CC BY
17
УДК 681.88:639.2.06(571.66)
ГИДРОАКУСТИКА НА ОХРАНЕ ВОДНЫХ БИОРЕСУРСОВ КАМЧАТКИ
А.П. Белаш
Камчатский государственный технический университет, Петропавловск-Камчатский, 683003
e-mail: Abdrashitov_4G@kamchatgtu. ru
В статье анализируются недостатки существующей спутниковой системы мониторинга рыболовных судов. Отмечается снижение эффективности таких наблюдений. В дополнение к существующим методам предлагаются гидроакустические методы слежения за географическим положением и родом занятий этих судов в прибрежных водах Камчатки и в двухсотмильной экономической зоне Охотского и Берингова морей.
Ключевые слова: мониторинг рыболовства, охрана морских биоресурсов, позиционное гидроакустическое средство.
Hydroacoustic methods for security of water biological resourses of Kamchatka A.P. Belash (Kamchatka State Technical University, Petropavlovsk-Kamchatsy, 683003)
The article describes the disadvantage of the present fishing-boat monitoring satellite system. The decrease of efficiency of such observation is marked. In addition to the present methods they propose hydro acoustic methods of observing the geographical location of the vessels and their work in Kamchatka coastal waters and in the two-hundred-mile economic area of the Sea of Okhotsk and the Bering Sea.
Key words: monitoring of fishing, protection of water biological resourses, positional hydroacoustic aids.
Одним из важнейших критериев безопасности любого государства является неприкосновенность его границ, в том числе и морских. Недопустимость браконьерских промыслов в пределах его территориальных вод также является важной стратегической задачей. По сообщениям некоторых средств массовой информации, только в Японии ежегодный ввоз краба из России по объему в два с лишним раза превышает квоты, разрешенные к вылову в дальневосточных морях. Общая протяженность морских границ России составляет 38 807 км. Следовательно, Российская Федерация со стороны моря обладает очевидной уязвимостью. В настоящее время борьба с браконьерским выловом рыбы, краба и других морепродуктов поручена службе береговой охраны, иначе говоря, пограничным войскам России. Надо отметить, что военные моряки достаточно продуктивно работают в этом направлении. На внутреннем рейде Петропавловского порта постоянно стоят от двух до пяти рыболовных судов (отечественных и иностранных), арестованных за незаконную добычу морепродуктов. Но все прекрасно понимают, что береговая охрана не способна полностью обезопасить камчатский шельф от посягательств браконьеров. Отсюда следует вывод, что охрана водных биоресурсов камчатского побережья -одна из главнейших задач комплекса мероприятий по экономической стабильности Камчатского края и России в целом.
Во второй половине 90-х гг. ХХ в. для контроля промысла морских гидробионтов в России была введена система мониторинга рыболовных судов [1, 2]. С этой целью на каждое рыболовное судно, получившее квоту на вылов гидробионта в определенном районе моря, в обязательном порядке устанавливался специальный прибор, состоящий из автоматического приемника спутниковой радионавигационной системы (СРНС) GPS и передатчика спутниковой системы связи, работающих автономно. По хаотичному запросу с берегового центра мониторинга координаты судна, определенные приемником СРНС, по спутниковому каналу связи поступали в центр мониторинга. Было организовано два таких центра: один в Мурманске, другой в Петропавловске-Камчатском. В эти центры поступает вся информация, получаемая от спутников связи. Казалось бы, так можно проконтролировать каждое судно, занимающееся законным промыслом, и быстро обнаружить браконьера. Но почти одновременно с приборами мониторинга на «черном рынке» появились «антимониторинги». Это небольшие приставки к персональному компьютеру или самостоятельные устройства с клавиатурой, позволяющие вводить в прибор мониторинга ложные данные о координатах и параметрах движения судна. В связи с этим эффективность системы мониторинга резко снизилась. Автор однажды лично проводил
навигационную экспертизу распечатки, полученной в Камчатском центре мониторинга. Только неграмотные действия фальсификаторов позволили сделать вывод о том, что прибор мониторинга был «подкорректирован» соответствующим устройством.
В середине 70-х гг. ХХ в. для повышения эффективности военной охраны дальневосточного побережья СССР около побережья Камчатки была установлена уникальная система - две приемные гидроакустические антенны, разнесенные примерно на 300 морских миль и установленные на свале глубин. Они позволяли в режиме шумопеленгования обнаруживать шумы винтов надводных и подводных кораблей на расстояниях до 200 морских миль. Напряжение питания на антенны и полученные акустические сигналы с антенн на берег поступали по подводному кабелю. Надо отметить, что антенны фиксировала шумы всех винтов: отечественных и иностранных военных кораблей, проходивших мимо или входивших в территориальные воды СССР, а позже, России, транзитных транспортных судов и рыболовных судов, ведущих промысел в прибрежной зоне Камчатки. По мере совершенствования военно-морской техники (уменьшения шумности винтов подводных лодок вероятного противника) эффективность системы снижалась. Даже проведенная в 1988-1989 гг. модернизация не дала желаемых результатов. По этой причине к концу ХХ в. система перестала удовлетворять требованиям безопасности морских границ России.
В период с 2002 по 2004 гг. эта гидроакустическая система в режиме эксперимента была задействована на обнаружение судов-нарушителей, занимающихся незаконным промыслом рыбы и краба в запретных районах камчатских вод. В результате проведенного эксперимента выяснилось, что по шуму винтов судов, обнаруженных в запретных районах, легко можно отличить транзитный проход от промысла. Следовательно, систему можно использовать в качестве дополнительного средства контроля промысла гидробионтов. Но одновременно обнаружился целый ряд недостатков.
Во-первых, у антенн значительные габариты (длина более 200 м, высота около 20 м). Во-вторых, они изначально были зафиксированы становыми якорями, что не позволило разворачивать их в желаемых направлениях. Одним из недостатков является массивный многожильный кабель связи с берегом, доставлявший много хлопот по его обслуживанию. Для обеспечения нормального функционирования каждой антенны на берегу располагалась небольшая войсковая часть.
С момента установки системы прошло достаточно много времени. За прошедшие почти сорок лет наука шагнула далеко вперед. Идея гидроакустического контроля деятельности судов в запретных для промысла районах Камчатки и Сахалина нашла поддержку в специальном конструкторском бюро средств автоматизации морских исследований Дальневосточного отделения Российской академии наук (СКБ САМИ ДВО РАН).
СКБ САМИ ДВО РАН [7] в настоящее время ведет интенсивную разработку перспективных технологий создания позиционных гидроакустических средств (ПГАС) освещения морской обстановки. Разработка ведется с учетом специфических для дальневосточных морей характеристик подводных звуковых каналов, обеспечивающих дальнее распространение звука. Известно, что звуковые каналы позволяют обнаруживать цели по их шумам на удалениях в сотни километров антеннами, установленными вблизи оси канала.
Традиционно в составе ПГАС до сих пор использовались пространственно-развитые антенны, установленные на свале берегового шельфа и соединенные с береговой аппаратурой обработки сигналов кабельной линией связи. Такое построение ПГАС по ряду причин в настоящее время стало экономически нецелесообразным.
В соответствии с разработанной новой концепцией проектирования и изготовления позиционных ГАС предполагается, в частности, отход от громоздких дорогостоящих приемных антенн и создание относительно простых и дешевых в изготовлении приемных модулей, позволяющих путем рационального размещения в морских акваториях создавать зоны или рубежи освещения с характеристиками, адресно удовлетворяющими конкретных заказчиков. При разработке новых технологий используются последние достижения в области методов и средств обработки сигналов, обеспечивающие достижение максимальной помехоустойчивости трактов обнаружения
и минимизацию массо-габаритных характеристик и энергопотребления.
Ввиду отсутствия в настоящее время в России серийно производимого магистрального кабеля для передачи информации от приемных антенн на берег и сложностей с их энергообеспечением концепцией предусматривается создание приемных модулей со спутниковым каналом обмена данными в автономном варианте на базе технических решений спутниковой системы связи
«Гонец» и существующих средств корабельной и береговой связи.
В таких ПГАС вся аппаратура размещается непосредственно в приемном модуле, в котором используются пространственно-развитые объемные фазированные антенные решетки со встроенным трактом обработки сигналов. Они обеспечивают обнаружение и классификацию сигналов на высокопроизводительных и слаботочных сигнальных процессорах.
В числе методов обработки сигналов:
стабилизированное к изменениям положения антенн формирование веера статических диаграмм направленности: в горизонтальной плоскости 360° и в вертикальной плоскости от 25° до 75°;
- адаптация к анизотропии помех и лучевой структуре сигнала;
- обнаружение и сопровождение трасс подводных объектов;
- автоматическая классификация неоднородностей, обнаруживаемых в водной среде.
Для снижения потерь полезного сигнала во входных цепях антенны и снижения энергопотребления впервые создается «цифровая» антенна, в которой предварительный усилитель, аналого-цифровой процессор (АЦП) и сигнальный процессор размещены внутри каждого гидрофона. «Цифровая» антенна в макетном исполнении разработана и изготовлена в двух экземплярах, с 2001 г. проводятся их испытания у берегов Камчатки.
В антеннах предполагается максимально использовать новые материалы. Например, резина заменяется современными полиуретанами. Применение в корпусно-механической части пластмассовых конструкций позволит резко снизить массу подводной части и тем самым упростить постановку и выборку антенны. Размещение тракта обработки сигналов непосредственно в антенне позволило на три порядка и более снизить требования к скорости передачи данных по сравнению с кабельными линиями связи. Так, для передачи формуляров целей от приемного модуля достаточно скорости обмена данными на уровне одноканальной телефонной линии. Поэтому, наряду с автономным, предусмотрен вариант кабельной волоконно-оптической линии связи, сопрягаемой с подводной. Подводный кабель используется по прямому назначению, и в его конструкции предусматриваются подводные абонентские пункты в точках установки антенн. При этом должно быть обеспечено электрическое и информационное сопряжение антенн с кабельной линией связи без ее подъема.
Расчеты показывают, что стоимость такой совмещенной системы по освещению надводной обстановки в 200-мильной зоне составит не более 30% от стоимости собственно волоконно-оптической линии связи. Указанный вариант совмещенной системы имеет, кроме прочего, хорошие прогнозы в плане использования в международных проектах с сопредельными государствами.
Итак, СКБ САМИ в ближайшем будущем предоставит к эксплуатации современную систему непрерывного наблюдения за подводной обстановкой на акватории дальневосточных морей методами гидроакустики. Остается решить, где именно размещать эти мобильные ПГАС, чтобы получить достаточно полный охват морей, окружающих Камчатку.
В соответствии с постулатами навигации идеальным по точности методом определения координат объекта будет наблюдение этого объекта с трех точек. Точки должны быть разнесены относительно этого объекта на углы 120.0°. Другими словами, если ПГАС установить в вершинах правильного треугольника, то точность определения координат объектов, расположенных в центре треугольника, будет наивысшей. По мере удаления от центра треугольника точность определения координат будет плавно уменьшаться. Предполагается, что позиционные гидроакустические средства (ПГАС) будут измерять угол между меридианом и направлением на объект, в навигации называемый «пеленг». Место объекта определится как точка пересечения трех таких пеленгов, измеренных из трех ПГАС. Строго говоря, три пеленга не пересекутся в одной точке в силу влияния погрешностей измерения пеленгов. В этом случае получается треугольник, в пределах которого и будет находиться объект. Несмотря на наличие специальной теории, разработанной для нахождения места внутри треугольника, в данном случае можно считать, что объект будет находиться в геометрическом центре треугольника.
При невозможности использования трех ПГАС для вычисления места объекта применяют два ПГАС. Соответственно, место объекта определится как точка пересечения двух пеленгов. Причем это будет именно точка, в которой предполагается расположение объекта. В данном случае самая высокая точность определения будет тогда, когда пеленги пересекутся под прямым углом.
Охотское море по своему географическому расположению больше подходит под определение «внутреннее море», хотя таковым не является [5, 6], тем не менее оно находится в окружении российских берегов, поэтому вопрос с местами установки ПГАС можно решить достаточно просто (рис. 1). Если одну гидроакустическую станцию поместить на свале глубин около северной
оконечности о. Сахалин, вторую на свале глубин около Охотска, а третью - на свале глубин в районе пос. Кировский на Камчатке, получится почти такой треугольник, о котором сказано выше. При этом очень хорошо контролируется «треугольник» международных вод в центре Охотского моря. Для контроля западного побережья Камчатки удобно использовать ПГАС в районе пос. Кировский и около северной оконечности о. Сахалин.
Совсем другая ситуация складывается для охраны берегов Берингова моря на восточном побережье Камчатки. Этот берег Камчатки сильно изрезан, имеется достаточно много заливов, удобных для промысла, поэтому очень сложно определить такие места установки ПГАС, чтобы можно было контролировать каждую бухту и залив. Один из возможных вариантов размещения четырех ПГАС представлен на рис. 2.
Рис.1. Вариант р^шещения ПГАС Рис. 2. Вариант размещения ПГАС
дт жршы биоресурсов Охотского моря для охраны биоресурсов Берингова моря
В данном случае (рис. 2) одна станция размещается на севере Камчатки в районе м. Олюторский, вторая в районе м. Озерной, третья около о. Беринга, а четвертая около м. Кроноцкий. При этом хорошо перекрывается северная часть Берингова моря, где наблюдается очень высокая активность браконьерского лова гидробионтов. Южная же часть восточного берега Камчатки контролируется недостаточно. Такой выбор места установки ПГАС объясняется тем, что к юго-востоку от Камчатки сразу начинается Тихий океан [4], с очень большими глубинами, небольшим по ширине береговым шельфом. По этой причине особой активности браконьеров в этом районе не наблюдается.
Литература
1. Проценко И.Г., Резников В.Ю. Мониторинг рыболовства, 2005: инструкции и рекомендации экипажам судов и судовладельцам. - Петропавловск-Камчатский, 2005. - 264 с.
2. Маринич А.Н., Резников В.Ю., Проценко И.Г Автоматизированные системы мониторинга судоходства. - СПб.: Судостроение, 2003. - 230 с.
3. Короченцев В.И. Волновые задачи теории направленных и фокусирующих антенн. -Владивосток: Дальнаука ДВО РАН, 1998. - 192 с.
4. Лоция Берингова моря. Часть I. - СПб.: Главное управление навигации и океанографии Министерства обороны Российской Федерации, 1994. - 585 с.
5. Лоция Охотского моря. Часть I. - СПб.: Главное управление навигации и океанографии Министерства обороны Российской Федерации, 1999. - 449 с.
6. Лоция Охотского моря. Часть II. - СПб.: Главное управление навигации и океанографии Министерства обороны Российской Федерации, 1999. - 377 с.
7. www.science.Sakhalin.ru/Ocean
