Способ обнаружения и распознавания донных рыб по резонансному поглощению гидроакустических сигналов их плавательным пузырем

Изобретение относится к области гидроакустики и может быть использовано в рыбной промышленности для обнаружения и идентификации (видовой количественной и размерной) промысловых скоплений донных рыб с плавательным пузырем. Технический результат изобретения заключается в обнаружении промыслового скопления донных рыб с плавательным пузырем на фоне сложного грунта и определении его видовых, количественных и размерных характеристик. Способ обнаружения и распознавания донных рыб по резонансному поглощению гидроакустических сигналов их плавательным пузырем заключается в том, что в направлении дна излучают высокочастотные (ВЧ) волны накачки, частоты ω₁ и ω₂ которых близки к резонансной частоте пузырьков воздуха ω₀, находящихся в приповерхностном слое воды в направлении дна. В неоднородной водной среде происходит нелинейное взаимодействие ВЧ-волн накачки на частотах ω₁ и ω₂ с образованием низкочастотной широкополосной волны разностной частоты Ω=ω₁-ω₂. Разностная частота Ω=ω₁-ω₂ близка к частоте резонансного поглощения звука плавательным пузырем донной рыбы ω_os. При этом дополнительно излучают ВЧ-волну с частотой ω₃, близкой к резонансной частоте ω_os биологического звукорассеивающего слоя, которая взаимодействует с широкополосной волной разностной частоты, отраженной от скоплений рыб с газовым пузырем Ω', а также с низкочастотной волной собственного излучения рыб на частоте Ω" с образованием волн комбинационных частот ω₃± Ω' и ω₃± Ω". После чего осуществляется прием, детектирование и обработка полученных сигналов с частотами ω₃± Ω' и ω₃± Ω". По результатам обработки производится решение об обнаружении промыслового скопления донных рыб с плавательным пузырем на фоне сложного грунта и определяются его видовые, количественные и размерные характеристики. 4 ил.

 

Изобретение относится к области гидроакустики и может быть использовано в рыбной промышленности для обнаружения и идентификации (видовой, количественной и размерной) промысловых скоплений донных рыб с плавательным пузырем.

Задача, которая решается изобретением, заключается в обнаружении промыслового скопления донных рыб с плавательным пузырем на фоне сложного грунта (скалы, крупные камни, рифы и т.д.) и определении его видовых (например, морской окунь, тихоокеанская треска и др.), количественных (например, крупное, среднее и малое промысловое скопление) и размерных (например, большие размеры промысловых рыб, средние размеры промысловых рыб и т.д.) характеристик.

Способ реализуется следующим образом.

На рыбопромысловом судне, осуществляющем поиск промысловых скоплений донных рыб с плавательным пузырем (например, окунь и т.д.) в данное время года в конкретном географическом районе Мирового океана, располагается блок направленного (в сторону дна) параметрического излучения низкочастотных (НЧ) широкополосных гидроакустических сигналов, а также располагается блок направленного (в сторону дна) параметрического приема НЧ широкополосных гидроакустических сигналов.

С помощью генератора, усилителя и высокочастотного (ВЧ) излучателя сигнала накачки блока направленного параметрического излучения НЧ широкополосных гидроакустических сигналов осуществляется формирование, усиление и излучение ВЧ-волн накачки на частотах ω₁ и ω₂, близких к резонансной частоте пузырьков воздуха ω_о, находящихся в приповерхностном слое воды, в направлении дна. В неоднородной водной среде происходит нелинейное взаимодействие ВЧ-волн накачки на частотах ω₁ и ω₂ с образованием НЧ широкополосной волны разностной частоты Ω₁=ω₁-ω₂, которая облучает дно и скопление донных рыб с плавательным пузырем, рассеивается дном и частично донной рыбой, а также резонансно поглощается на частоте Ω_os плавательным пузырем донной рыбы и распространяется к блоку направленного параметрического приема НЧ широкополосных гидроакустических сигналов.

При помощи генератора, усилителя и ВЧ-излучателя накачки блока направленного параметрического приема НЧ широкополосных гидроакустических сигналов осуществляется формирование, усиление и направленное в сторону дна излучение ВЧ-волны накачки на частоте ω₃, близкой к резонансной частоте ω_os биологического звукорассеивающего слоя (ЗРС), находящегося в толще воды, в том числе и в придонном слое. Рассеиваясь на ЗРС, ВЧ-волна накачки на частоте ω₃ взаимодействует с НЧ широкополосной волной разностной частоты Ω', рассеянной дном и частично донной рыбой, а также резонансно поглощенной плавательным пузырем донной рыбы на частоте Ω_os, а также с НЧ-волной собственного излучения донной рыбы на частоте Ω". В результате образуются ВЧ-волны комбинационных частот: ω₃± Ω' и ω₃± Ω", которые распространяются в сторону ВЧ-приемника блока направленного параметрического приема НЧ широкополосных гидроакустических сигналов. При этом технические характеристики ВЧ-излучателя накачки и ВЧ-приемника блока направленного параметрического приема НЧ широкополосных гидроакустических сигналов идентичны друг другу.

В демодуляторе блока направленного параметрического приема НЧ широкополосных гидроакустических сигналов осуществляется выделение НЧ-сигналов на частотах Ω' и Ω" из ВЧ комбинационных частот ω₃± Ω' и ω₃± Ω" методом детектирования. В анализаторе спектров производится спектральный анализ (с целью выделения наиболее информативных классификационных признаков) НЧ-сигналов на частотах Ω' и Ω", а также их сравнение с эталонными сигналами. В электронно-вычислительной машине (ЭВМ) принимается решение об обнаружении промыслового скопления донных рыб с плавательным пузырем на фоне сложного грунта (скалы и т.д.) и определяются его видовые (например, окунь и др.), количественные (например, крупное, среднее и малое промысловое скопление) и размерные (например, большие размеры промысловых рыб и т.д.) характеристики; при этом частота резонансного поглощения звука плавательным пузырем донной рыбы Ω_os меньше резонансной частоты ω_os биологических рассеивателей звука, доминирующих в толще воды, в том числе и в придонном слое и существенно меньше резонансной частоты пузырьков воздуха ω_o, находящихся в приповерхностном слое воды.

Известен способ обнаружения скоплений рыб с газовыми пузырями, заключающийся в формировании рыбой звуков газовым пузырем, приеме сигналов от рыб, их усилении, спектральном анализе, сравнении их с эталонным сигналом и принятии решения об обнаружении скоплений различных видов рыб (Шишкова Е.В. Физические основы промысловой гидроакустики. - М.: Пищевая промышленность, 1977, с.172-190).

К недостаткам данного способа относятся:

1. Сложность пеленгования источника НЧ-сигналов.

2. Незначительная дальность действия из-за низкого соотношения сигнал/помеха (С/П) на выходе приемника.

3. Низкая достоверность видового, количественного и размерного распознавания донных рыб.

Известен способ обнаружения скоплений рыб с плавательными пузырями, заключающийся в формировании и излучении в сторону дна импульсного сигнала на частоте, близкой к резонансной частоте газового пузыря рыбы, лоцировании объекта поиска, приеме отраженного сигнала (эхосигнала), сравнении его с эталонным сигналом и принятии решения об обнаружении скопления рыб (Haslett R.W. Determination of the acoustic bask sket-tering patterns and cross sections of fish. Br.J. appl. Phys., 13, 1962, 349-357)).

К недостаткам данного способа относятся:

1. Незначительная дальность действия (горизонт поиска).

2. Сложность в обнаружении разряженных скоплений.

3. Сложность обнаружения в условиях сложного (скалы и др.) грунта.

4. Сложность видового, количественного и размерного распознавания донных рыб.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому способу относится способ, выбранный в качестве способа-прототипа, обнаружения рыб с плавательным пузырем, заключающийся в генерации, усилении и излучении блоком направленного параметрического излучения ВЧ-волн накачки на частотах ω₁ и ω₂, близких к резонансной частоте пузырьков воздуха ω_о, находящихся в приповерхностном слое воды; нелинейном взаимодействии ВЧ-волн накачки на частотах ω₁ и ω₂ с образованием НЧ-волны разностной частоты Ω=ω₁-ω₂, которая распространяется направленно в водной среде, при помощи которой облучается скопление рыб с плавательным пузырем и которая близка к резонансной частоте плавательного пузыря рыб Ω_os; в блоке направленного параметрического излучения генерируется, усиливается и направленно излучается ВЧ-волна накачки на частоте ω₃, близкой к резонансной частоте пузырьков воздуха ω_o, находящихся в приповерхностном слое воды; рассеиваясь на неоднородностях водной среды, ВЧ-волна накачки на частоте ω₃ взаимодействует с НЧ-волной разностной частоты, отраженной от скопления рыб с газовым пузырем Ω', а также с НЧ-волной собственного излучения рыб с плавательным пузырем на частоте Ω" с образованием ВЧ-волн комбинационных частот: ω₃± Ω' и ω₃± Ω", распространяющихся в сторону блока направленного параметрического приема НЧ-сигналов, где осуществляется выделение НЧ-сигналов на частотах Ω' и Ω" из ВЧ комбинационных частот ω₃± Ω' и ω₃± Ω" методом детектирования, а также производится спектральный анализ НЧ-сигналов на частотах Ω' и Ω", их сравнение с эталонными сигналами и принимается решение об обнаружении скопления рыб с плавательным пузырем (Бахарев С.А. Патент РФ №2205425, приоритет 28.01.2002 года, заявка №2002102516).

К недостаткам способа-прототипа относятся:

1. Невозможность обнаружения донных рыб.

2. Сложность в обнаружении, видовом, количественном и размерном распознавании донных рыб в условиях сложного (скалы, большие камни, рифы и т.д.) грунта.

Задача, которая решается изобретением, заключается в разработке способа, свободного от перечисленных выше недостатков.

Технический результат предложенного способа заключается в обнаружении промысловых скоплений донных рыб с плавательным пузырем, а также в упрощении их видовой, количественной и размерной идентификации в условиях сложного (скалы и т.д.) грунта.

Поставленная цель достигается тем, что в известном способе обнаружения рыб с плавательным пузырем, заключающемся в генерации, усилении и излучении блоком направленного параметрического излучения ВЧ-волн накачки на частотах ω₁ и ω₂, близких к резонансной частоте пузырьков воздуха ω_o, находящихся в приповерхностном слое воды; нелинейном взаимодействии ВЧ-волн накачки на частотах ω₁ и ω₂ с образованием НЧ-волны разностной частоты Ω=ω₁-ω₂, которая распространяется направленно в водной среде и при помощи которой облучается скопление рыб с плавательным пузырем; генерируется, усиливается и направленно излучается при помощи блока направленного параметрического приема НЧ гидроакустических сигналов ВЧ-волна накачки на частоте ω₃, близкая к резонансной частоте рассеивателей звука, находящихся в слое воды; рассеиваясь на неоднородностях водной среды, ВЧ-волна накачки на частоте ω₃ взаимодействует с НЧ-волной разностной частоты, отраженной от скоплений рыб с газовым пузырем Ω', а также с НЧ-волной собственного излучения рыб на частоте Ω" с образованием ВЧ-волн комбинационных частот ω₃± Ω' и ω₃± Ω", распространяющихся в сторону блока направленного параметрического приема НЧ гидроакустических сигналов, где осуществляется выделение НЧ сигналов на частотах Ω' и Ω" из ВЧ комбинационных частот ω₃± Ω' и ω₃± Ω"методом детектирования, а также производится спектральный анализ НЧ-сигналов на частотах Ω' и Ω", их сравнение с эталонными сигналами и принимается решение об обнаружении скопления рыб с плавательным пузырем, в качестве рыб с плавательным пузырем используются донные рыбы с плавательным пузырем; в качестве объекта лоцирования используется дно и донная рыба; направленное излучении ВЧ-волн накачки на частотах ω₁ и ω₂ осуществляется в направлении дна; при нелинейном взаимодействии ВЧ-волн накачки на частотах ω₁ и ω₂ образуется НЧ широкополосная волна разностной частоты Ω=ω₁-ω₂; разностная частота Ω=ω₁-ω₂ близка к частоте резонансного поглощения звука плавательным пузырем донной рыбы; НЧ широкополосная волна разностной частоты рассеивается дном, донной рыбой и частично резонансно поглощается их плавательным пузырем на частоте Ω_os; ВЧ-волна накачки на частоте ω₃ близка к резонансной частоте ω_os биологических рассеивателей звука, доминирующих в толще воды, в том числе и в придонном слое; направленность параметрического приема НЧ широкополосных гидроакустических сигналов достигается за счет волновых размеров ВЧ-приемника блока направленного параметрического приема НЧ широкополосных гидроакустических сигналов; дополнительно осуществляется видовая, количественная и размерная идентификация обнаруженных донных рыб с плавательным пузырем; при этом частота резонансного поглощения звука плавательным пузырем донной рыбы Ω_os меньше резонансной частоты ω_os биологических рассеивателей звука, доминирующих в толще воды, в том числе и в придонном слое и существенно меньше резонансной частоты пузырьков воздуха ω_о, находящихся в приповерхностном слое воды.

Возможность обнаружения промысловых скоплений донных рыб с плавательным пузырем в условиях сложного (скалы, большие камни, рифы и т.д.) грунта достигается за счет того, что:

- на рыбопромысловом судне, осуществляющем поиск промысловых скоплений донных рыб с плавательным пузырем в данное время года в конкретном географическом районе, располагается блок направленного (в сторону дна) параметрического излучения НЧ широкополосных гидроакустических сигналов, а также располагается блок направленного (в сторону дна) параметрического приема НЧ широкополосных гидроакустических сигналов;

- ВЧ-волна накачки на частоте ω₃ в блоке направленного параметрического приема НЧ широкополосных гидроакустических сигналов близка к резонансной частоте ω_os ЗРС, доминирующих в толще воды, в том числе и в придонном слое;

- частота резонансного поглощения звука плавательным пузырем донной рыбы Ω_os меньше резонансной частоты ω_os биологических рассеивателей звука, доминирующих в толще воды, в том числе и в придонном слое и существенно меньше резонансной частоты пузырьков воздуха ω_o, находящихся в приповерхностном слое воды.

Упрощение процесса обнаружения промысловых скоплений донных рыб с плавательным пузырем в условиях сложного (скалы, большие камни, рифы и т.д.) грунта достигается за счет того, что:

- для лоцирования дна и донной рыбы с плавательным пузырем используется НЧ широкополосная волна разностной частоты Ω=ω₁-ω₂;

- частота НЧ широкополосной волны разностной частоты Ω близка к частоте Ω_os резонансного поглощения звука плавательным пузырем донной рыбы;

- ВЧ-волна накачки на частоте ω₃ блока направленного параметрического приема НЧ широкополосных гидроакустических сигналов близка к резонансной частоте ω_os ЗРС, доминирующих в толще воды, в том числе и в придонном слое;

- частота резонансного поглощения звука плавательным пузырем донной рыбы Ω_os меньше резонансной частоты ω_os биологических рассеивателей звука, доминирующих в толще воды, в том числе и в придонном слое и существенно меньше резонансной частоты пузырьков воздуха ω_о, находящихся в приповерхностном слое воды.

Упрощение процессов видового, количественного и размерного распознавания промысловых скоплений донных рыб с плавательным пузырем в условиях сложного (скалы, большие камни и т.д.) грунта достигается за счет того, что:

- для лоцирования дна и донной рыбы с плавательным пузырем используется НЧ широкополосная волна разностной частоты Ω=ω₁-ω₂;

- частота НЧ широкополосной волны разностной частоты Ω близка к частоте Ω_os резонансного поглощения звука плавательным пузырем донной рыбы;

- НЧ широкополосная волна разностной частоты Ω=ω₁-ω₂ рассеивается дном, донной рыбой и частично резонансно поглощается их плавательным пузырем на частоте Ω_os,

- ВЧ-волна накачки на частоте ω₃ блока направленного параметрического приема НЧ широкополосных гидроакустических сигналов близка к резонансной частоте ω_os ЗРС, доминирующих в толще воды, в том числе и в придонном слое;

- частота резонансного поглощения звука плавательным пузырем донной рыбы Ω_os меньше резонансной частоты ω_os биологических рассеивателей звука, доминирующих в толще воды, в том числе и в придонном слое и существенно меньше резонансной частоты пузырьков воздуха ω_o, находящихся в приповерхностном слое воды.

Отличительными от способа-прототипа признаками заявляемого способа являются:

1. В качестве рыб с плавательным пузырем используются донные рыбы с плавательным пузырем.

2. В качестве объекта лоцирования используется дно и донная рыба.

3. Направленное излучение ВЧ-волн накачки на частотах ω₁ и ω₂ осуществляется в направлении дна.

4. При нелинейном взаимодействии ВЧ-волн накачки на частотах ω₁ и ω₂ образуется НЧ широкополосная волна разностной частоты Ω=ω₁-ω₂.

5. Разностная частота Ω близка к частоте Ω_os резонансного поглощения звука плавательным пузырем донной рыбы.

6. Низкочастотная широкополосная волна разностной частоты Ω, рассеиваясь дном и донной рыбой с плавательным пузырем, частично резонансно на частоте Ω_os поглощается их плавательным пузырем.

7. Высокочастотная волна накачки на частоте ω₃ блока направленного параметрического приема НЧ широкополосных гидроакустических сигналов близка к резонансной частоте ω_os ЗРС, доминирующих в толще воды, в том числе и в придонном слое.

8. Направленность параметрического приема НЧ широкополосных гидроакустических сигналов достигается за счет волновых размеров ВЧ-приемника блока направленного параметрического приема НЧ широкополосных гидрокустических сигналов.

9. Дополнительно осуществляется видовая (например, окунь, треска и др.), количественная (например, крупное, среднее и малое промысловое скопление) и размерная (например, большие размеры промысловых рыб, средние размеры промысловых рыб и т.д.) идентификация промыслового скопления донных рыб с плавательным пузырем на фоне сложного (скалы, крупные камни, рифы и т.д.) грунта.

10. Частота резонансного поглощения звука плавательным пузырем донной рыбы Ω_os меньше резонансной частоты ω_os биологических рассеивателей звука, доминирующих в толще воды, в том числе и в придонном слое и существенно меньше резонансной частоты пузырьков воздуха ω_o, находящихся в приповерхностном слое воды.

Наличие отличительных от прототипа признаков позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого способа критерию "новизна".

Анализ известных технических решений с целью обнаружения в них указанных отличительных признаков показал следующее.

Признаки 5, 6 и 9, 10 являются новыми и неизвестно их использования в промысловой гидроакустике для обнаружения, а также видовой, количественной и размерной идентификации промысловых скоплений донной рыбы с плавательным пузырем на фоне сложного грунта. В то же время в физике и гидроакустике, в частности, известно существование эффекта резонансного поглощения звука пузырьком воздуха определенного размера и определенной формы.

Признаки 1-4, 7 и 8 являются хорошо известными в гидроакустике и нелинейной акустике.

Таким образом, наличие новых существенных признаков в совокупности с известными обеспечивает появление у заявляемого решения нового свойства, не совпадающего со свойствами известных технических решений, - эффективно обнаруживать промысловые скопления донных рыб с плавательным пузырем в условиях сложного (скалы и т.д.) грунта, а также упростить видовую, количественную и размерную идентификацию донных рыб с плавательным пузырем в условиях сложного (скалы и т.д.) грунта.

В данном случае мы имеем новую совокупность признаков и их новую взаимосвязь, причем не простое объединение новых признаков и уже известных в гидроакустике, а именно выполнение операций в предложенной последовательности и приводит к качественно новому эффекту.

Данное обстоятельство позволяет сделать вывод о соответствии разработанного способа критерию "существенные отличия".

На фиг.1 представлена структурная схема устройства, реализующего разработанный способ обнаружения и распознавания донных рыб по резонансному поглощению гидроакустических сигналов их плавательным пузырем. Устройство содержит рыбопромысловое судно (1), осуществляющее поиск промыслового скопления (2) донных рыб (3) с плавательным пузырем (4), на котором располагаются: блок (5) направленного параметрического излучения НЧ широкополосных гидроакустических сигналов и блок (6) направленного параметрического приема НЧ широкополосных гидроакустических сигналов.

Блок (5) направленного параметрического излучения НЧ широкополосных гидроакустических сигналов содержит последовательно электрически соединенные генератор (7), усилитель (8) и ВЧ-излучатель (9) сигнала накачки, предназначенных для излучения ВЧ-волн накачки на частотах ω₁ и ω₂, близких к резонансной частоте ω_o пузырьков воздуха (10), находящихся в приповерхностном слое (11) воды, в направлении дна (12).

Блок (6) направленного параметрического приема НЧ широкополосных гидроакустических сигналов содержит последовательно электрически соединенные генератор (13), усилитель (14) и ВЧ-излучатель (15) накачки, предназначенные для излучения ВЧ-волны накачки на частоте ω₃, близкой к резонансной частоте ω_s рассеивателей (16) ЗРС (17), находящегося в толще воды, а также последовательно электрически соединенные: ВЧ-приемник (18), демодулятор (19), анализатор спектров (20) и ЭВМ (21).

Способ реализуется следующим образом (фиг.1).

На рыбопромысловом судне (1), осуществляющем поиск промыслового скопления (2) донных рыб (3) с плавательным пузырем (4) (например, трески и т.д.) в данное время года в конкретном географическом районе Мирового океана, располагается блок (5) направленного (в сторону дна) параметрического излучения НЧ широкополосных гидроакустических сигналов, а также располагается блок (6) направленного (в сторону дна) параметрического приема НЧ широкополосных гидроакустических сигналов.

С помощью генератора (7), усилителя (8) и ВЧ-излучателя (9) сигнала накачки блока (5) направленного параметрического излучения НЧ широкополосных гидроакустических сигналов осуществляется формирование, усиление до необходимого уровня и излучение в направлении дна (12) в заданном телесном угле ВЧ-волн накачки на частотах ω₁ и ω₂, близких к резонансной частоте ω_o пузырьков воздуха (10) с резонансным радиусом r¹ _o, находящихся в приповерхностном слое (11) воды.

В неоднородной водной среде происходит нелинейное взаимодействие ВЧ-волн накачки на частотах ω₁ и ω₂ с образованием НЧ широкополосной волны разностной частоты Ω₁=ω₁-ω₂, которая облучает дно (12) со сложным грунтом (скалы, рифы и др.) и скопление (2) донных рыб (3) с плавательным пузырем (4) и радиусом резонансного поглощения r² _os, рассеивается дном (12) и частично донной рыбой (3), а также резонансно поглощается на частоте Ω_os плавательным пузырем (4) донной рыбы (3) и распространяется к блоку (6) направленного параметрического приема НЧ широкополосных гидроакустических сигналов.

При помощи генератора (13), усилителя (14) и ВЧ-излучателя (15) накачки блока (6) направленного параметрического приема НЧ широкополосных гидроакустических сигналов осуществляется формирование, усиление и направленное в сторону дна (12) излучение ВЧ-волны накачки на частоте ω₃, близкой к резонансной частоте ω_os рассеивателей (16) с резонансным радиусом r³ _o биологического звукорассеивающего слоя (17), находящегося в толще воды, в том числе и в придонном слое. Рассеиваясь на ЗРС (17), ВЧ-волна накачки на частоте ω₃ взаимодействует с НЧ широкополосной волной разностной частоты Ω', рассеянной дном (12) и частично донной рыбой (3), а также резонансно поглощенной плавательным пузырем (4) донной рыбы (3) на частоте Ω_о, а также с НЧ-волной собственного излучения донной рыбы (3) на частоте Ω". В результате образуются ВЧ-волны комбинационных частот: ω₃± Ω' и ω₃± Ω", которые распространяются в сторону ВЧ-приемника (18) блока (6) направленного параметрического приема НЧ широкополосных гидроакустических сигналов. При этом технические характеристики ВЧ-излучателя (15) накачки и ВЧ-приемника (18) блока (6) направленного параметрического приема НЧ широкополосных гидроакустических сигналов идентичны друг другу.

В демодуляторе (19) блока (6) направленного параметрического приема НЧ широкополосных гидроакустических сигналов осуществляется выделение НЧ-сигналов на частотах Ω' и Ω" из ВЧ комбинационных частот ω₃± Ω' и ω₃± Ω" методом детектирования. В анализаторе спектров (20) производится спектральный анализ (с целью выделения наиболее информативных классификационных признаков) НЧ-сигналов на частотах Ω' и Ω", а также их сравнение с эталонными сигналами. В ЭВМ (21) принимается решение об обнаружении промыслового скопления донных рыб с плавательным пузырем на фоне сложного грунта (скалы и т.д.) и определяются его видовые (например, треска и др.), количественные (например, крупное, среднее и малое промысловое скопление) и размерные (например, большие размеры промысловых рыб и т.д.) характеристики.

При этом частота резонансного поглощения звука плавательным пузырем донной рыбы Ω_os меньше резонансной частоты ω_os биологических рассеивателей звука, доминирующих в толще воды, в том числе и в придонном слое и существенно меньше резонансной частоты пузырьков воздуха ω_o, находящихся в приповерхностном слое воды.

На фиг.2 иллюстрируется физиологическое строение рыбы (3) на примере морского окуня, имеющей плавательный пузырь (4). Анализируя форму и геометрические размеры тела рыбы и плавательного пузыря, можно оценить значение частоты резонансного поглощения звука плавательным пузырем донной рыбы Ω_os, а, в конечном итоге, определить ее видовые (например, морской окунь, тихоокеанская треска и др.), количественные (например: крупное, среднее и малое промысловое скопление) и размерные (например, промысловые рыбы, молодь и т.д.) характеристики. При этом следует заметить, что у некоторых рыб, например у тихоокеанской трески, функцию плавательного пузыря выполняет желудок (Сметанин А.Н. Пресноводные и морские животные Камчатки. - СПб.: Политехника, 2002, 237 с.).

На фиг.3 представлены для примера некоторые экспериментальные данные, заимствованные из работы (Акустические характеристики звукорассеивающих слоев некоторых районов Мирового океана. - Отчет о НИР "Андаман". - Вл-к, в/ч 90720, 1970 г., 377 с.), зависимости "силы слоя" (S) биологического ЗРС от частоты гидроакустического сигнала и географических районов (индексы "а", "б" и "в" соответственно). Как видно из фиг.3, в географическом районе №1 (фиг.3а) "сила слоя" имеет максимальное значение на частоте ˜5 кГц, в географическом районе №2 (фиг.3б) - на частотах ˜3 кГц и ˜7 кГц, а в районе №3 (фиг.3в) - на частоте ˜7 кГц.

Следует заметить, что данный параметр (S) является показателем эффективности взаимодействия ВЧ акустических волн (так как напрямую связан с параметром нелинейности водной среды) накачки, в том числе в процессе функционирования блока направленного параметрического приема НЧ широкополосных гидроакустических сигналов устройства, реализующего разработанный способ обнаружения и распознавания донных рыб по резонансному поглощению гидроакустических сигналов их плавательным пузырем. Представленная на фиг.3 информация может быть использована при выборе ВЧ-частоты накачки ω₃ для обеспечения эффективного функционирования блока направленного параметрического приема НЧ широкополосных гидроакустических сигналов.

На фиг.4 представлена для примера графическая зависимость резонансного рассеяния (цифра "1") и резонансного поглощения (цифра "2") гидроакустического сигнала с частотой ˜1 кГц плавательным пузырем донной рыбы (конкретный вид из-за коммерческой тайны не раскрывается) в условиях песчаного (фиг.4а) и скалистого (фиг.4б) дна.

Как видно из фиг.4а, в условиях относительно "ровного" дна с "акустически мягким" грунтом рыба хорошо обнаруживается и распознается как по резонансному рассеянию (цифра "1"), так и по резонансному поглощению (цифра "2") звука на частоте ˜1 кГц. В то время как в условиях "скалистого" дна с "акустически жестким" грунтом по резонансному рассеянию звука на частоте ˜1 кГц рыба практически не обнаруживается и с трудом распознается (соотношение "сигнал/помеха" в эхо-сигналах от плавательного пузыря донной рыбы и грунта соизмеримы друг с другом).

Реализуя же разработанный способ, можно и в условиях сложного (скалы, большие камни, рифы и т.д.) грунта эффективно обнаруживать и распознавать донные рыбы по резонансному поглощению гидроакустических сигналов их плавательным пузырем (соотношение "уровень резонансно поглощенного сигнала" / "уровень рассеянного сигнала" составляет величину ˜20 дБ).

Таким образом, возможность обнаружения промысловых скоплений донных рыб с плавательным пузырем в условиях сложного (скалы, большие камни, рифы и т.д.) грунта достигается за счет того, что:

- на рыбопромысловом судне, осуществляющем поиск промысловых скоплений донных рыб с плавательным пузырем в данное время года в конкретном географическом районе, располагается блок направленного (в сторону дна) параметрического излучения НЧ широкополосных гидроакустических сигналов, а также располагается блок направленного (в сторону дна) параметрического приема НЧ широкополосных гидроакустических сигналов;

- ВЧ-волна накачки на частоте ω₃ в блоке направленного параметрического приема НЧ широкополосных гидроакустических сигналов близка к резонансной частоте ω_os ЗРС, доминирующих в толще воды, в том числе и в придонном слое;

- частота резонансного поглощения звука плавательным пузырем донной рыбы Ω_os меньше резонансной частоты ω_os биологических рассеивателей звука, доминирующих в толще воды, в том числе и в придонном слое и существенно меньше резонансной частоты пузырьков воздуха ω_o, находящихся в приповерхностном слое воды.

Упрощение процесса обнаружения промысловых скоплений донных рыб с плавательным пузырем в условиях сложного (скалы, большие камни, рифы и т.д.) грунта достигается за счет того, что:

- для лоцирования дна и донной рыбы с плавательным пузырем используется НЧ широкополосная волна разностной частоты Ω=ω₁-ω₂;

- частота НЧ широкополосной волны разностной частоты Ω близка к частоте Ω_os резонансного поглощения звука плавательным пузырем донной рыбы;

- ВЧ-волна накачки на частоте ω₃ блока направленного параметрического приема НЧ широкополосных гидроакустических сигналов близка к резонансной частоте ω_os ЗРС, доминирующих в толще воды, в том числе и в придонном слое;

- частота резонансного поглощения звука плавательным пузырем донной рыбы Ω_os меньше резонансной частоты ω_os биологических рассеивателей звука, доминирующих в толще воды, в том числе и в придонном слое и существенно меньше резонансной частоты пузырьков воздуха ω_o, находящихся в приповерхностном слое воды.

Упрощение процессов видового, количественного и размерного распознавания промысловых скоплений донных рыб с плавательным пузырем в условиях сложного (скалы, большие камни и т.д.) грунта достигается за счет того, что:

- для лоцирования дна и донной рыбы с плавательным пузырем используется НЧ широкополосная волна разностной частоты Ω=ω₁-ω₂;

- частота НЧ широкополосной волны разностной частоты Ω близка к частоте Ω_os резонансного поглощения звука плавательным пузырем донной рыбы;

- НЧ широкополосная волна разностной частоты Ω=ω₁-ω₂ рассеивается дном, донной рыбой и частично резонансно поглощается их плавательным пузырем на частоте Ω_os;

- ВЧ-волна накачки на частоте ω₃ блока направленного параметрического приема НЧ широкополосных гидроакустических сигналов близка к резонансной частоте ω_os ЗРС, доминирующих в толще воды, в том числе и в придонном слое;

- частота резонансного поглощения звука плавательным пузырем донной рыбы Ω_os меньше резонансной частоты ω_os биологических рассеивателей звука, доминирующих в толще воды, в том числе и в придонном слое и существенно меньше резонансной частоты пузырьков воздуха ω_o, находящихся в приповерхностном слое воды.

Проведенные в Охотском море на ярусоловном судне "ЯМС-1440" в марте-мае 2004 г. морские испытания устройства, реализующего разработанный способ обнаружения и распознавания донных рыб, показали его высокую эффективность при обнаружении и распознавании (видовом, количественном и по размерному ряду) морского окуня, тихоокеанской трески, палтуса и других донных рыб, в том числе и в условиях сложного грунта.

При реализации разработанного способа была обеспечена высокая селекция донных рыб и в конечном итоге их рациональный промысел.

Способ обнаружения и распознавания донных рыб по резонансному поглощению гидроакустических сигналов их плавательным пузырем, заключающийся в генерации, усилении и излучении блоком направленного параметрического излучения высокочастотных волн накачки на частотах ω₁, и ω₂, близких к резонансной частоте пузырьков воздуха ω₀, находящихся в приповерхностном слое воды; нелинейном взаимодействии высокочастотных волн накачки ω₁ и ω₂, с образованием низкочастотной волны разностной частоты Ω=ω₁-ω₂, которая распространяется направленно в водной среде и при помощи которой облучается скопление рыб с плавательным пузырем; генерируется, усиливается и направлено излучается при помощи блока направленного параметрического приема низкочастотных гидроакустических сигналов высокочастотная волна накачки на частоте ω₃, близкая к резонансной частоте рассеивателей звука, находящихся в слое воды; рассеиваясь на неоднородностях водной среды, высокочастотная волна накачки на частоте ω₃ взаимодействует с низкочастотной волной разностной частоты, отраженной от скоплений рыб с газовым пузырем, Ω', а также с низкочастотной волной собственного излучения рыб на частоте Ω" с образованием высокочастотных волн комбинационных частот ω₃± Ω' и ω₃± Ω", распространяющихся в сторону блока направленного параметрического приема низкочастотных гидроакустических сигналов, где осуществляется выделение низкочастотных сигналов на частотах Ω' и Ω" из высокочастотных комбинационных частот ω₃± Ω' и ω₃± Ω" методом детектирования, а также производится спектральный анализ низкочастотных сигналов на частотах Ω' и Ω", их сравнение с эталонными сигналами и принимается решение об обнаружении скопления рыб с плавательным пузырем, отличающийся тем, что в качестве рыб с плавательным пузырем используются донные рыбы с плавательным пузырем; в качестве объекта лоцирования используется дно и донная рыба; направленное излучение высокочастотных волн накачки на частотах ω₁ и ω₂ осуществляется в направлении дна; при нелинейном взаимодействии высокочастотных волн накачки на частотах ω₁ и ω₂ образуется низкочастотная широкополосная волна разностной частоты Ω=ω₁-ω₂; разностная частота Ω=ω₁-ω₂ близка к частоте резонансного поглощения звука плавательным пузырем донной рыбы Ω_os; низкочастотная широкополосная волна разностной частоты рассеивается дном, донной рыбой и частично резонансно поглощается их плавательным пузырем на частоте Ω_os; высокочастотная волна накачки на частоте ω₃ близка к резонансной частоте ω_os биологических рассеивателей звука, доминирующих в толще воды, в том числе и в придонном слое; направленность параметрического приема низкочастотных широкополосных гидроакустических сигналов достигается за счет волновых размеров высокочастотного приемника блока направленного параметрического приема низкочастотных широкополосных гидроакустических сигналов; дополнительно осуществляется видовая, количественная и размерная идентификация обнаруженных донных рыб с плавательным пузырем; при этом частота резонансного поглощения звука плавательным пузырем донной рыбы Ω_os меньше резонансной частоты ω_os биологических рассеивателей звука, доминирующих в толще воды, в том числе и в придонном слое, и существенно меньше резонансной частоты пузырьков воздуха ω_o, находящихся в приповерхностном слое воды.