К возможности обнаружения и классификации донных объектов на основе интегральных характеристик рассеянного и отраженного акустических полей Текст научной статьи по специальности «Физика»

тизированная система управления контроля окружающей среды (АСУ КОС) [2. С.13]. Анализируя методы экологического мониторинга, авторы упоминают о нетехнических и технических методах: метод опроса мнений, метод экспертных оценок, метод лабораторных исследований, метод автоматизированных технических средств. Принципиально важным является то, что стоимость информации, получаемой с помощью последнего метода, оказывается в 2 - 6 раз меньше, чем при использовании метода лабораторных исследований [2. С.21].

Экологический мониторинг позволяет непосредственно контролировать показатели окружающей среды. Известно, что нормы на эти показатели формировались исходя из условий обеспечения высокого уровня здоровья человека, т.е. именно показатели здоровья человека в регионе, где осуществляется экологический мониторинг, должны являться важнейшими и определяющими при оценке эффективности управляющих решений и воздействий, предпринимаемых в процессе экологического мониторинга. Переход на этот новый уровень экологического мониторинга может осуществиться при реализации концепции медико-экологического мониторинга -мониторинга окружающей среды, который включает в себя:

1. Собственно классический экологический мониторинг физико-химических параметров окружающей среды.

2. Мониторинг здоровья населения методами ранней диагностики экологически обусловленных заболеваний.

Из современной теории систем известно, что одним из условий развития любой функционирующей системы является усложнение её структуры и развитие информационных процессов. Конкретно это реализуется в том числе и путём возникновения обратных связей в системе с учётом формируемой в них новой информации. Систему «человек-общество-природа» также можно рассматривать как сложное функционирующее образование, в котором экологический, а впоследствии и медико-экологический мониторинг являются диалектическими ступенями развития и совершенствования. В пределе можно прогнозировать появление Единой государственной системы социально значимых мониторингов и искусственного интеллекта.

ЛИТЕРАТУРА

1. Родзин В.И., Семенцов Г. В. Основы экологического мониторинга Таганрог, ТРТИ, 1988.

2. Примак A.B., Кафаров В.В., Качиашвили К.И. Системный анализ контроля и управления качеством воздуха и воды. Киев: Наукова думка, 1991.

К ВОЗМОЖНОСТИ ОБНАРУЖЕНИЯ И КЛАССИФИКАЦИИ ДОННЫХ ОБЪЕКТОВ НА ОСНОВЕ ИНТЕГРАЛЬНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК РАССЕЯННОГО И ОТРАЖЕННОГО АКУСТИЧЕСКИХ ПОЛЕЙ

A.C. Черепанцев

Таганрогский государственный радиотехнический университет

Classification on the base of reflecting and scattering characteristics of object and bottom of first and second echo signals are considered. Model calculations show significant separatation of grouping reflecting and scattering parameters for objects with different features of density, sound velocity, spatial correlation of roughness and their average amplitude.

Акустические волны, падающие на границу раздела "вода - донный объект" и являющиеся основной информационной компонентой в общем случае вызывают отражение от объекта, рассеяние на объекте и прохождение в объект. В простейшем случае этот процесс определяется разностью акустических импедансов между граничными средами. Можно выделить ряд основных факторов, определяющих различие в отраженном и падающем на объект акустических сигналах: различие в акустических импедансах на различных участках поверхности объекта, приводящее к расхождению отраженного сигнала; фактор акустических параметров инструментов измерения; проникновение акустического сигнала в объект, приводящее к эффекту объемного рассеяния; отражение в различных направлениях из-за неровностей поверхности объекта; фактор временной задержки по угловым направлениям за счет сферического расхождения при изменении глубины; фактор эффекта затухания акустических волн в морской среде; фактор акустических шумов.

В работе рассмотрена модель отражающей и рассеивающей поверхности объекта с параметром Рэлея кст » 1. При этом происходит сильное рассеяние звука на неровностях, что приводит к значительному ослаблению когерентной составляющей. В общем случае сигнал от поверхности объекта является суперпозицией когерентной и некогерентной составляющих, где общее среднее значение квадрата давления можно представить как:

где рк - когерентная компонента отраженного акусстического сигнала, рнк - некогерентная компонента, обусловленная эффектами рассеяния на неровностях.

Предполагая, что коэффициент отражения по давлению содержит информацию о свойствах объекта, принятый сигнал вторичного отражения от объекта должен включать когерентную и некогерентную составляющие, а границы интегрирования -включать полностью отраженный волновой пакет. В то время как коэффициент отражения ш5!9,) для первого отражения пропорционален квадрату Л, для второго отражения коэффициент акустического рассеяния пропоционален уже 4-й степени

В качестве измеряемого параметра используется некогерентная составляющая "хвоста" отраженных сигналов. При этом свойства объекта можно численно характеризовать суммарной интенсивностью "хвостовой" части отраженных сигналов. Классификация объекта при этом определяется группированием точек (К1, К2) в ограниченной области плоскости. Знание исходных характеристик (К1, К2) объекта обнаружения позволяет судить о наличии в области облучения искомого объекта.

Рассмотренная модель рассеяния на статистически неровной поверхности предполагает, что размеры неровностей значительно превышают длину волны дифрагирующего поля и неровности при этом являются достаточно плавными, так что звук локально отражается по законам геометрической акустики. Отражение в каждой точке неровной поверхности при этом предполагается тождественным отражению от бесконечной плоскости с теми же акустическими свойствами касательной к неровной поверхности в данной точке.

В работе рассмотрены модель наличия на облучаемой поверхности участка с отличными от основной поверхности отражающими и рассеивающими свойствами (объекта) и соответствующие получаемые при этом характеристики К1, К2.

В табл. 1 представлены параметры донной поверхности и объекта, имеющего размер 0,2 Ь, где Ь - характерный размер облучаемой поверхности дна.

Р

2

(1)

Я.

Таблица!

№ рис. ^ПОВ Рпов Спов СТоб Роб С0б

3.8а 0 1500 1900 0 1800 2100

3.86 0,0002 1500 2100 1500 2100 0,002

3.8в 0,002 1500 2100 1500 2100 0,0002

3.8г 0 1800 2100 1500 1900 0

3.8д 0,0002 1800 2100 1500 1900 0,002

3.8е 0,0002 1500 1900 1800 2100 0,002

На рис, 1 представлены соответствующие сигналы во временной области, а на рис.2 представлено распределение параметров К1 - К2 для моделей из табл.2. При этом для получения представления об устойчивости поведения распределения точек на плоскости для моделей со статистически неровной поверхностью сгенерированы по три выборки случайных значений уровней поверхности с одинаковым параметром о.

0.0013 0.001 О 0025 О ЛОЗ *

а

I (с )

V

!

0.002 О И

Г

4=)

Л40 ' 0.001 0.0019

*<С)

Рис. 1

..............— ----------- — _ 7 |

1 5 1 х...................... ++ ...+........................... о! I

"X............................!.................. О

-...................- « О

3 хх : I

1-10"® ичо"' мча"" 1.8*10 ^ К1

Рис. 2

Таблица 2

№ группы Рпов г ^пов ^ПОВ Роб Соб СТоб

1 1500 1900 0 1500 1900 0

2 1500 1900 0 1800 2100 0

3 1500 1900 0 1500 1900 0,01

4 1500 1900 0 1500 1900 0,05

5 1500 1900 0,01 1800 2100 0,01

6 1500 1900 0,01 1800 2100 0,05

7 1500 1900 0,05 1300 1700 0,01

Полученные зависимости указывают на значимое группирование точек с постоянными параметрами в ограниченной области. При этом данные области устойчиво локализованы, что позволяет говорить о возможной чувствительности параметров (К1 - К2) как к вариациям параметров неровностей поверхности объекта, находящегося в зоне облучения, так и к параметрам отражающих свойств объекта, таким, как плотность и скорость звука.

МЕТОД ПОВЫШЕНИЯ НАПРАВЛЕННЫХ СВОЙСТВ АКУСТИЧЕСКИХ АНТЕНН

С. А. Борисов, А. В. Бросалин

Таганрогский государственный радиотехнический университет

Решение современных научно-технических и инженерных задач требует от современных локационных систем достижения высокой разрешающей способности в определении как пространственных, так и физико-химических характеристик объектов. В свою очередь это приводит к появлению новых алгоритмов обработки сигналов и выработке оригинальных конструкций приемоизлучающих акустических систем.