаты его применения в натурных экспериментах // Вестник Дальневосточного отделения РАН, 2003, № 2. С. 16-29.

39. Борисов C.B., Гриценко A.B., Лихачев В.В., Коротченко P.A., Пенкин С.И., Рутенко А.Н., Измерительный комплекс для акустико-гидрофизических исследований на шельфе // «Акустика океана», Доклады10-й школы-семинара академика JIM. Бреховских. С. 327-330.

40. Бондарь Л.Ф., Гриценко A.B., Рутенко А.Н., Трофимов М.Ю. Акустико-гидрофизическая трасса в шельфовой зоне Японского моря // Акустика океана, M.: ГЕОС, 1998. С. 178-182.

41. Борисов C.B., Круглов М.В., Рутенко А.Н. Исследование особенностей распространения низкочастотного звука на мелководном шельфе // «Акустика океана»: Доклады10-й школы-семинара академика Л.М. Бреховских. Стр. 39.

42. Борисов Н.Г., Гриценко А.В., Козицкий С.Б., Никора О.И., Рутенко А.Н., Трофимов М.Ю., Филонов А.Е. Флуктуации гидроакустических сигналов, обусловленные внутренними волнами // Акуст. журн. 1994. Т. 40, № 5. С. 749-755.

43. Борисов С.В., Коротченко Р.А., Рутенко А.Н., Трофимов М.Ю. Пример численного моделирования влияния внутренних волн на распространение звука в мелком море // Акуст. журн. 1996. Т. 42. № 5. С. 702-705.

44. Борисов С.В., Кабанов Н.Ф., Рутенко А.Н. Экспериментальные исследования флуктуаций акустического поля на стационарных трассах // Акуст. журн. 1996. Т. 42, № 3. С. 347-458.

45. Коротченко Р.А., Кузнецов Ю.А., Рутенко А.Н., Трофимов М.Ю. Акустико-гидрофизические эффекты, порождаемые рыболовным судном с донным тралом // Акуст. журн. 1995. Т. 41, № 2. С. 260-266.

46. Кацнельсон Б.Г., Петников В.Г. Акустика мелкого моря. М.: Наука, 1997. 190 с.

47. Apel J.R., Badiey М., Chiu Ching-Sang and others. An Overview of the 1995 SWARM Shallow-Water Internal Wave Acoustic Scattering Experiment // IEEE J. Oceanic Eng., 1997. Vol. 22, № 3. P. 465-500.

48. Peter C.M., Oit M.H. Observations of Matched-Field Autocorrelation Time in the South China Sea // IEEE J. Oceanic Eng., 2004. Vol. 29, № 4. P. 1280-1291.

49. Рутенко А.Н. Вертикальная акустико-гидрофизическая антенна «Моллюск-97»//Приборы и техника эксперимента, 1998, №5. С. 141-144.

50. Ковзель Д.Г., Рутенко А Н., Ущиповский В.Г. Автономная вертикальная акустико-гидрофизическая измерительная система «Моллюск-07» // Приборы и техника эксперимента. 2008, №5. С. 138-142.

51. Борисов С.В., Гриценко А.В., Рутенко А.Н. Автономная акустическая станция для экологического мониторинга на шельфе о. Сахалин // Акустика океана: Доклады 10-ой школы-семинара акад. JI.M. Бреховских. М. ГЕОС, 2004. С. 331-334.

52. PROMETHEUS™ High Integration PC/104 CPU with Ethernet and Data Acquisition. Models PR-Z32-E-ST, PR-Z32-EA-ST User Manual VI.44. / Diamond Systems Corporation, 2003 Электронный ресурс. / Режим доступа: www.diamondsystems.com, свободный. Загл. с экрана.

53. Voltage Output Temperature Sensor with Signal Conditioning . AD 22100 datasheet, Rev B, Analog Devices, Inc., 1994 Электронный ресурс. / Режим доступа: http:// www.analog.com, свободный. Загл. с экрана.

54. PTX/PDCR 1 830Series Depth and Level Pressure Sensors,. Druck Incorporated, USA, PDS-A065 06/02 Электронный ресурс. / Режим доступа: www.druck.com, свободный. Загл. с экрана.

55. Ed. Ferial El-Hawary. The Ocean Engineering Handbook (The Electrical Engineering Handbook Series) // Boca Raton: CRC Press LLC, 2001.

56. Рутенко A.H., Гриценко В.А. Мониторинг антропогенных акустических шумов на шельфе о. Сахалин // Акуст. журн. 2010, №1. С.77-81.

57. Рутенко А.Н. Влияние внутренних волн на потери при распространении звука на шельфе // Акуст. журн. 2010, №5. С. 662-672.

58. Ковзель Д.Г., Рутенко А.Н. Автономная акустическая станция с цифровым радиотелеметрическим каналом для мониторинга сейсмоакустических сигналов на шельфе // Приборы и техника эксперимента. 2009. Т. 6. С. 102-106.

59. Борисов C.B., Ковзель Д.Г., Рутенко А.Н., Ущиповский В.Г. Автономная гидроакустическая станция с радиоканалом для акустических измерений на шельфе // Приборы и техника эксперимента. 2008, №5. С. 132-137.

60. Википедия Свободная энциклопедия Электронный ресурс. / Режим доступа: http://ru.wikipedia.Org/wiki/S/PDIF., свободный. Загл. с экрана.

61. Википедия Свободная энциклопедия Электронный ресурс. / Режим доступа: http://ru.wikipedia.org/wiki/AES/EBU, свободный. Загл. с экрана.

62. Analog Devices, Inc. AD7767.pdf. Data Sheet Rev A, 01/ 2009 Электронный ресурс. / Режим доступа: //www.analog.com, свободный. Загл. с экрана.

63. Борисов C.B., Ковзель Д.Г., Рутенко А.Н., Ущиповский В.Г. Автономная радио-гидроакустическая станция «Шельф-07» // Акустика океана: Сборник трудов XX сессии Российского акустического общества. Т.2. М.: ГЕОС, 2008. С. 421-425.

64. Коротин П.И. С алии Б.М. Морской Автономный Измерительный Комплекс // Системы наблюдения, измерения и контроля в вибро- и гидроакустике / Сб. трудов ИПФ РАН. Ниж. Новгород: изд. ИПФ РАН, 2002. С. 13-25.

65. Рутенко А.Н. Наблюдение воздействия внутренних волн на интенсивность и интерференционную структуру акустического поля на шельфе // Акуст. журн. 2003. Т. 49, № 4. С. 535-541.

66. Zhou J.X., Zhang X.Z., Rogers Р.Н., Wang D.Z., Luo E.S. Anomalous sound propagation in shallow water due to internal wave solitons // IEEE Proc. Oceans 93. 1993. Vol. 1. P. 87-92

67. Кацнельсон Б.Г., Переселков С.А. Резонансные эффекты при рассеянии звука пакетами внутренних волн в мелком море // Акуст. журн. 1998. Т. 44, № 6. С. 786-792.

68. Мирский Г.Я. Электронные измерения. М.: Радио и связь, 1986. 440 с.

69. Урик Р.Д. Основы гидроакустики. JL: Судостроение, 1978. 448 с.

70. Устройство для определения скорости и направления течения жидкости. Пат. RU 2413232 С2 Российская федерация / Ковзель Д.Г. 2009108621; заявлено 10.03.10; опубликовано 28.02.11, Бюл. №6.

71. Гаврилевский A.B., Ковзель Д.Г., Коротченко P.A., Путов В.Ф., Рутенко А.Н., Соловьев A.A. Мониторинг сейсмоакустических сигналов и антропогенных шумов на шельфе о. Сахалин // Акуст. журн. 2012. № 1. С. 110 (принято в печать).