CC BY
7технических служб, отделов главного механика и главного энергетика с экспертной организацией дает возможность оперативно, ежедневно вести мониторинг текущего состояния объектов экспертизы.
Сейчас в области проведения экспертизы достаточно фирм-однодневок, как упоминалось выше, проводящих экспертизу формально. Действия подобных организаций подрывают авторитет ответственных экспертных организаций и само отношение к системе экспертизы промышленной безопасности в целом. Некачественная экспертиза это не только обман заказчика, федерального органа исполнительной власти Ростехнадзора, это и негативные последствия, такие как аварии, сопровождающиеся и возможной гибелью людей. При нахождении в составе горнодобывающей Компании экспертной организации,
во главу угла становится, прежде всего, качество работ. Для решения этих проблем мало только желания эксплуатирующих организаций, представителей производственной сферы, здесь необходимо принятие мер на государственном уровне, корректировка [1, ст.13 п. 2, п. 10].
Литература:
1. Федеральный закон РФ от 21 июля 1997 г. N 116-ФЗ «О промышленной безопасности опасных производственных объектов».
2. Методические рекомендации по организации производственного контроля за соблюдением требований промышленной безопасности на опасных производственных объектах. РД 04-355-00.
ТРАССИРОВАНИЕ ДВИЖУЩИХСЯ ИСТОЧНИКОВ ШУМА В ПОДВОДНОМ
ВОЛНОВОДЕ
Чиров Дмитрий Валентинович
кандидат тех. наук, доцент, ст. научный сотрудник, ЗАО «СПИИРАН - Научно-техническое бюро высоких технологий»
г. Санкт-Петербург
Леонтьев Юрий Борисович
кандидат тех. наук, ст. научный сотрудник,
Санкт-Петербургский институт информатики и автоматизации Российской академии наук
г. Санкт-Петербург
TRACKING THE MOVING SOURCES OF NOISE IN A UNDERWATER WAVEGUIDE
Chirov Dmitry, Candidate of Science, assistant professor, Senior Reseacher of Joint-Stock Company "SPIIRAS Hi Tech Research and Development Office Ltd (SPIIRAS-HTR&DO Ltd)", St. Petersburg
Leontev Yuri, Candidate of Science, Senior Reseacher of St. Petersburg Institute for Informatics and Automation of the Russian Academy of Sciences, St. Petersburg АННОТАЦИЯ
Рассмотрены особенности реализации алгоритмов согласованной со средой обработки при обозначении отметками трасс источников шума, движущихся в мелководном подводном волноводе. Приводятся методы расчета передаточной функции среды, положенные в основу алгоритмов согласованной со средой обработки Bartlett'а и голографического алгоритма. Отмечается преимущество голографического алгоритма обусловленное характером реализованного для него накопления по частоте сигналов локальных источников шума.
ABSTRACT
Discusses the features of matched-field processing algorithms tracking the sources of noise moving in a shallow underwater waveguide. Presents the models which provide calculation of the transfer function of the waveguide underlying of the matched-field Bartlett algorithm and holographic algorithm. It is noted that the holographic algorithm has performance benefits compared to traditional Bartlett algorithm.
Ключевые слова: согласованная со средой обработка; трасса; источник шума; подводный волновод; пространственный канал; голографический алгоритм.
Keywords: matched-field processing; tracking of the source of noise; shallow waveguide; spatial channel; holographic algorithm.
Возможность трассирования или слежения за трассами движущихся под водой источников шума имеет большое практическое значение для динамической локализации объектов в пространстве подводного волновода. Такая возможность может быть реализованапутем обозначения трассыисточника шума совокупностью яркостных или цветовых отметок вдоль
траектории его движения в виртуальном пространстве волновода, характеризующих истинное положение источника в различные моменты времени. В условиях малого отношения сигнал/помеха обозначенная таким образом трасса может быть обнаружена даже при пропусках отметок вдоль траектории источника, обусловленных влиянием помех.
Одним из способов формирования отметок, показывающих положение источника шума в подводном волноводе, являются методы согласованной со средой обработки сигналов. При циклическом функционировании алгоритма согласованной со средой обработки шумовых сигналов, принимаемых от источника с временным периодом, на котором перемещение источника оказывается достаточно малым, последовательность отметок, характеризующих положение источника, обеспечивает визуализацию его трассы и на практике реализует принцип подводного звуковидения в пространстве волновода.
Рассмотрению особенностей работы алгоритмов согласованной со средой обработки при обозначении трасс источников шума, движущихся в подводном волноводе, посвящена данная статья.
Методы согласованной со средой обработки сигналов, известные из англоязычной литературы как matching field processing (MFP), активно развиваются последние несколько десятилетий. Наиболее полный обзор методов согласованной со средой обработки в гидроакустикеприводитсявработе[6].Сутьэтихметодов состоит в решении задачи фокусирования приемной антенной решетки в волноводе на основе замены традиционной плосковолновой модели акустического сигнала моделью в виде суперпозиции звуковых волн с криволинейными фронтами, согласованными с изменениями в волноводе передаточной функции среды. В результате такого фокусирования в пространстве волновода формируется фокальное пятно, перемещение которого позволяет локализовать источники шума по уровню акустической мощности.
Особенностью методов согласованной со средой обработки является необходимость расчета передаточной функции среды в подводном волноводе. Соответствие таких расчетов реальным характеристикам подводного волновода определяет эффективность реализации этих методов. В этой связи, для согласованной со средой обработки особую важность имеют адекватность расчетной модели распространения акустических волн реальным волновым процессам в подводной среде и точность геопространственных данных о параметрах подводного волновода. Такая информационная поддержка может обеспечиваться современными интеллектуальными геоинформационными системами (ИГИС) [3].
В основу моделей расчета передаточной функции среды в подводных волноводах могут быть положены различные методы решения волнового уравнения. Один из таких методов предложен В.Ю. Завадским [1,2] и основан на приведении исходного эллиптического волнового уравнения для комплексной амплитуды поля
U(x, z) й й
4 7 , при x и z - горизонтальной и вертикальной координатах, к системе модифицированных уравнений Гельмгольца
дX (x,z) + дX (X, z) + 2Jk dVsr ( x, z ) +
dx2 dz2
+k2scp(x,z)Vsr (x,z) = 0,
dx
д V (^) - 2 к у (*> *)+
дх2 дг2 дх
+к 2аср( х, I )У„ (х, г ) = 0, (2)
Г (х, г) = и(х, г) ехр (-]кх) для величин > / ч > / н / и
VI ( х, г ) = и ( х, г ) ехр ( ]кх)
4 ' 4 ' 4 ', характеризующих
соответственно расходящиеся от источника и
0 <ф(х, 2)< 1, сходящиеся к источнику волны. Здесь 4 '
^ - параметр неоднородности волновода, определяемый диапазоном изменения в нем скорости звука, К - минимальное значение волнового числа. В работах В.Ю. Завадского показано, что в условиях
S
(s<< 1),
(1)
малого параметра неоднородности соответствующих реальным морским волноводам, при определенном выборе шага расчетной сетки по каждой из координат разностные аналоги уравнений (1) и (2) могут использоваться для расчета полей волн различного вида. В этом случае решение уравнения (1) в узлах расчетной сетки позволяет определить значения передаточной функции среды поля прямых или распространяющихся от источника волн, а решение уравнения (2) - значения передаточной функции среды поля обратных или сходящихся к источнику волн.
Решение уравнений (1) и (2) методом конечных разностей [1,2], позволяет реализовать как широко известный традиционный алгоритм согласованной со средой обработки Bartlett'а [6], так и алгоритм голографического восстановления поля источника в пространстве подводного волновода или голографический алгоритм согласованной со средой обработки [1,2,7].
Особенностью алгоритма согласованной со средой обработки при слежении за трассами шумящих источников в волноводе является необходимость циклического функционирования с периодом, за который эти перемещение этих источников является малым. В этой связи, необходимо принятие мер по повышению скорости работы алгоритма. К таким мерам можно отнести предварительный расчет значений передаточной функции среды в узлах расчетной сетки, покрывающей пространство волновода [4,5]. В условиях предположения о незначительном за время наблюдения изменении параметров среды, найденные значения передаточной функции могут многократно использоваться для формирования отметок согласованной со средой обработки. При этом, если для алгоритма согласованной со средой обработки Bartlett'а речь в данном случае идет о передаточной функции среды поля прямых волн, то для голографического алгоритма - о передаточной функции среды поля обратных волн.
Следует отметить, что при согласованной со средой обработке образ распределения мощности шума в пространстве волновода формируется выходными сигналами множества пространственных каналов, под которыми следует понимать ячейки, на которые в ходе работы алгоритма разбивается пространство волновода. Размеры пространственных каналов при
этом имеют размеры, соответствующие шагам расчета передаточной функции среды по дистанции и глубине.
Результатом рабочего цикла функционирования алгоритма согласованной со средой обработки является образ распределения акустической мощности в виртуальном пространстве волновода, полученный для одного цикла накопления входных выборок на элементах приемной антенны. В этой связи, для обеспечения процесса слежения за трассами источников шума на продолжительном интервале времени для циклически функционирующего алгоритма согласованной со средой обработки необходимо обеспечить отображение в едином виртуальном пространстве информации о положении источников, полученной для различных циклов накопления входных выборок. Эта задача может быть решена путем наложения на начальный образ распределения акустической мощности в волноводе областей вблизи максимальных значений образов, полученных для последующих циклов накопления входных выборок на элементах приемной антенны.
Формирование образа распределения акустической мощности в подводном волноводе для алгоритма согласованной со средой обработки Bartlett'а производится путем накопления в пространственных каналах, покрывающих пространство волновода, сигналов на частотах рабочего диапазона, соответствующих мощности процесса на выходе приемной антенны при условии её фокусирования в область локализации каждого пространственного канала. При этом реализуется некогерентное накопление сигналов по частоте.
В пространственных каналах голографического алгоритма, реализованного в соответствии с работами [1,2,7], в отличие от алгоритма Bartlett'а, на частотах рабочего диапазона накапливаются сигналы давления восстановленного акустического поля в подводном волноводе. В условиях размещения в области произвольного пространственного канала локального источника шума, для этого пространственного канала производится когерентное накопление сфазированных на разных частотах сигналов, величина которых определяется мощностью шума источника на этих частотах. В этой связи, голографический алгоритм имеет существенное преимущество по эффективности
по сравнению с традиционным алгоритмом Bartlett'а.
К основным, представляющим практический интерес, особенностям функционирования алгоритмов согласованной со средой обработки при трассировании источников шума в подводном волноводе можно отнести:
Цикличность работы алгоритма, обеспечивающая формирование отметок, обозначающих трассы источников шума.
Предварительный расчет значений передаточной функции среды в узлах расчетной сетки в области наблюдения в пространстве волновода.
Отображение в едином виртуальном пространстве информации о положении источников шума путем наложения на начальный образ распределения акустической мощности в волноводе областей вблизи максимальных значений образов, полученных для последующих циклов работы алгоритма.
Список литературы
1. Завадский В.Ю. Метод сеток для волноводов. М.: Наука, 1986. -368 с.
2. Завадский В.Ю. Моделирование волновых процессов. М.: Наука, 1991. -248 с.
3. Интеллектуальные географические информационные системы для мониторинга морской обстановки / Под общ. ред. чл.-кор. РАН Р.М. Юсупова и д-ра техн. наук В.В. Поповича. СПб.: Наука, 2013. -283 с.
4. Kolev N., Georgiev G. Sonar model based matched field signal processing // Sonar Systems. -ISBN 978-953-307-345-3. -InTech. -2011.
5. Mantzel W., Romberg J., Sabra K. Compressive Matched-Field Processing.- 2011. -[электронный ресурс] -URL:[http://pdf.sport2.org/matched-field-processing-pdf-s597].
6. Сазонтов А.Г., Малеханов А.И. Согласованная пространственная обработка сигналов в подводных звуковых каналах (обзор) // Акустический журнал. -2015. -т.61. - №2. -с. 233-253.
7. Чиров Д.В. Компьютерная визуализация источника звука в мелководном волноводе // Фундаментальная и прикладная гидрофизика. -2014. -т.7. -№3. - с. 80-95.
