Разработка системы передачи цифровой информации в арктических сетях подводного мониторинга

(2.45)

где: - время, за которое АНПА пройдёт вдоль профиля, то есть доплывёт от первой станции до последней (с номером );

- время, затрачиваемое на всплытие аппарата.

Время, за которое АНПА пройдёт вдоль профиля от первой до последней станции , которое, естественно, зависит от скорости движения АНПА. Чем быстрее движется подводный аппарат, тем быстрее происходить опрос АДС, однако скорость ограничивается техническими характеристиками АНПА [17]. С другой стороны, АНПА должен двигаться с такой скоростью, чтобы без остановок опрашивать донные станции, чтобы, проходя над АДС, аппарат успел передать ей команду и получить от неё квитанцию об исполнении команды (рисунок 2.16).

Поскольку, рассчитанная в п. 2.3.1, вероятность прохождения сигнала управления не равна единице, то нельзя исключать вероятность, того, что сигнал управления, переданный от АНПА к АДС, не пройдёт по кольцу управления с первого раза, поэтому придётся передавать его ещё раз. Будем считать, что максимальное число попыток передачи сигнала управления от АНПА к АДС равняется трём. Данное предположение необходимо учесть при формировании требований к ограничению скорости движения АНПА.



Глядя на рисунок 2.16, и учитывая возможность троекратной передачи сигнала управления, можно записать условие ограничения скорости движения АНПА:

, (2.45)

что означает, что расстояние, которое преодолевает АНПА за утроенное время, затрачиваемое на передачу, обработку команды приёмником, и на передачу квитанции в обратном направлении, не должно превышать диаметра основания конуса диаграммы направленности антенны .

Расстояние можно определить, решая геометрическую задачу (рисунок 2.16):

. (2.46)

Если учесть, что АНПА начинает передавать команду АДС, как только попадёт в его диаграмму направленности (рисунок 2.16), то время распространения сигнала определяется выражением:

 (2.47)

Подставим выражения (2.46), (2.47) в (2.45), получим ограничение скорости движения АНПА:

. (2.48)

На рисунке 2.17 приведены графики зависимости максимально допустимой скорости движения АНПА от высоты аппарата над донными станциями при различных углах диаграммы направленности антенны.

Реальные АНПА [18] имеют скорость движения около 2-х ч 3-х узлов, что в единицах измерения системы СИ составляет от 1,028 до 1,542 метров в секунду. Согласно рисунку 2.17, если АНПА будет двигаться со скоростью 2 узла на высоте 10 метров над донными станциями, даже если угол диаграммы направленности антенны донной станции составляет 60 градусов, то его скорость не превысит максимально допустимой. При последующем расчёте времени опроса всех станций, примем скорость АНПА равной 1,028 метрам в секунду.

Время движения АНПА вдоль профиля определяется выражением:

, (2.49)

где: - скорость движения АНПА.

При расчёте времени всплытия АНПА на поверхность, будем предполагать, что аппарат всплывает вертикально и с той же скоростью, что и движется вдоль профиля:

, (2.50)

где: - глубина моря, в месте где расположена последняя АДС.

Подставим выражения (2.49) и (2.50) в формулу (2.45):

(2.51)

При расчётах будем принимать: , ,

Таким образом, рассчитанное по формуле (2.51) время опроса всех станций составляет .

Полученные результаты оценки вероятности прохождения сигнала управления по кольцу управления, и времени опроса всех станций оформим в виде таблицы (таблица 2.3).

Таблица 2.3 - Сравнение предложенных методов управления работой АДС

Показатель Метод	Средняя вероятность прохождения сигнала по кольцу управления	Время опроса всех станций
Передача сигналов по цепочке станций
Передача сигналов через систему ретрансляторов
Использование АНПА

На основании анализа вышеприведённой таблицы можно сказать, что самым надёжным методом является метод управления работой АДС с помощью автономного необитаемого подводного аппарата, а самым быстрым - с помощью системы дополнительных ретрансляторов. При реализации системы сделаем выбор в пользу надёжности. Выбираем метод телеуправления работой АДС с помощью АНПА. Важным фактором, обеспечивающим эффективность применения данного метода, является возможность реализации функции (наведения) приведения АНПА к АДС для обмена с ними управляющей информацией.

2.4 Приведение АНПА к АДС

В процессе взаимодействия и обмена сигналами управления между АНПА и АДС, необходимо обеспечить прохождение АНПА над донной станцией на заданной глубине.

Донные станции оборудованы аппаратурой ГАКС «Марина 2», которая предусматривает определение наклонной дальности. Поэтому целесообразно использовать сигналы управления аппаратуры «Марина 2» в качестве навигационных, по которым будет осуществляться приведение аппарата к АДС, то есть должно осуществляться определение наклонной дальности от АНПА до АДС и направление на неё.

Определение наклонной дальности между аппаратом и АДС осуществляется расчётным методом на основе измерения времени распространения акустического сигнала между АНПА и АДС.

, (2.52)

где - значение скорости звука вдоль линии, соединяющей АНПА и АДС. Наиболее часто, в качестве навигационных сигналов измерения дальности используются простые импульсные сигналы. Но применение простых импульсных сигналов в рассматриваемом случае не представляется возможным, посколько не удаётся разделить навигационные сигналы от разных АДС. В аппаратуре ГАКС «Марина 2», которыми оснащены АДС, имеется возможность измерения дистанции на основе использования сигналов управления в качестве навигационных сигналов.

В аппаратуре «Марина 2» время распространения акустического сигнала между АНПА и АДС определяется как интервал между моментом завершения передачи команды управления и моментом приёма квитанции об исполнении от донной станции:

, (2.53)

где: - момент времени окончания приёма в АНПА квитанции, переданной из АДС в ответ на команду управления;

- момент времени окончания передачи из АНПА сигнала команды управления;

- время обработки команды управления в приёмнике донной станции;

- время обработки квитанции в приёмнике АНПА.

- интервал времени между приёмом на АДС команды управления и передачи на аппарат сигнала квитанции.

Ожидаемая погрешность определения дистанции в указанной аппаратуре оценивается величиной порядка 0,5 м.

Определение направления аппаратом на АДС может основываться на определении распределения фаз, на элементах сложной гидроакустической антенны, специально устанавливаемой на АНПА.

На АНПА должно быть организовано два независимых, ортогональных канала измерения направления на АДС, которые должны определять направление по курсу (влево, вправо) и по азимуту (вперёд, назад).

Наибольшее распространение в гидроакустике для определения направления на источник сигнала, получили измерители со сложными гидроакустическими антенными системами типа «креста Миллса» [19]. Структура такой антенной системы поясняется рисунком 2.18.

Структура антенной системы «крест Миллса» [19]

Особенностью антенны «крест Миллса», является то, что её составляют ненаправленные гидрофоны, которые составляют две ортогональные группы антенн: 1-0-2, 3-0-4. При этом, гидрофон с номером 0 считается опорным, рядом с которым в каждой группе один гидрофон расположен на расстоянии (в рассматриваемом случае, гидрофоны 1 и 4), а другой - на расстоянии нескольких (гидрофоны 2 и 3).

Определение направления на АДС осуществляется посредством оценки распределения фаз принимаемого сигнала по элементам антенны.

Рассмотрим пример определения направления прихода акустического сигнала для горизонтальной тройки гидрофонов (для вертикальной тройки гидрофонов будет аналогичная ситуация) (Рисунок 2.19). В зависимости от угла между лучами сигнала и линией, вдоль которой расположены гидрофоны, меняется разность хода сигналов, приходящих на гидрофоны 1 и 2 относительно, приходящего на гидрофон 0.

Пояснение к определению направления АНПА на АДС

где - разность хода сигналов приходящих на гидрофон 0 и гидрофон 1. - разность хода лучей, приходящих на гидрофон 0 и гидрофон 2.

- расстояние между гидрофонами 0 и 1.

- расстояние между гидрофонами 0 и 2.

- угол, направления АНПА на АДС.

Рассмотрим подробнее алгоритм определения направления АНПА на АДС. Антенная решётка, «крест Миллса», располагается снизу АНПА. Сначала АНПА посылает донной станции команду управления (например «тест связи») с указанием номера донной станции. АДС, с номером, указанным в команде, отвечает на неё квитанцией.

Приёмное устройство модуля ГАКС, установленное на АНПА, осуществляется приём сигнала квитанции. С момента приёма кодового блока сигнала квитанции, неискажённого помехами осуществляется измерение времени распространения сигнала между АДС и АНПА, с этого же момента начинается определение направления прихода сигнала от донной станции.

Определение направления основано на измерении разности фаз сигналов, принимаемых разными гидрофонами.

Структурная схема пеленгатора представлена на рисунке 2.20.

Структурная схема пеленгатора

На схеме буквами обозначены гидрофоны, предназначенные для приёма сигналов с АДС. Гидрофон используется в качестве опорного, гидрофоны - в качестве вспомогательных; - сигнал, приходящий с АДС на гидрофон ; - сигнал, приходящий с АДС на гидрофон ; - сигнал, приходящий с АДС на гидрофон .

Условно пеленгатор для каждой плоскости можно разделить на два канала обработки - канал грубого измерения фазы и канал точного измерения фазы [20].

Канал грубого измерения фазы даёт однозначный отсчёт, но не обеспечивает точность пеленгации из-за малой базы (для данного канала выбираем , где - длина волны сигнала ). Канал точного измерения фазы обеспечивает более высокую точность измерения фазы, но даёт неоднозначный отсчёт (для данного канала выбираем , где - длина волны сигнала ).

Совместная обработка выходного сигнала каналов грубого и точного измерения фазы позволяет устранить неоднозначность этого отсчёта и обеспечить требуемую точность измерения.

Оба канала работают по одинаковому принципу. Сигнал , принятый гидрофоном , является опорным:

, (2.53)

где: где - амплитуда, - циклическая частота сигнала.

Сигнал, принимаемый гидрофоном , имеет разность хода с сигналом равную , и описывается функцией:

(2.54)

где - сдвиг фазы сигнала, приходящего на гидрофон относительно фазы сигнала приходящего на гидрофон ; разность хода лучей можно определить, решая геометрическую задачу (рисунок 2.20):

. (2.55),

Подставим (2.55) в (2.54), получим:

. (2.56)

Сигнал, принимаемый гидрофоном , имеет разность хода с сигналом равную , и описывается функцией:

(2.57)

где - сдвиг фазы сигнала, приходящего на гидрофон относительно фазы сигнала приходящего на гидрофон ; разность хода лучей можно определить, решая геометрическую задачу (рисунок 2.20):

. (2.58),

Подставим (2.58) в (2.57), получим:

. (2.59)

Наличие разности хода приводит к тому, что сигналы, приходящие на гидрофоны, имеют разные начальные фазы.

Для определения начальных фаз сигналов, принимаемых гидрофонами , , предварительно находим преобразование Гильберта от сигнала , поступающего на гидрофон , ; затем находим проекции сигналов поступающих на гидрофоны и на сигналы и , что в последствии позволяет определить направление прихода сигналов с АДС.

С помощью преобразователя Гильберта (Пр. Г. на рисунке 2.20) вычисляется сигнал , сдвинутый по фазе на угол относительно опорного сигнала . Преобразование Гильберта осуществляется по известной формуле [2.4.3]:

(2.60)

Поскольку , то, вычисленный для него по формуле (2.60) квадратурный сигнал является табличным значением [21]:

(2.61)

В каналах измерения фазы, присутствуют два коррелятора, для вычисления двух пар функций корреляции сигнала с опорного гидрофона и квадратурного ему сигнала с сигналами с гидрофонов, не являющихся опорными ( для канала грубого измерения фазы и для канала точного измерении фазы). Сигналы с выходов корреляторов поступают на вход схем вычисления арктангенса отношения функций корреляции. На выходах схем вычисления арктангенса получаются разности фаз (для канала грубого измерения фазы), (для канала точного измерения фазы) сигналов принимаемых опорным и вспомогательными гидрофонами.

Корреляторы и схемы вычисления арктангенса построены на цифровых элементах, и дают результаты измерения в цифровом формате [20].

Выходной сигнал пеленгатора складывается из результатов обоих измерителей фазы таким образом, что старшие разряды выходного сигнала образуются грубым измерителем фазы, а младшие разряды - точным измерителем фазы. Для этой цели старшие разряды грубого измерителя и младшие разряды точного измерителя поступают на схему сложения ( на рисунке 2.20), в которой образуется многоразрядное число, являющееся результатом измерения фазы.

Для упрощения описания введём обозначения синфазных и квадратурных составляющих сигналов: - для сигналов и ; - для сигналов и ; - для сигналов и ; - для сигналов и .

Функции корреляции, будут вычисляться следующим образом [20]:

, (2.62)

, (2.63)

, (2.64)

, (2.65)

где - интервал времени, в течение которого производится измерение функции корреляции.

Теперь, зная функции взаимной корреляции сигналов, принимаемых вспомогательными гидрофонами и с сигналом принимаемым опорным гидрофоном и квадратурным ему сигналом и опираясь на данные рисунка 2.20, можно вычислить фазы сигналов на выходе канала грубого определения фазы () и канала точного определения фазы (), в зависимости от угла направления АНПА на АДС ():

, (2.66)

. (2.67)

С помощью системы Mathcad, зная формулы: (2.53), (2.56), (2.59), (2.61) - (2.67), построим графики сигналов на выходах точного и грубого измерителей фазы. В источнике [20] данные графики называются пеленгаторными характеристиками.

На рисунке 2.21 представлены пеленгаторные характеристики сигнала, принятого гидрофонами АНПА от автономной донной станции, при измерении фазы с помощью канала точного измерения фазы (а) и с помощью канала грубого измерения фазы (б).

а)

б)

Пеленгаторная характеристика сигнала, принятого гидрофонами АНПА от автономной донной станции

2.5 Передача собранной информации на поверхность

Данные геофизических исследований, полученные с помощью АДС должны с определённой периодичностью доставляться на поверхность.

Необходимо определиться со способом доставки собранных данных на поверхность. При выборе, необходимо ориентироваться на объёмы передаваемой информации, способ её хранения на АДС (станции оснащены картой памяти для записи данных, объёмом [3], и вся собранная во время испытаний информация записывается на эти карты памяти) и внешние условия среды, в которых предстоит осуществлять съём данных геофизических исследований с автономных донных станций (АДС находятся подо льдом, глубина моря, в районе, где стоят донные станции составляет от сотен метров до нескольких километров, толщина льда измеряется метрами, достигая в отдельных случаях до 50 м [9]).

Традиционно в технологии «Тотальной донной сейсморазведки» эта задача доставки информации решается подъёмом станций на поверхность моря, посредством передачи им управляющей команды на сброс балласта любым из доступных способов. После чего станции подбираются с проплывающего вдоль профиля судна обеспечения. На борту судна находящиеся внутри станций карты памяти, извлекаются, хранящаяся на них информация соответствующим образом поступает на обработку. Одновременно с этим, осуществляется зарядка аккумуляторных батарей АДС.

Такой способ сбора данных геофизических исследований неприемлем в арктических условиях, на акваториях, покрытых льдом.

Рассмотрим вариант передачи данных сейсморазведки на поверхность через гидроакустический канал связи.

АДС оснащены аппаратурой гидроакустического канала связи «Марина 2», в которой реализована информационная скорость передачи данных [4]. Предположим, что на поверхности находится приёмник, тоже оснащённый аппаратурой ГАКС «Марина 2», тогда время считывания данных сейсморазведки с АДС по гидроакустике будет определяться следующим образом:

. (2.68)

Подставив в формулу (2.68) известные нам величины, получим:

.

Таким образом, чтобы передать сейсмические данные с одной АДС на поверхность через гидроакустический канал связи потребуется года. Очевидно, что такой подход к передаче данных, собранных донными станциями в ходе проведения сейсморазведки, является неприемлемым.

Поэтому требуется другой способ съёма информации с автономных донных станций, который обеспечивает скорость передачи информации на несколько порядков выше, чем при передаче по гидроакустическому каналу связи.

Высокие скорости передачи информации обеспечивает применение оптических кабелей связи. На сегодняшний день скорость передачи данных по волоконно-оптическому кабелю может достигать до 10 ГБ/с [2.5.4]. При использовании подобного кабеля, вся информация с одной АДС, может быть считана за 0,8 с; со всех станций информация будет считана за 3 минуты.

Применение волоконно-оптических кабелей для передачи информации от АДС является весьма затратным затратный и может быть реализовано лишь, в случаях, когда исследования проводятся вблизи от берега, на расстояниях первых десятков км. Организация передачи информации на поверхность льда неприемлема, так как из-за дрейфа льда кабель будет обрываться. В этой связи представляется интересным организация данных измерений по каналу оптической связи открытого пространства.

Известен атмосферный оптический канал, на базе оборудования «Лантастика» [22]. С помощью такого оборудования можно передавать данные на расстояние со скоростью до 1 Гбит/c на расстояние до двух километров (через воздух).

Авторы работы [23], взяв за основу оборудование «Лантастика», приспособив его к работе под водой, добились скорости передачи на расстояние до 50 метров.

Таким образом, съём информации с одной донной станции, согласно формуле (2.69) будет осуществляться за 21 минуту.

Использовать подобное оборудование для передачи информации из АДС, находящихся на дне, на поверхность, на лёд возможно только на глубинах до 200 метров, однако при этом следует решать сложную техническую задачу взаимной юстировки оптического передатчика и приёмника, один из которых находится на дрейфующем льду.

Для реализации такого способа съёма сейсмических данных с АДС, можно оснастить АНПА, приёмо-передающим оборудованием, подобным оборудованию «Лантастики», и запустить его вдоль профиля с тем, чтобы он поочерёдно подходил к каждой АДС и считывал с неё сейсмическую информацию, тогда необходимо так же оснастить АДС передатчиком оптических сигналов.

При этом, так-же, необходимо обеспечить приведение АНПА к каждой АДС, (приведение можно осуществлять согласно алгоритму, описанному в п. 2.4), удержание аппарата над АДС в течение времени считывания данных геофизических исследований, причём удерживать аппарат нужно таким образом, чтобы оптический приёмник АНПА и оптический передатчик АДС были ориентированы друг на друга. Чтобы упростить процедуру удержания и юстировки аппарата целесообразно, чтобы аппарат подходил, к каждой АДС и механически стыковался с ней. Для этого требуется оснастить АДС механизмом стыковки и удержания аппарата.

Если предположить, что аппарат будет двигаться со скоростью равной одному морскому узлу (0.544 м/c), и станции расположены через 50 метров, то для опроса всех станций (с учётом того, что для съёма информации с каждой станции требуется 21 минута) ему потребуется 2,8 часа (без учёта затрат времени на стыковку и расстыковку АНПА с АДС).

3. Рекомендации по выбору и оснащению АНПА, обеспечивающему реализацию технологии тотальной донной сейсморазведки подо льдом

Выше было показано, что для решения задачи управления и съёма информации с АДС, необходимо осуществлять приведение АНПА к АДС (для чего с аппарата осуществляется направления и наклонной дальности до АДС, с которыми АНПА осуществляет информационный обмен). На аппарате должна устанавливаться антенная система «крест Миллса», состоящая из ненаправленных антенн, чувствительность которых в режиме приёма и отдача в режиме передачи, существенно ниже соответствующих характеристик гидроакустических антенн: «Марина 2». Аппарат может осуществлять обмен на малых расстояниях; поэтому он должен быть оборудован собственной навигационной системой, под управлением которой, он может выходить на АДС, установленные вдоль профиля. На АНПА целесообразно сделать гидрофон приёмо-передающим, чтобы с него осуществлялась передача команд управления; и с него осуществляется определение наклонное дальность и определение местоположения станции.

Как было описано в п. 2.4.3, расстояние между гидрофонами и выбирается равным , где - длина волны сигнала .

Для применяемой аппаратуры «Марина 2» рабочая частота , поэтому . Расстояние между гидрофонами и выбираем из услвия: .

Исходя из этих требований антенная система «крест Миллса» должна иметь размеры 0,25 0,25 .

Традиционное расположение элементов «креста Миллса» на АНПА, показано на рисунке 3.1.



Рисунок 3.1 - Традиционное расположение элементов антенной системы «крест Миллса» на АНПА

Для уменьшения линейных размеров антенной системы, применяемой для определения направления на АДС, целесообразно изменить порядок размещения гидрофонов в антенной системе, как это показано на рисунке 3.2.

Рисунок 3.2 - Изменённый порядок расположения элементов антенной системы навигационной системы АНПА

Изменение порядка расположения элементов антенной системы АНПА не измеряет принципа определения направления на источник гидроакустического сигнала, а приводит лишь к незначительному изменению итогового выражения для определения угла .

Наличие на автономном необитаемом подводном аппарате антенной системы с разнесением в пространстве её элементам позволяет в принципе повысить помехозащищённость приёма телеметрической информации (слова состояния АДС) при реализации режима телеуправления с помощью АНПА.

Для реализации схемы разнесённого приёма на аппарате необходимо разместить дополнительно два приёмных устройства аппаратуры «Марина 2», подключенных к гидрофонам и , выходные сигналы которых, вместе с выходными сигналами приёмника, подключенного к гидрофону , можно использовать организации мажоритарного декодирования. Для повышения помехозащищённости информационного обмена сигнала между АНПА и АДС [24]. Целесообразно применять данный алгоритм при приёме аппаратом слова состояния от АДС, поскольку оно несёт в себе необходимую информацию для корректного проведения сейсморазведки (см. п. 2.3.2).

При отсутствии корреляции помех по элементам антенной системы (гидрофоны ,), которое достигается увеличением пространственного разнесения между гидрофонами, итоговая средняя вероятность ошибки снижается. Её величину можно определить следующим образом [24]:

, (3.1)

где - целое число ();

- количество приёмников в АНПА, используемых для приёма информации (для нашего случая - гидрофоны );

- величина средней вероятности ошибки приёма дискретной информации одним приёмником.

Следует ожидать, что при применении мажоритарного декодирования, будет осуществляться выигрыш по вероятности ошибки, по сравнению с приёмом одним приёмником. Поэтому следует стараться размещать гидрофоны в составе антенной системы на максимальном расстоянии друг от друга.

Возможный ожидаемый эффект от применения мажоритарного декодирования поясняется рисунком 3.3.

Рисунок 3.3 - Зависимость значения итоговой вероятности ошибки от вероятности ошибки в канале связи

Как было предложено в п. 2.5.1, съём информации с донных станций должен осуществляться по оптическому каналу связи. Поэтому важно обеспечить точную «посадку» АНПА на донную станцию, таким образом, чтобы обеспечить соосность передатчика оптического сигнала на АДС с соответствующими приёмником оптического сигнала на АНПА. Представляется, что наиболее просто задачу такой ориентации можно решить с применением механической системы, например, необходимо установить на АДС «штырь-ловитель», а на АНПА соответствующую «воронку», которые в последствии, может использоваться также для эвакуации АДС.

Нужно сделать систему строгой ориентации на штырь, который возможно потребуется установить на АДС. Для этого возможно потребуется система центровки.

Наличие механической системы для посадки АНПА на корпус АДС в принципе позволяет для повышения срока автономности АДС, можно подзаряжать их аккумуляторы от источников питания АНПА, во время съёма с донных станций, сейсмических данных. Такая технология подзарядки разработана в институте проблем морских технологий ДВО РАН [25].

Важно оснастить АНПА соответствующим накопителем цифровой информации, для организации доставки данных измерений на поверхность.

Исходя из того, что каждая АДС имеет объём памяти 8 Гб, можно определить объём памяти носителя, которым оснащается донная АНПА. Поскольку, вдоль профиля расставляется до 220 автономных станций, то объём памяти носителя для записи данных сейсморазведки со всех станций, должен составлять не менее .

Изготовить подобный накопитель, на твердотельных элементах, приемлемого объёма и потребления при современном развитии технологической базы не представляется возможным. Поэтому необходимо устанавливать на АНПА накопитель на жёстких дисках, которые критичны к вибрации и температуре окружающей среды. Поэтому, используемый накопитель на жёстких дисках необходимо размещать в герметичном корпусе АНПА на специальной демпфирующей подвеске в термостате, который перед началом работы накопителя должен обеспечивать его подогрев, а после начала работ, обеспечить отвод выделяющегося тепла [25].

Поскольку стоит задача, эвакуации АДС после завершения сейсмических испытаний, то необходимо, чтобы АДС обладала бы нулевой плавучестью.

Эквивалентная плавучесть автономной донной станции без якоря-балласта составляет 7,5 кг [3] (исходя из размеров станции, и её веса в воздухе). Свободный объём внутри донной станции позволяет установить ещё один аккумулятор с номинальным напряжением 12 В и ёмкостью , для продления срока автономной работы донной станции, который может быть увеличен в 2 раза, до 60 суток. Вес аккумулятора равен 2,5 кг. Для обеспечения нулевой плавучести станции, оставшийся внутри свободный объём, должен заполняться инертным наполнителем, например кварцевым песком, общей массой 5 кг.

Заключение

В ходе выполнения данной работы была показана возможность реализации технологии «Тотальной донной сейсморазведки», применяемой для поиска углеводородного сырья на шельфе, на открытой воде, так же и на акваториях находящихся подо льдом. Основу данной технологии составляют малогабаритные автономные донные сейсмогидроакустические станции (АДС), массово выпускаемые в стране.

Было показано, что решение задачи определения местоположения АДС на дне и задачи телеуправления работой донных станций может быть осуществлено с применением штатной аппаратуры гидроакустической связи, управления и навигации «Марина 2», разработанной в НТЦ СИС, СибГУТИ. Задача съёма накопленной в АДС за время проведения испытаний геофизической информации решается только с применением оборудования оптического канала связи. Была доказана необходимость введения в состав подобной сети автономного необитаемого подводного аппарата (АНПА), с помощью которого целесообразно осуществлять по гидроакустическому каналу связи телеуправление работой АДС, устанавливаемых на профиле, а съём необходимой сейсмической информации следует осуществлять по оптическому каналу связи информации, хранящейся в АДС.

Рассмотрен вопрос комплектования АНПА комплексом гидроакустической аппаратуры, совместимой с аппаратурой «Марина 2», обеспечивающей приведение аппарата к АДС и стыковку с ней.

Показано, что определение местоположения АДС может осуществляться с поверхности путём спуска под лёд приёмо-передающих антенн модулей аппаратуры гидроакустической связи, управления и навигации «Марина 2».

В ходе выполнения работы были получены пригодные для практического применения правила и соотношения:

- по выбору места для установки на льду базовых опорных точек, из которых может осуществляться определение местоположения АДС на дне;

- для определения выражения, позволяющего оценить количество АДС, «накрываемых» диаграммой направленности приёмо-передающей антенны аппаратуры гидроакустической связи, управления и навигации «Марина 2», размещенной на льду в базовой опорной точке;

- для определения выражения, позволяющего определить математическое ожидание количества АДС, «накрываемых» диаграммой направленности антенны аппаратуры гидроакустической связи, из базовой опорной точки при её случайном расположении вблизи исследуемого профиля;

- для определения выражения, позволяющего оценить необходимое количества базовых опорных точек на поверхности льда, из которых должно определяться местоположение всех АДС на дне;

- для оценки затрат времени на телеуправление работой АДС с применением автономного необитаемого подводного аппарата и затрат времени на считывание сейсмической информации с АДС.

Было показано, что единственным, пригодным способом доставки информации сейсмической информации, хранящейся в АДС, на поверхность, является способ, приведения и стыковки АНПА с донной станцией, считывание из её памяти информации по оптическому каналу связи в память АНПА, и последующую механическую доставку накопителя с переписанной информацией аппаратом на поверхность.

Были сформулированы требования к оборудованию автономного необитаемого подводного аппарата, используемого при реализации технологии «Тотальной донной сейсморазведки» подо льдом.

По результатам диссертации была опубликована статья в сборнике докладов конференции «Технические проблемы освоения мирового океана», г. Владивосток [Приложение A [1]].

Список использованных источников

1. http://www.rg.ru/2008/10/10/arktika.html «Российская газета» Федеральный выпуск №4770.

2. Создание Научно-Технической и образовательной базы разработок систем мобильной робототехники для проектов освоения континентального шельфа Российской Федерации. Арсентьев В.Г., Бурдун И.Е., Криволапов Г.И., Ростопчин В.В. Всероссийская научно-техническая конференция. Научное и техническое обеспечение исследований и освоения шельфа Северного Ледовитого океана. СибГУТИ, Новосибирск 2010. 3. www.seismoshelf.com Сейсмо-Шельф, тотальная донная сейсморазведка, морская сейсморазведка, мониторинг морских месторождений, Технология тотальной донной сейсморазведки. 18.03.2011.

4. Технические характеристики аппаратуры гидроакустического канала связи «Марина 2».

5. http://eage.ru/ru/archive/sub_detail.php? id=20&id2=112 Материалы с 71-ой конференции EAGE в Амстердаме.

6. http://www.bellona.ru/articles_ru/articles_2009/1250769491.72

Некоммерческая общественная организация Беллона 02. 04. 2012

7. http://www.seismoshelf.com/ice-conditions.html, тотальная донная сейсморазведка, работы в ледовых условиях 26.03.2011.

8. http://istoki-tehniki.ru/burenie/130 Установка бурового оборудования на льду 19.04.2012

9. http://www.tgeo.ru/index-2_1_3.html Самоходная Буровая установка ТСБУ-200М «Берёзовец»

10. http://www.imtp.febras.ru/ - ИПМТ ДВО РАН

11. http://kreakratia.ru/1144/ Жизнь в океане, Скорость движения льдов 26.03.2012.

12. Создание Научно-Технической и образовательной базы разработок систем мобильной робототехники для проектов освоения континентального шельфа Российской Федерации. Арсентьев В.Г., Бурдун И.Е., Криволапов Г.И., Ростопчин В.В. Всероссийская научно-техническая конференция. Научное и техническое обеспечение исследований и освоения шельфа Северного Ледовитого океана. СибГУТИ, Новосибирск 2010.

13. http://www.navy.su/navysub1917/krab/index.htm Военно-Морской Флот России. Подводный минный заградитель Краб. 18.03.2012

14. В.Н. Матвиенко, Ю.Ф. Тарасюк. Дальность действия гидроакустических средств Л. Судостроение, 1981.

15. Гидроакустические волноводные антенны для подводных систем связи и управления. Мальцев Ю.В., Прокопчик С.Е. Всероссийская научно-техническая конференция. Научное и техническое обеспечение исследований и освоения шельфа Северного Ледовитого океана. СибГУТИ, Новосибирск 2010.

16. http://www.vokrugsveta.ru/ Северный Ледовитый океан

17. Варакин Л.Е., Системы связи с шумоподобными сигналами. - М.: Радио и связь, 1985. - 384 с., ил.

18. http://www.febras.ru/~imtp/anpa/anpa.html Автономные необитаемые подводные аппараты, ИПМТ ДВО РАН 21.04.2012

19. А.П. Евтютов, А.Е. Колесников, Е.А. Корепин и др. Справочник по гидроакустике. Л: Судостроение.

20. Всесоюзный Научно-Технический информационный центр. Копия отчёта о НИР. Москва, 1983 г.

21. И.И. Резван. Конспект лекций по курсу «Теория электрической связи», СибГУТИ, Новосибирск, 2008 г.

22. http://www.optica.ru/ Wireless Optic Оптические Телесистемы

23. Экспериментальные исследования по организации оптической связи под водой. Берестяк А.С., Грачёв А.Е., Рыжов В.А., Всероссийская научно-техническая конференция. Научное и техническое обеспечение исследований и освоения шельфа Северного Ледовитого океана. СибГУТИ, Новосибирск 2010

24. Г.И. Криволапов, Г.А. Чернецкий о повышении достоверности передачи информации в цифровых гидроакустических каналах связи низкого качества. Материалы межд. научно-техн. Конф. «Технические проблемы освоения Мирового океана» 14-17 сентября 2005 г., Владивосток, ИПМТ ДВО РАН. - С. 229-232.

25. http://www.nix.ru/price/price_list.html? section=hdd_all Интернет магазин жёстких дисков.

26. http://www.imtp.febras.ru/ - институт проблем морских технологий ДВО РАН.

Размещено на Allbest.ru