RU2820030C2 - Method of profiling bottom sediments and device for implementation thereof - Google Patents

Abstract

FIELD: physics.

SUBSTANCE: group of inventions includes means of profiling bottom sediments. Summary: device for profiling bottom sediments comprises generator (1) of phase-shift keyed signals, first (2) and second (7) amplifiers, first (3) and second (6) cables, acoustic radiator (4), hydrophone (5), correlator (12) and graphic plotter (13) of bottom sediments profile. Correlator (12) includes a controlled delay unit (8), multiplier (9), low-pass filter (10) and extreme controller (11).

EFFECT: increased accuracy of bottom sediments profiling.

2 cl, 2 dwg

Description

Предлагаемые способ и устройство относятся к области геофизики и могут быть использованы в геологии для изучения структуры донных отложений шельфовых областей мирового океана, подводной акустике для поиска полезных ископаемых, а также для изучения распространения звука в мелком море.The proposed method and device relate to the field of geophysics and can be used in geology to study the structure of bottom sediments of shelf areas of the world's oceans, underwater acoustics for searching for minerals, as well as to study the propagation of sound in shallow seas.

В настоящее время существует достаточно много способов для профилирования донных осадков. К наиболее часто используемым относятся методы сейсмопрофилирования и эхолокации с использованием акустических сигналов (Евтюков А.П., Колесников А.Е., Ляликов А.П. и др. Справочник по гидроакустике. - Л.: Судостроение, 1982. - 340 с.).Currently, there are many methods for profiling bottom sediments. The most commonly used methods include seismic profiling and echolocation using acoustic signals (Evtyukov A.P., Kolesnikov A.E., Lyalikov A.P. et al. Handbook on hydroacoustics. - L.: Shipbuilding, 1982. - 340 p. ).

Метод сейсмопрофилирования основан на использовании для зондирования импульсного широкополосного сигнала, для получения которого используют, в основном, пневмопушки или электроискровые источники, а приемные системы состоят из протяженных буксируемых сейсмокос. По результатам обработки отраженных сигналов строятся годографы и, таким образом, восстанавливается структура осадочного чехла и глубина залегания пород фундамента.The seismic profiling method is based on the use of a pulsed broadband signal for probing, for which air guns or electric spark sources are mainly used, and the receiving systems consist of extended towed seismic streamers. Based on the results of processing the reflected signals, hodographs are constructed and, thus, the structure of the sedimentary cover and the depth of the basement rocks are restored.

Достоинством данного способа определения структуры дна является наибольшая из всех систем глубина сканирования дна (до нескольких километров), а недостатками - недостаточно высокая разрешающая способность, высокие стоимость оборудования и эксплуатационные затраты.The advantage of this method of determining the bottom structure is the greatest depth of bottom scanning of all systems (up to several kilometers), and the disadvantages are insufficiently high resolution, high cost of equipment and operating costs.

В методе эхолокации используют акустические сигналы, различающиеся по типам излучаемого сигнала: с применением дельта-импульса, гармонического и линейно-частотно-модулированного сигнала. Достоинствами данного способа является высокая разрешающая способность порядка 0,5-1 м, простота алгоритмов обработки сигнала, компактность приемоизлучающей системы. К общим недостаткам, свойственным всем этим методам, можно отнести сравнительно малую глубину зондирования донных отложений (десятки - сотни метров). (Евтюков А.П., Колесников А.Е., Ляликов А.П. и др. Справочник по гидроакустике. - Л.: Судостроение, 1982, 340 с.).The echolocation method uses acoustic signals that differ in the types of emitted signal: using a delta pulse, harmonic and linear frequency modulated signal. The advantages of this method are high resolution of the order of 0.5-1 m, simplicity of signal processing algorithms, and compactness of the transceiver system. The common disadvantages common to all these methods include the relatively shallow probing depth of bottom sediments (tens to hundreds of meters). (Evtyukov A.P., Kolesnikov A.E., Lyalikov A.P. et al. Handbook on hydroacoustics. - L.: Shipbuilding, 1982, 340 p.).

Известны также способы профилирования донных отложений (авт. свид. СССР №1.193.622; патенты РФ №№2.044.331, 2.087.926, 2.256.069; Касаткин Б.А., Косарев Г.В., Ларионов Ю.Г. Исследование дна Амурского залива акустическим профилографом высокого разрешения. Сборник трудов XI сессии Российского акустического общества. - М.: ГЕОС, 2001, т. 2. - С. 18-22; Акуличев В.А., Безответных В.В., Буренин А.В., Войтенко Е.А., Каменев С.М., Моргунов Ю.Н., Половинка Ю.А., Стробыкин Д.С. Акустический мониторинг динамики и структуры вод на шельфе Японского моря. XI школа-семинар акад. Л.М. Бреховских «Акустика океана». - М.: ГЕОС, 2006. - С. 149 и другие).Methods for profiling bottom sediments are also known (USSR author's certificate No. 1.193.622; RF patents No. 2.044.331, 2.087.926, 2.256.069; Kasatkin B.A., Kosarev G.V., Larionov Yu.G. Study of the bottom of the Amur Bay with a high-resolution acoustic profiler. Collection of proceedings of the XI session of the Russian Acoustic Society. - M.: GEOS, 2001, vol. 2. - P. 18-22; .V., Voitenko E.A., Kamenev S.M., Morgunov Yu.N., Polovinka Yu.A., Strobykin D.S. Acoustic monitoring of water dynamics and structure on the shelf of the Sea of Japan XI school-seminar. L.M. Brekhovskikh “Ocean Acoustics”. - M.: GEOS, 2006. - P. 149 and others).

Из известных способов наиболее близким к предлагаемому является «Способ профилирования донных отложений» (патент РФ №2.256.069, G01V 1/38, 2007), который и выбран в качестве прототипа.Of the known methods, the closest to the proposed one is the “Method for profiling bottom sediments” (RF patent No. 2.256.069, G01V 1/38, 2007), which was chosen as a prototype.

Известный способ не требует громоздких протяженных приемоизлучающих систем, основан на акустическом профилировании донных осадков с использованием сложных фазоманипулированных сигналов, модулированной М - последовательностью, что позволяет существенно увеличить глубину зондирования при сохранении высокой разрешающей способности, а за счет отсутствия зоны тени получить качественные профилограммы независимо от глубины погружения приемоизлучающей системы.The known method does not require bulky extended receiving-emitting systems; it is based on acoustic profiling of bottom sediments using complex phase-keyed signals modulated by the M sequence, which allows to significantly increase the sounding depth while maintaining high resolution, and due to the absence of a shadow zone, obtain high-quality profilograms regardless of depth immersion of the receiving-emitting system.

М - последовательность представляет собой бинарную последовательность импульсов, которая обладает важным свойством - ее автокорреляционная функция, измеренная за конечный интервал времени, представляет собой один узкий треугольник, шириной 2 символа. Длина М - последовательности определяется количеством содержащихся в ней бинарных символовThe M-sequence is a binary sequence of pulses, which has an important property - its autocorrelation function, measured over a finite time interval, is one narrow triangle, 2 symbols wide. The length of the M sequence is determined by the number of binary characters it contains

N=2ⁿ-1,N=2 ⁿ -1,

где n - сложность последовательности.where n is the complexity of the sequence.

Использование для профилирования донных осадков фазоманипулированного акустического зондирующего сигнала, модулированного М - последовательностью, позволяет:The use of a phase-shift keyed acoustic sounding signal, modulated by the M-sequence, for profiling bottom sediments allows:

- увеличить разрешение профилирования, поскольку оно определяется с точностью до одного символа и определяется количеством периодов несущей частоты на символ;- increase the profiling resolution, since it is determined with an accuracy of one symbol and is determined by the number of carrier frequency periods per symbol;

- в широком диапазоне регулировать глубину зондирования, позволяя получать качественные профили донных осадков на глубинах от 1 до 500 м, поскольку она зависит от мощности излучаемого сигнала и пропорциональна корню из количества символов в применяемой последовательности. Глубина зондирования увеличивается также за счет повышения помехозащищенности зондирующего сигнала, так как позволяет выделять слабые сигналы на фоне существенных помех;- adjust the probing depth over a wide range, allowing you to obtain high-quality profiles of bottom sediments at depths from 1 to 500 m, since it depends on the power of the emitted signal and is proportional to the root of the number of symbols in the sequence used. The probing depth also increases due to increased noise immunity of the probing signal, as it allows one to identify weak signals against the background of significant interference;

- исключить мертвую зону, так как обработка сигналов данного типа за счет свойств когерентности позволяет уверенно выделять отраженный сигнал на фоне продолжающегося излучения зондирующего сигнала.- eliminate the dead zone, since the processing of signals of this type due to the properties of coherence allows one to confidently isolate the reflected signal against the background of the ongoing emission of the probing signal.

Выходные характеристики акустического зондирующего сигнала, а именно несущую частоту, можность излучаемого сигнала, количество периодов несущей частоты на символ, сложность последовательности выбирают в зависимости от поставленной задачи. Увеличение частоты дает улучшение разрешающей способности, но уменьшается глубина за счет увеличивающегося с частотой затухания сигнала. Уменьшение частоты, соответственно, наоборот. Увеличение сложности сигнала приводит к увеличению глубины зондирования, а увеличение частоты несущего сигнала приводит к увеличению разрешающей способности. (Акуличев В.А., Безответных В.В., Буренин А.В., Войтенко Е.А., Каменев С.М., Моргунов Ю.Н., Половинка Ю.А., Стробыкин Д.С. Акустический мониторинг динамики и структуры вод на шельфе Японского моря. XI школа-семинар акад. Л.М. Бреховских «Акустика океана». - М.: ГЕОС, 2006. - С. 149).The output characteristics of the acoustic probing signal, namely the carrier frequency, the capability of the emitted signal, the number of periods of the carrier frequency per symbol, and the complexity of the sequence are selected depending on the task at hand. Increasing the frequency improves resolution, but the depth decreases due to the signal attenuation increasing with frequency. Reducing the frequency, accordingly, is the opposite. An increase in signal complexity leads to an increase in probing depth, and an increase in the frequency of the carrier signal leads to an increase in resolution. (Akulichev V.A., Bezotvetnykh V.V., Burenin A.V., Voitenko E.A., Kamenev S.M., Morgunov Yu.N., Polovinka Yu.A., Strobykin D.S. Acoustic monitoring dynamics and structure of waters on the shelf of the Sea of Japan. XI school-seminar of academician L.M. Brekhovskikh “Ocean Acoustics”.

В известном способе для определения корреляционной функции используют непрерывное перемножение входных сигналов при различных значениях временной задержки одного из них.In the known method, to determine the correlation function, continuous multiplication of input signals is used at different values of the time delay of one of them.

Однако два основных узла таких корреляторов - блок временной задержки и аналоговое множительное устройство для заданной полосы частот, отличаются сложностью, громоздкостью и низкой надежностью. Это снижает точность и надежность устройства, реализующего известный способ, в целом. Кроме того, осуществление более быстродействующей схемы параллельного вычисления нескольких точек корреляционной функции потребовало бы дублирования и без того сложных множительных устройств, блока временной задержки, и значительно усложнило бы корреляционную систему.However, the two main components of such correlators - a time delay unit and an analog multiplier for a given frequency band - are complex, bulky and low in reliability. This reduces the accuracy and reliability of the device implementing the known method as a whole. In addition, the implementation of a faster scheme for parallel calculation of several points of the correlation function would require duplication of the already complex multiplying devices, a time delay unit, and would significantly complicate the correlation system.

Из вышеизложенного очевидна необходимость поиска более простых аппаратных методов вычисления корреляционной функции.From the above, the need to find simpler hardware methods for calculating the correlation function is obvious.

Одним из таких аппаратных методов вычисления корреляционной функции является корреляционная экстремальная система, которая обеспечивает не вычисление всех ординат корреляционной функции, а лишь положение ее максимума на оси абсцисс.One of these hardware methods for calculating the correlation function is the correlation extremal system, which does not provide the calculation of all ordinates of the correlation function, but only the position of its maximum on the abscissa axis.

Технической задачей изобретения является повышение точности и надежности профилирования донных отложений путем определения и поддержания максимума корреляционной функции на оси абсцисс.The technical objective of the invention is to increase the accuracy and reliability of bottom sediment profiling by determining and maintaining the maximum of the correlation function on the x-axis.

Поставленная задача решается тем, что способ профилирования донных отложений, включающий излучение импульсного акустического зондирующего фазоманипулированного сигнала, модулированного М-последовательностью, прием отраженного сигнала, его корреляционную обработку, включающую перемножение зондирующего и отраженного сигналов, и выделение низкочастотного напряжения, пропорционального корреляционной функции R(τ), где τ - текущая временная задержка, и последующее графическое построение профиля донных отложений по времени задержки отраженного сигнала, отличается от ближайшего аналога тем, что зондирующий сигнал перед перемножением с отраженным сигналом пропускают через блок регулируемой задержки, изменением задержки τ обеспечивают максимум корреляционной функции, поддерживают корреляционную функцию на максимальном уровне, фиксируют временную задержку τ_з между зондирующим и отраженным сигналами, соответствующую максимальному значению корреляционной функции R(τ), и по ее значению осуществляют графическое построение профиля донных отложений.The problem is solved by the fact that the method of profiling bottom sediments, including the emission of a pulsed acoustic probing phase-shift keyed signal modulated by an M-sequence, the reception of the reflected signal, its correlation processing, including the multiplication of the probing and reflected signals, and the extraction of low-frequency voltage proportional to the correlation function R(τ ), where τ is the current time delay, and the subsequent graphical construction of the profile of bottom sediments based on the delay time of the reflected signal, differs from the closest analogue in that the probing signal, before multiplying with the reflected signal, is passed through an adjustable delay block, changing the delay τ ensures the maximum correlation function, the correlation function is maintained at the maximum level, the time delay τ _between the probing and reflected signals is recorded, corresponding to the maximum value of the correlation function R(τ), and a graphical construction of the bottom sediment profile is carried out based on its value.

Поставленная задача решается тем, что устройство профилирования донных отложений, состоящее из последовательно включенных генератора фазоманипулированных сигналов, первого усилителя, первого кабеля и акустического излучателя, последовательно включенных гидрофона, второго кабеля, второго усилителя, перемножителя и фильтра нижних частот, отличается от ближайшего аналога тем, что оно снабжено блоком регулируемой задержки, экстремальным регулятором и графическим построителем профиля донных отложений, причем второй вход перемножителя через блок регулируемой задержки соединен со вторым выходом генератора фазоманипулированных сигналов, к выходу фильтра нижних частот последовательно подключены экстремальный регулятор, блок регулируемой задержки и графический построитель профиля донных отложений.The problem is solved by the fact that the device for profiling bottom sediments, consisting of a sequentially connected phase-shift keying signal generator, a first amplifier, a first cable and an acoustic emitter, a sequentially connected hydrophone, a second cable, a second amplifier, a multiplier and a low-pass filter, differs from the closest analogue in that that it is equipped with an adjustable delay block, an extreme controller and a graphic builder of the bottom sediment profile, and the second input of the multiplier through the adjustable delay block is connected to the second output of the phase-shift keyed signal generator, the extreme controller, the adjustable delay block and the graphic builder of the bottom sediment profile are sequentially connected to the output of the low-pass filter sediments.

Структурная схема устройства, реализующего предлагаемый способ профилирования донных отложений, представлена на фиг. 1.A block diagram of a device that implements the proposed method for profiling bottom sediments is shown in Fig. 1.

Представленное на фиг. 1 устройство содержит последовательно включенные генератор 1 фазоманипулированных сигналов, первый усилитель 2, кабель 3 и акустический излучатель 4, последовательно включенные приемник (гидрофон) 5, второй кабель 6, второй усилитель 7, перемножитель 9, второй вход которого через блок 8 регулируемой задержки соединен с вторым выходом генератора 1 фазоманипулированных сигналов, фильтр 10 нижних частот, экстремальный регулятор 11, блок 8 регулируемой задержки и графический построитель 13 профиля донных отложений; блок 8 регулируемой задержки, перемножитель 9, фильтр 10 нижних частот и экстремальный регулятор 11 образуют коррелятор 12.Shown in FIG. 1 device contains a series-connected generator 1 of phase-shifted signals, a first amplifier 2, a cable 3 and an acoustic emitter 4, a series-connected receiver (hydrophone) 5, a second cable 6, a second amplifier 7, a multiplier 9, the second input of which is connected through an adjustable delay block 8 to the second output of the generator 1 of phase-shifted signals, a low-pass filter 10, an extreme regulator 11, an adjustable delay block 8 and a graphic builder 13 of the bottom sediment profile; adjustable delay block 8, multiplier 9, low-pass filter 10 and extreme controller 11 form correlator 12.

В качестве примера на фиг. 2 представлены результаты профилирования участка шельфовой области Японского моря в районе залива Посьета акустическим сигналом мощностью 50 Вт с центральной несущей частотой излучателя 2125 Гц и с четырьмя периодами на символ. Излучающая система представляла собой излучатель кольцевого типа с собственной частотой резонанса 2400 Гц, помещенный в массивный фокусирующий экран с целью формирования узкой диаграммы направленности. В состав излучающей системы также входят усилитель и генератор фазоманипулированных сигналов, расположенные на береговом посту. Приемная система состояла из свернутой в кольцо диаметром 0,5 метра сейсмокосы, экрана, препятствующего проникновению отраженного от поверхности воды сигнала, и кабельного усилителя. Приемоизлучающий блок был стационарно установлен в 55 метрах от берега на дно на глубине 13 м и сообщался с береговым постом по кабельным линиям.As an example, in FIG. Figure 2 presents the results of profiling a section of the shelf area of the Sea of Japan in the Posiet Bay area with an acoustic signal with a power of 50 W with a central carrier frequency of the emitter of 2125 Hz and with four periods per symbol. The radiating system was a ring-type emitter with a natural resonance frequency of 2400 Hz, placed in a massive focusing screen to form a narrow radiation pattern. The radiating system also includes an amplifier and a phase-shift keyed signal generator located at the shore post. The receiving system consisted of a seismic streamer rolled into a ring with a diameter of 0.5 meters, a screen that prevented the penetration of the signal reflected from the water surface, and a cable amplifier. The receiving-emitting unit was permanently installed 55 meters from the shore on the bottom at a depth of 13 m and communicated with the coastal post via cable lines.

На фиг. 2 обозначены координаты: х - глубина, у - нормированная корреляционная функция сигнала. Сплошной линии соответствует зондирующий сигнал длиной в 511 символов, а пунктирной линии - сигнал длиной 63 символа. Первый пик соответствует приходу прямого сигнала с излучающей системы на приемную, а последующие четыре соответствуют отражениям от границы раздела четырех слоев донных осадков. Пики, полученные с глубины более 30 метров, являются корреляционным шумом, так как при применении более длинной М - последовательности они существенно уменьшаются. Связано это с тем, что в данном месте глубина залегания графитного фундамента составляет 20-30 метров.In fig. 2 the coordinates are indicated: x - depth, y - normalized correlation function of the signal. The solid line corresponds to a probing signal with a length of 511 characters, and the dotted line corresponds to a signal with a length of 63 characters. The first peak corresponds to the arrival of a direct signal from the emitting system to the receiving system, and the next four correspond to reflections from the interface of four layers of bottom sediments. Peaks obtained from a depth of more than 30 meters are correlation noise, since when using a longer M-sequence they are significantly reduced. This is due to the fact that in this place the depth of the graphite foundation is 20-30 meters.

Предлагаемый способ осуществляют следующим образом.The proposed method is carried out as follows.

С помощью генератора 1 формируют сложный сигнал с фазовой манипуляцией (ФМН).Using generator 1, a complex signal with phase shift keying (PSK) is generated.

где , ω_с, ϕ_с, Т_с - амплитуда, несущая частота, начальная фаза и длительность сигнала;Where , ω _с , ϕ _с , Т _с - amplitude, carrier frequency, initial phase and duration of the signal;

ϕ_к(t)={0, π} - манипулируемая составляющая фазы, отображающая закон фазовой манипуляции в соответствии с модулирующим кодом M(t), причем ϕ_к(t)=const при K τ_э<t<(K+1) τ_э и может изменяться скачком при t=K τ_э, т.е. на границах между элементарными посылками (K=1, 2, …, N-1);ϕ _to (t)={0, π} - manipulated phase component, displaying the law of phase manipulation in accordance with the modulating code M(t), and ϕ _to (t)=const for K τ _e <t<(K+1) τ _e and can change abruptly at t=K τ _e , i.e. at the boundaries between elementary premises (K=1, 2, ..., N-1);

τ_э, N - длительность и количество элементарных посылок, из которых составлен сигнал длительностью Т_с (Т_с=N*τ_э);τ _e , N - duration and number of elementary parcels from which a signal of duration T _s is composed (T _s =N*τ _e );

N=2ⁿ-1,N=2 ⁿ -1,

который после усиления в усилителе 2 поступает на акустический излучатель 4 и излучается им в сторону донных отложений.which, after amplification in amplifier 2, is supplied to the acoustic emitter 4 and emitted by it towards the bottom sediments.

Акустический излучатель 4 представляет собой пьезокерамический излучатель кольцевого типа с собственной частотой резонанса 2400 Гц, помещенный в массивный фокусирующий экран с целью формирования узкой диаграммы направленности. При этом генератор 1 ФМН-сигналов и усилитель 2 расположены на береговом посту.Acoustic emitter 4 is a ring-type piezoceramic emitter with a natural resonance frequency of 2400 Hz, placed in a massive focusing screen to form a narrow radiation pattern. In this case, the generator 1 of PSK signals and the amplifier 2 are located at the shore post.

Отраженный от дна и задержанный на время транспортного запаздывания τ_з сигналThe signal reflected from the bottom and delayed by the transport delay time τ _z

воспринимается приемной системой 5 (гидрофоном), состоящей из свернутой в кольцо диаметром 0,5 метра сейсмокосы, экрана, препятствующего проникновению отраженного от поверхности воды сигнала, кабельного усилителя 7.is perceived by the receiving system 5 (hydrophone), consisting of a seismic streamer rolled into a ring with a diameter of 0.5 meters, a screen that prevents the penetration of the signal reflected from the water surface, and a cable amplifier 7.

Время задержки τ_з отраженного сигнала зависит от глубины h и скорости распространения сигнала в воде СThe delay time τ _{з of} the reflected signal depends on the depth h and the speed of signal propagation in water C

τ_з=2h/С.τ _з =2h/С.

Отраженный сигнал с выхода кабельного усилителя 7 поступает на второй вход перемножителя 9, на первый вход которого со второго выхода генератора 1 ФМН-сигнала через блок 8 регулируемой задержки подается зондирующий сигнал. Полученное на выходе перемножителя 9 напряжение пропускается через фильтр 10 нижних частот, на выходе которого формируется корреляционная функция R(τ). Экстремальный регулятор 11, предназначенный для поддержания максимального значения корреляционной функции R(τ) и подключенный к выходу фильтра 10 нижних частот, воздействует на управляющий вход блока 8 регулируемой задержки и поддерживает вводимую им задержку τ равной τ_з (τ=τ_з), что соответствует максимальному значению корреляционной функции R(τ). Графический построитель 13 профиля донных отложений, связанный со шкалой блока 8 регулируемой задержки, позволяет непосредственно считывать глубину h донных отложенийThe reflected signal from the output of the cable amplifier 7 is supplied to the second input of the multiplier 9, to the first input of which a probing signal is supplied from the second output of the PSK signal generator 1 through an adjustable delay block 8. The voltage obtained at the output of multiplier 9 is passed through a low-pass filter 10, at the output of which a correlation function R(τ) is formed. Extreme controller 11, designed to maintain the maximum value of the correlation function R(τ) and connected to the output of the low-pass filter 10, acts on the control input of the adjustable delay block 8 and maintains the delay τ introduced by it equal to τ _z (τ = τ _z ), which corresponds to the maximum value of the correlation function R(τ). Graphic plotter 13 of the bottom sediment profile, associated with the scale of the adjustable delay block 8, allows you to directly read the depth h of bottom sediments

h=С τ_з/2h=С τ _з /2

и получить качественную профилограмму независимо от положения приемоизлучающей системы, которая может находиться на водной поверхности или погружаться в воду на различную глубину.and obtain a high-quality profilogram regardless of the position of the receiving-emitting system, which can be located on the water surface or immersed in water to different depths.

При типовых технологических и конструктивных решениях, свойственных методу акустического эхолоцирования, и сравнимой разрешающей способности, использование акустического ФМН-сигнала, модулированного М - последовательностью, позволяет существенно увеличить глубину зондирования осадочного чехла при одинаковой мощности сигнала. В результате корреляционной обработки детектирование отраженного от границ слоев акустического сигнала происходит при соотношении сигнал/шум существенно меньше единицы. Использование сигналов разной длительности с различным количеством периодов на символ позволяет в широком диапазоне регулировать глубину зондирования и разрешающую способность системы. Также, благодаря когерентности фазоманипулированного акустического сигнала, модулированного М - последовательностью, отсутствует зона тени, что позволяет получать качественные профилограммы независимо от погружения приемоизлучающей системы.With standard technological and design solutions inherent in the method of acoustic echolocation, and comparable resolution, the use of an acoustic PSK signal modulated by the M sequence makes it possible to significantly increase the probing depth of the sedimentary cover with the same signal power. As a result of correlation processing, detection of the acoustic signal reflected from the boundaries of the layers occurs at a signal-to-noise ratio significantly less than unity. The use of signals of different durations with different numbers of periods per symbol makes it possible to adjust the probing depth and resolution of the system over a wide range. Also, due to the coherence of the phase-keyed acoustic signal modulated by the M-sequence, there is no shadow zone, which makes it possible to obtain high-quality profilograms regardless of the immersion of the receiving-emitting system.

Таким образом, предлагаемые способ и устройство по сравнению с прототипом и другими техническими решениями аналогичного назначения обеспечивают повышение точности и надежности профилирования донных отложений.Thus, the proposed method and device, in comparison with the prototype and other technical solutions for similar purposes, provide increased accuracy and reliability of bottom sediment profiling.

Это достигается за счет определения и поддержания максимума корреляционной функции R(τ) на оси абсцисс, используя важное свойство корреляционной функции R(τ) фазоманипулированного акустического сигнала, которая имеет один значительный главный лепесток и сравнительно низкий уровень боковых лепестков. Указанное свойство позволяет использовать максимальный принцип и решать экстремальную задачу. Воздействуя на управляющий вход блока регулируемой задержки с помощью экстремального регулятора, можно легко добиться максимального значения корреляционной функции R(τ), при котором обеспечивается τ=τ_з; шкала блока регулируемой задержки может быть проградуирована непосредственно в единицах глубины. В данном случае формируется корреляционная экстремальная система со всеми преимуществами автоматизированного компенсационного метода измерений.This is achieved by determining and maintaining the maximum of the correlation function R(τ) on the x-axis, using an important property of the correlation function R(τ) of a phase-shift keyed acoustic signal, which has one significant main lobe and a relatively low level of side lobes. This property allows one to use the maximum principle and solve an extremal problem. By influencing the control input of the adjustable delay block using an extreme controller, you can easily achieve the maximum value of the correlation function R(τ), at which τ=τ _z is ensured; The adjustable delay block scale can be graduated directly in depth units. In this case, a correlation extreme system is formed with all the advantages of the automated compensation measurement method.

Claims (2)

1. Способ профилирования донных отложений, включающий излучение импульсного фазоманипулированного сигнала, модулированного М-последовательностью, прием отраженного сигнала, его корреляционную обработку, включающую перемножение зондирующего и отраженного сигналов и выделение низкочастотного напряжения, пропорционального корреляционной функции R(τ), где τ - текущая временная задержка, и последующее графическое построение профиля донных отложений по времени задержки отраженного сигнала, отличающийся тем, что зондирующий сигнал перед перемножением с отраженным сигналом пропускают через блок регулируемой задержки, изменением задержки τ обеспечивают максимум корреляционной функции, поддерживают корреляционную функцию на максимальном уровне, фиксируют временную задержку τ_з между зондирующим и отраженным сигналами, соответствующую максимальному значению корреляционной функции R(τ), и по ее значению осуществляют графическое построение профиля донных отложений.1. A method for profiling bottom sediments, including emission of a pulsed phase-keyed signal modulated by an M-sequence, reception of the reflected signal, its correlation processing, including multiplication of the probing and reflected signals and the extraction of low-frequency voltage proportional to the correlation function R(τ), where τ is the current time delay, and subsequent graphical construction of the profile of bottom sediments based on the delay time of the reflected signal, characterized in that the probing signal, before multiplying with the reflected signal, is passed through an adjustable delay block, changing the delay τ provides a maximum correlation function, maintains the correlation function at the maximum level, and fixes the time delay τ _between the probing and reflected signals, corresponding to the maximum value of the correlation function R(τ), and based on its value, a graphical construction of the bottom sediment profile is carried out. 2. Устройство профилирования донных отложений, состоящее из последовательно включенных генератора фазоманипулированных сигналов, первого усилителя, первого кабеля и акустического излучателя, последовательно включенных гидрофона, второго кабеля, второго усилителя, перемножителя и фильтра нижних частот, отличающееся тем, что оно снабжено блоком регулируемой задержки, экстремальным регулятором и графическим построителем профиля донных отложений, причем второй вход перемножителя через блок регулируемой задержки соединен со вторым выходом генератора фазоманипулированных сигналов, к выходу фильтра нижних частот последовательно подключены экстремальный регулятор, блок регулируемой задержки и графический построитель профиля донных отложений.2. A device for profiling bottom sediments, consisting of a sequentially connected generator of phase-shift keyed signals, a first amplifier, a first cable and an acoustic emitter, a sequentially connected hydrophone, a second cable, a second amplifier, a multiplier and a low-pass filter, characterized in that it is equipped with an adjustable delay unit, an extreme regulator and a graphic builder of a bottom sediment profile, wherein the second input of the multiplier is connected through an adjustable delay block to the second output of the phase-shift keyed signal generator; an extreme regulator, an adjustable delay block and a graphic builder of a bottom sediment profile are sequentially connected to the output of the low-pass filter.

Images