Радиогидроакустическая система экологического мониторинга и охраны районов нефтегазодобычи

В изобретении представлены научно-технические разработки и технологии многофункционального экологического мониторинга районов нефтегазодобычи, расположенных на морском шельфе. Технические решения изобретения основаны на закономерностях и измерительных технологиях нелинейной просветной гидроакустики, а их реализация осуществляется с использованием радиогидроакустических средств морского приборостроения, в качестве которых использован комплекс «Аквазонд». Используется также текущая информация спутниковых систем навигации «Глонасс» и связи «Гонец». Радиогидроакустическая система экологического мониторинга и охраны районов нефтегазодобычи включает в себя размещенные в обследуемой среде излучающий и приемный акустические блоки, сформированную между ними рабочую зону нелинейного взаимодействия и параметрического преобразования волн накачки среды с измеряемыми информационными, соединенные с акустическими блоками тракт формирования и усиления излучаемых сигналов накачки среды, а также тракт приема нелинейно преобразованных сигналов накачки, их усиление, обработка и анализ с выделением в них характеристик измеряемых информационных волн, отличается тем, что измерительная система включает размещенные в центре акватории блок всенаправленного облучения среды просветными акустическими сигналами близкой стабильной частоты, а также блок излучения сложных (ЛЧМ или ФМ) сигналов, а приемные блоки в количестве 8-и изделий размещают по ее периметру (или кругу) через 45° относительно излучающего центра, при этом в каждый приемный блок системы включены по три гидрофона, которые размещены в углах горизонтальных (предпочтительно, равнобедренных) треугольников, а их вершины направлены в сторону излучающих блоков, при этом приемные гидрофоны каждого приемного блока подключены к расположенным на поверхности моря радиогидроакустическим буям (РГБ), выходы которых по каналам связи через многоканальный приемный радиоблок, далее блок переключения приемных каналов соединены с многоканальным и многофункциональным приемным трактом системы мониторинга, а в ее излучающий тракт включен генератор сигналов близкой стабильной частоты и генератор сложных сигналов (ЛЧМ или ФМ), выходы которых соединены со входом двухканального усилителя мощности, а его выходы с двухканальным блоком согласования выходов усилителя мощности с подводными кабелями и далее с излучающими блоками (акустическими преобразователями), при этом приемный тракт измерительной системы сформирован как многоканальный и многофункциональный, включающий один канал спектрального анализа и выделения сигналов разностной и (или) суммарной частоты, содержащий последовательно соединенные блоки: полосового усилителя, преобразователя временного масштаба сигналов в высокочастотную область, узкополосного анализатора спектров и функционально связанного с ним регистратора (рекордера), при этом в приемный тракт измерительной системы включены также 8 каналов корреляционного и взаимно корреляционного анализа принимаемых просветных сигналов, для этого в каждый из них включены последовательно соединенные блоки - полосовые усилители, по два параллельно подключенных блока измерения корреляционных функций между сигналами центрального и крайних, расположенных в вершинах треугольников гидрофонов, далее блоки измерения функций их взаимной корреляции сигналов, выходы которых соединены с блоком определения точек пересечения сигналов взаимно-корреляционных функций (ЭВМ). Кроме того, многофункциональный блок измерения экологических характеристик среды первоначально расположен в месте излучающих блоков и размещен на судне-носителе, который затем перемещают и устанавливают в местах обнаруженных экологических изменений характеристик среды. Кроме того, блок формирования просветных сигналов близкой частоты обеспечивает облучение среды в диапазоне единиц килогерц. Кроме того, контролируемую среду с заданной периодичностью, дополнительно, по заданной программе озвучивают сигналами с частотно-временной или фазовой модуляцией в полосе единицы-десятки килогерц. Кроме того, мониторинг и охрана обследуемого района в зависимости от поставленной задачи проводится в заданном относительно излучающего центра секторе углов приема просветных сигналов. Кроме того, в систему экологического мониторинга и контроля включен блок информационно-аналитического центра (ИАЦ), который по каналам связи соединен с блоками передачи информации от спутниковых систем навигации «ГЛОНАСС» и связи «Гонец» об экологическом состоянии поверхности обследуемой акваторий, а также о сейсмической и синоптической обстановке за ее пределами. Технический эффект изобретения заключается в разработке эффективных технологий обнаружения признаков проявления в среде и на ее поверхности нефтегазовых скоплений, проведении многофункционального экологического мониторинга среды, а также охраны акватории от проникновения нарушителей и оповещении о вероятном вступлении в обследуемый район опасных явлений. 5 з.п. ф-лы, 6 ил., 1 табл.

 

Изобретение относится к геофизике, гидрофизике и радиофизике и предназначено для проведения экологического мониторинга и обеспечения охраны районов нефтегазодобычи, расположенных на морском шельфе. Технические решения изобретения основаны на закономерностях и измерительных технологиях нелинейной просветной гидроакустики, а их реализация осуществляется с использованием радиогидроакустических средств морского приборостроения. При этом экологический мониторинг районов нефтегазодобычи совмещается с их охраной от проникающих на акватории морских животных (например, китов или сивучей), диверсионных сил и средств их движения, а также с оповещением участников освоения обследуемых акваторий о вероятном вступлении в район опасных явлений, включающих сейсмические, синоптические или волны цунами.

При разработке системы экологического мониторинга и охраны районов нефтегазодобычи планируется учитывать известные процессы и явления, которые могут присутствовать или проявляться на акваториях, а именно:

- наличие нефтегазовых скоплений в среде и на ее поверхности, а так же их влияние на нелинейность среды;

- использование в измерительной системе технологий и реализующих их средств комплексного многофункционального мониторинга полей, обеспечивающих контроль экологических характеристик среды, включающих: давление, температуру, электропроводность, скорость звука и морских течений в местах их установки;

- учет шумового поля морской среды, формируемого работающими техническими средствами, а также ближним морским судоходством;

- возможность использования средств авиации и радиосвязи для управления работой системы мониторинга и оперативного контроля: состояния морской среды на ее поверхности и за ее пределами;

- возможность включения и использования в системе мониторинга вычислительных технологий информационно-аналитического центра (ИАЦ) для обеспечения оперативного анализа многофункциональной информации о работе системы мониторинга и контроля, а также сейсмической и синоптической обстановки на акватории и за ее пределами;

- использование в способе дополнительной информации от внешних источников наблюдения состояния атмосферы и морской среды в пределах обследуемой акватории и за ее пределами, что реализуется спутниковыми системами навигации «ГЛОНАСС» и связи «Гонец».

К настоящему времени практически по всем перечисленным выше позициям, проведены теоретические и экспериментальные исследования, разработаны и реализованы измерительные технологии нелинейной просветной гидроакустики, которые будут использованы в решении задач изобретения. Сущность этих научно-технических разработок изложена в известной работе (См. Малашенко А.Е., Мироненко М.В., Карачун Л.Э., Халаев Н.Л. Создание и эксплуатация радиогидроакустических систем комплексного мониторинга гидрофизических полей морских акваторий на основе разработок средств морского приборостроения: Монография. Владивосток. ФГБУН СКБ САМИ ДВО РАН. ДВФУ, 2012, 264 С). В предлагаемом изобретении указанные разработки и технические решения будут доработаны и сформулированы практические пути их реализации.

Известен радиогидроакустический измерительный комплекс многофункционального контроля экологического состояния морской среды, обеспечивающий определение гидрологических характеристик обследуемой акватории, наличия и измерения количественного содержания в морской среде: углеводородов, сырой нефти и нефтепродуктов, растворенной органики, кислорода, кислотности, хлорофилла, солености или электропроводности, температуры среды, горизонтальной и вертикальной скоростей течений, активной радиации (См. Автономный циклирующий измеритель гидрофизических полей морской среды «Аквазонд», Южно-Сахалинск. ФГБУН СКБ САМИ ДВО РАН, 20010 г). В предлагаемом изобретении измерительный комплекс предполагается устанавливать в обнаруженных на обследуемой акватории местах скоплений углеводородов для дальнейшего проведения в них многофункционального экологического мониторинга. Комплекс «Аквазонд» обеспечивает измерение количественного содержания в морской среде примесей: углеводородов, сырой нефти и нефтепродуктов, растворенной органики, кислорода, кислотности, хлорофилла, солености, электропроводности и температуры, а также горизонтальной и вертикальной скоростей течений, активной радиации. Таким образом, рассматриваемый комплекс обеспечивает возможность проведения многофункционального экологического мониторинга среды в местах обнаруженных скоплений нефтегазовых скоплений УВ или нахождения нарушителей границ акваторий.

Известны «Способы и системы дальнего параметрического приема волн различной физической природы в морской среде»: RU 2453930 С1 от 11.10.2010, RU 2472116 С1 от 15.06.2011, RU 2472236 С1 от 15.06.2011, RU 2474793 С1 от 15.06.2011, RU 2474794 от 15.06.2011, RU 2503977 С1 18.07.2014, RU 2503036 С1 17.07.2014, RU 25.36836 С1 29.10.2014, RU 2536837 С1 29.10.2014, RU 2550588 С1 10.04.2015.

Указанные патенты на изобретение представляют собой частные технические решения совокупности задач предлагаемого изобретения. Дальнейшая разработка этих решений направлена на обоснование практических путей их реализации в системах экологического мониторинга и охраны районов нефтегазодобычи от проникновения в них морских животных (например, китов, сивучей), диверсионных сил и технических средств их движения, а также проведения многофункционального экологического мониторинга обследуемой акватории.

По своей физической сущности наиболее близким к заявляемому изобретению является «Гидроакустическая система параметрического приема волн различной физической природы в морской среде». Пат. RU №2472116 С1 от 15.06.2011.

Гидроакустическая система параметрического приема волн различной физической природы в морской среде включает в себя размещенные в обследуемой среде излучающий и приемный акустические блоки, сформированную между ними рабочую зону нелинейного взаимодействия и параметрического преобразования волн накачки среды с измеряемыми информационными, соединенные с акустическими блоками тракт формирования и усиления излучаемых сигналов накачки среды, а также тракт приема нелинейно преобразованных сигналов накачки, их усиления, обработки и анализа с выделением в них характеристик измеряемых информационных волн.

Система-прототип имеет следующие недостатки, которые будут исключены в предлагаемом изобретении:

- не реализуется возможность параметрического приема волн, формируемых скоплениями нефтегазовых включений, как нелинейными неоднородностями среды, а также на поверхности среды;

- отсутствует возможность проведения многофункционального экологического мониторинга характеристик среды путем использования в системе технологий и реализующих их средств, обеспечивающих контроль давления, температуры, электропроводности, скорости звука и морского течения, а также радиационной обстановки в местах проявления нефтегазовых скоплений;

- не обеспечивается охрана обследуемой акватории от проникновения в ее пределы морских животных (например, китов и сивучей), а также диверсионных сил и технических средств их движения;

- не обеспечивается оповещение участников проведения работ о вероятном вступлении в обследуемый район опасных явлении (преимущественно, сейсмических, синоптических и волн цунами).

Теоретические предпосылки о возможности исключения перечисленных недостатков в предлагаемом изобретении обоснованы и изложены в известной работе (См. Мироненко М.В., Малашенко А.Е., Василенко A.M., Карачун Л.Э. Нелинейная просветная гидроакустика и средства морского приборостроения в создании дальневосточной радиогидроакустической системы освещения атмосферы, океана и земной коры, мониторинга их полей различной физической природы // Монография. Г. Владивосток. ФГБУН СКБ САМИ ДВО РАН. ДВФУ, 2014, 404 с.).

Задачей изобретения является разработка структуры и измерительных технологий системы мониторинга, обеспечивающей обнаружения признаков проявления в морской среде и на ее поверхности нефтегазовых скоплений, как нелинейных неоднородностей, проведение многофункционального экологического мониторинга среды, который обеспечивает: измерение и контроль давления, температуры и электропроводности морской среды, скорости звука, морских течений, радиационного фона, а также обеспечение надежной охраны обследуемой акватории от проникновения нарушителей, например морских животных и диверсантов, оповещение участников работ о возможном вступлении в обследуемый район опасных морских явлений.

Для решения поставленной задачи радиогидроакустическая система экологического мониторинга и охраны районов нефтегазодобычи включает в себя размещенные в обследуемой среде излучающий и приемный акустические блоки, сформированную между ними рабочую зону нелинейного взаимодействия и параметрического преобразования волн накачки среды с измеряемыми информационными, соединенные с акустическими блоками тракт формирования и усиления излучаемых сигналов накачки среды, а также тракт приема нелинейно преобразованных сигналов накачки, их усиления, обработки и анализа с выделением в них характеристик измеряемых информационных волн, отличается тем, что измерительная система включает размещенные в центре акватории блок всенаправленного облучения среды просветными акустическими сигналами близкой стабильной частоты, а также блок излучения сложных (ЛЧМ или ФМ) сигналов, а приемные блоки в количестве 8-и изделий размещают по ее периметру (или кругу) через 45° относительно излучающего центра, при этом в каждый приемный блок системы включены по три гидрофона, которые размещены в углах горизонтальных (предпочтительно, равнобедренных) треугольников, а их вершины направлены в сторону излучающих блоков, при этом приемные гидрофоны каждого приемного блока подключены к расположенным на поверхности моря радиогидроакустическим буям (РГБ), выходы которых по каналам связи через многоканальный приемный радиоблок, далее блок переключения приемных каналов соединены с многоканальным и многофункциональным приемным трактом системы мониторинга, а в ее излучающий тракт включен генератор сигналов близкой стабильной частоты и генератор сложных сигналов (ЛЧМ или ФМ), выходы которых соединены со входом двухканального усилителя мощности, а его выходы с двухканальным блоком согласования выходов усилителя мощности с подводными кабелями и далее с излучающими блоками (акустическими преобразователями), при этом приемный тракт измерительной системы сформирован как многоканальный и многофункциональный, включающий один канал спектрального анализа и выделения сигналов разностной и (или) суммарной частоты, содержащий последовательно соединенные блоки: полосового усилителя, преобразователя временного масштаба сигналов в высокочастотную область, узкополосного анализатора спектров и функционально связанного с ним регистратора (рекордера), при этом в приемный тракт измерительной системы включены также 8-м каналов корреляционного и взаимно корреляционного анализа принимаемых просветных сигналов, для этого в каждый из них включены последовательно соединенные блоки - полосовые усилители, по два параллельно подключенных блока измерения корреляционных функций между сигналами центрального и крайних, расположенных в вершинах треугольников гидрофонов, далее блоки измерения функций их взаимной корреляции сигналов, выходы которых соединены с блоком определения точек пересечения сигналов взаимно-корреляционных функций (ЭВМ). Кроме того, многофункциональный блок измерения экологических характеристик среды первоначально расположен в месте излучающих блоков и размещен на судне-носителе, который затем перемещают и устанавливают в местах обнаруженных экологических изменений характеристик среды. Кроме того, блок формирования просветных сигналов близкой частоты обеспечивает облучение среды в диапазоне единиц килогерц. Кроме того, контролируемую среду с заданной периодичностью, дополнительно, по заданной программе озвучивают сигналами с частотно-временной или фазовой модуляцией в полосе единицы-десятки килогерц. Кроме того, мониторинг и охрану обследуемого района в зависимости от поставленной задачи проводится в заданном, относительно излучающего центра, секторе углов приема просветных сигналов. Кроме того, в систему экологического мониторинга и контроля включен блок информационно-аналитического центра (ИАЦ), который принимает текущую информацию от космических источников, преимущественно спутниковых систем навигации «ГЛОНАСС» и связи «Гонец» об экологическом состоянии поверхности обследуемой акватории, а также о сейсмической и синоптической обстановке за ее пределами.

Сопоставительный анализ признаков заявляемого изобретения и известных технических решений свидетельствует о его соответствии критерию «новизна».

Признаки отличительной части формулы изобретения решают следующие функциональные задачи.

Признаки, указывающие на то, что «измерительная система включает размещенные в центре акватории блок всенаправленного облучения среды просветными акустическими сигналами близкой стабильной частоты, а так же блок излучения сложных (ЛЧМ или ФМ) сигналов, а приемные блоки в количестве 8-и изделий размещают по ее периметру (или кругу) через 45° относительно излучающего центра», обеспечивают возможность формирования системы экологического мониторинга и охраны по всему пространству обследуемой акватории.

Признаки, указывающие на то, что «в каждый приемный блок системы включены по три гидрофона, которые размещены в углах горизонтальных (предпочтительно, равнобедренных) треугольников, а их вершины направлены в сторону излучающих блоков», обеспечивают возможность определения направлений на источники проявления экологических нарушений или мест нахождения нарушителей и диверсантов за счет дальнейшего измерения корреляционных и взаимно корреляционных характеристик принимаемых просветных сигналов.

Признаки, указывающие на то, что «приемные гидрофоны каждого приемного блока подключены к расположенными на поверхности моря радиогидроакустическим буям (РГБ), выходы которых по каналам связи через многоканальный приемный радиоблок, далее блок переключения приемных каналов соединены с многоканальным и многофункциональным приемным трактом системы мониторинга», обеспечивают передачу многоканально измеряемой информации в приемный тракт обработки и анализа принимаемых нелинейно преобразованных просветных сигналов.

Признаки, указывающие на то, что «в излучающий тракт включен генератор сигналов близкой стабильной частоты и генератор сложных сигналов (ЛЧМ или ФМ), выходы которых соединены со входом двухканального усилителя мощности, а его выходы с двухканальным блоком согласования выходов усилителя мощности с подводными кабелями и далее с излучающими блоками (акустическими преобразователями)», обеспечивают формирование, усиление, передачу в морскую среду и излучение просветных сигналов близкой частоты, а также сложных ЛЧМ или ФМ сигналов накачки среды, что реализует обнаружение мест проявления экологических нарушений, а также мест нахождения нарушителей и диверсантов на обследуемой акватории.

Признаки, указывающие на то, что «приемный тракт измерительной системы сформирован как многоканальный и многофункциональный, включающий один канал спектрального анализа и выделения сигналов разностной и (или) суммарной частоты, содержащий последовательно соединенные блоки: полосового усилителя, преобразователя временного масштаба сигналов в высокочастотную область, узкополосного анализатора спектров и функционально связанного с ним регистратора (рекордера)», обеспечивают возможность обнаружения мест экологических нарушений как признаков усиления нелинейных характеристик обследуемой среды.

Признаки, указывающие на то, что «в приемный тракт измерительной системы включены также 8 каналов корреляционного и взаимно корреляционного анализа принимаемых просветных сигналов, для этого в каждый из них включены последовательно соединенные блоки - полосовые усилители, по два параллельно подключенных блока измерения корреляционных функций между сигналами центрального и крайних, расположенных в вершинах треугольников гидрофонов, далее блоки измерения функций их взаимной корреляции сигналов, выходы которых соединены с входом блока определения точек пересечения сигналов взаимно-корреляционных функций (ЭВМ)», обеспечивают измерение направления на источники формирования нефтегазовых скоплений, а также мест нахождения нарушителей с повышенной точностью, в том числе в условиях повышенных помех среды, а также передачу измеряемой информации в блок анализа - ЭВМ.

Дополнительный признак, указывающий на то что, «многофункциональный блок измерения экологических характеристик среды, первоначально расположен в месте излучающих блоков и размещен на судне-носителе, который затем перемещают и устанавливают в местах обнаруженных экологических изменений характеристик среды», обеспечивает реализацию принципа формирования структуры измерительной системы и выполнения ею всех последующих операций экологического мониторинга и контроля обследуемой акватории.

Дополнительный признак, указывающий на то, что «контролируемую среду облучают акустическими сигналами близкой частоты в диапазоне единиц килогерц», обеспечивает оптимальную для протяженности известных районов нефтегазодобычи акустическую подсветку (накачку) среды, а также обнаружение нефтегазовых включений как неоднородностей среды.

Дополнительный признак, указывающий на то, что «контролируемую среду с заданной периодичностью озвучивают сигналами с частотно-временной или фазовой модуляцией», обеспечивает надежное обнаружение нарушителей границ акватории как объектов с «малыми волновыми параметрами», что проводится одновременно с ее экологическим мониторингом.

Дополнительный признак, указывающий на то, что «мониторинг и охрану обследуемого района в зависимости от поставленной задачи проводят в заданном, относительно излучающего центра, секторе углов приема просветных сигналов», повышает эффективность системы экологического мониторинга и охраны обследуемого района. Это достигается за счет отключения неиспользуемых в работе линий анализа, что выполняется с использованием блока переключения и коммутации линий анализа.

Дополнительный признак, указывающий на то, что «в систему экологического мониторинга и контроля включен блок информационно-аналитического центра (ИАЦ), который принимает текущую информацию от космических источников, преимущественно спутниковых систем навигации «ГЛОНАСС» и связи «Гонец» об экологическом состоянии поверхности обследуемой акватории, а также о сейсмической и синоптической обстановке за ее пределами», расширяет ее функциональные возможности и повышает надежность ее реализации в изменяющихся условиях среды.

Заявленное изобретение иллюстрируется чертежами и рисунками. На фиг. 1 приведена структурная схема системы экологического мониторинга и контроля обследуемой акватории. На фиг. 2 представлена схема расположения излучающих и приемных блоков системы по пространству контролируемой акватории. На фиг. 3 приведена характеристика направленности уровня сигнала разностной частоты, сформированного кильватерным следом морского катера. Излучались просветные сигналы близкой частоты 960 Гц и 1040 Гц. Нелинейной областью кильватерного следа формировались сигналы разностной частоты 80 Гц. Протяженность просветной трассы составляла 25 км. На фиг. 4 приведена спектрограмма просветных сигналов близкой частоты 405 Гц и 407 Гц преобразованных нелинейной областью движущегося морского судна. На спектрограмме наблюдаются первая 2ГЦ параметрическая составляющая разностной частоты и ее гармоники (1 Гц и 3 Гц). Протяженность просветной трассы составляла 40 км. На фиг. 5 приведены спектрограмма и спектр гидродинамических возмущений морской среды, сформированных движущимся подводным пловцом с использованием ЛЧМ сигналов на просветной трассе 0,5 км. Полоса частот ЛЧМ сигнала составляла 10-20 кГц, период (повторяемость) частотной модуляции - 5 Гц. На фиг. 6а-г приведены примеры измерений экологических характеристик морской среды, выполненных с использованием измерительного комплекса «Аквазонд».

Структурная схема системы, экологического мониторинга и охраны районов нефтегазодобычи показана на фиг. 1. Измерительная система включает излучающий тракт 1, многоканальный тракт приема, анализа, выделения и регистрации информационных волн 15, входы которого соединены с расположенными по обследуемой акватории приемными блоками системы Пр1 - Пр8, каждый из них сформирован из трех расположенных в горизонтальной плоскости по треугольникам преобразователей (гидрофонов), соединенными с 8-ю радиогидроакустическими буями (РГБ 10.1 - РГБ10.8) каждый. Система мониторинга и охраны включает также размещенный в месте обнаруженного нефтегазового скопления 8 измерительный комплекс «Аквазонд» 9.

Тракт формирования и усиления сигналов подсветки среды 1 представляет двухканальную электронную схему, содержащую: генератор сигналов близкой стабилизированной частоты 2 и генератор сложных ЛЧМ (или ФМ) сигналов 3, выходы которых соединены со входами двухканального усилителя мощности 4, далее через двухканальный блок 5 согласования его выходов с подводными кабелями они соединены с излучающими блоками (акустическими преобразователями) 6 и 7 (фиг. 1).

Приемный тракт измерительной системы 15 (фиг. 1), представляет собой многоканальную и многофункциональную электронную схему, включающую многоканальный приемный радиоблок 11, далее блок переключения приемных блоков и их каналов 12. Выходы блока переключения каналов 12 соединены с 8-ю линиями корреляционного анализа 13.1-13.8. При этом, каждая линия корреляционного анализа включает последовательно соединенные широкополосные усилители 13.1.1, далее блоки измерения функций корреляции сигналов со средних и крайних одиночных приемников (гидрофонов) 13.1.2, 13.1.3-13.8.2, 13.8.3), далее выходы блоков измерения функций корреляции сигналов соединены с блоками измерения функции взаимной корреляции 13.1.4-13.8.4, а также с входами блока ЭВМ 16 вычисления направлений на источники экологических проявлений, а по ним последующего определения точек пересечения линий этих направлений как мест расположения экологических проявлений, (нефтегазовых скоплений) или расположения нарушителей границ охраняемой акватории, выход блока 16 соединен с блоком регистрации измеряемых взаимно корреляционных функций 17, а также с радиоблоком 18 передачи измеряемой информации в информационно-аналитический центр (ИАЦ) 19. Приемный тракт системы мониторинга включает также линию спектрального анализа принимаемых просветных сигналов 14, которая включает последовательно соединенные: широкополосный усилитель 14.1, соединенный через блок переключения каналов 12 и РГБ10.1 - РГБ10.8 с преобразователями приемных блоков Пр.1-Пр.8. Широкополосный усилитель линии спектрального анализа 14.1 последовательно соединен с преобразователем временного масштаба принимаемых сигналов в высокочастотную область 14.2, далее с узкополосным анализатором спектров 14.3, выходы которого соединены с вычислительным блоком 16 (ЭВМ), а также с регистратором спектров выделяемых информационных сигналов 14.4. Информационно-аналитический центр (ИАЦ) 19 системы мониторинга включает связанные между собой блок системного анализа многоканально измеряемой многофункциональной информации 21, соединенный через приемный радиоблок 20 с приемным трактом системы 15, а через передающий радиоблок 22 соединен с приемным радиоблоком 23 излучающего тракта 1 измерительной системы. Кроме того, на фиг. 1 и 2 представлена обследуемая акватория 24.

Изобретение реализуется следующим образом. Излучатели подсветки среды 6 и 7 устанавливают в центре, а приемные блоки Пр. 1-Пр. 8 располагают по периметру или кругу обследуемой акватории.

Важным измерительным признаком в заявляемом изобретении является определение мест расположения источников проявления в среде экологических нарушений, формируемых нефтегазовыми скоплениями и (или) проникающими на акваторию нарушителями ее границ. Эта операция, в свою очередь, осуществляется горизонтально расположенными по треугольнику приемными блоками, Пр.1-Пр.8, что осуществляется следующим образом. Просветные сигналы принимают одиночными приемниками (гидрофонами) и через радиоблоки РГБ10.1 - РГБ10.8, далее через приемный радио блок 11 и блок переключения каналов 12, далее через широкополосные усилители 13.1.1-13.8.1 передают на блоки измерения функций корреляции 13.1.2, 13.1.3 - 13.8.2, 13.8.3 между средними и крайними преобразователями. Далее сигналы поступают на блоки измерения функций взаимной корреляции 13.1.4-13.8.4, которые обеспечивают последующее измерение новых признаков, а именно - направлений на места (источники) проявления нарушений экологического состояния среды, а также мест расположения нарушителей 8, что, в свою очередь, обеспечивается расчетами этих признаков на ЭВМ (блок 16). При этом в местах проявления экологических нарушений среды или нахождения нарушителей размещают многофункциональный измеритель экологических параметров среды «Аквазонд» 9, измеряемые информация с выхода которого по каналу связи передают на вход блока анализа (ЭВМ) 16. Кроме того, система экологического мониторинга и охраны акватории посредством ИАЦ 19 включена в общую сеть освещения морской обстановки, за счет включения в спутниковые системы навигации «ГЛОНАСС» а также связи (ССС) «Гонец», блок 26. Включение системы мониторинга и охраны в космические системы навигации связи обеспечивает возможность формирования сигналов подсветки (накачки) среды с учетом условий распространения волн. Кроме того, это обеспечивает возможность подстройки режимов работы системы как многофункциональной к многообразию проявления измеряемых информационных волн, а так же с учетом вероятных проявлений опасных сейсмических и синоптических явлений в районе работ и за его пределами.

ИЗМЕРИТЕЛЬ ПАРАМЕТРОВ ГИДРОФИЗИЧЕСКИХ ПОЛЕЙ МОРСКОЙ СРЕДЫ «АКВАЗОНД»

Одним из важнейших аспектов исследований процессов, происходящих в океане, является оценка и прогноз глобального изменения климата на основании результатов наблюдений в рамках мониторинга морской среды. Основной проблемой выполнения прогнозных оценок состояния морской среды является получение и анализ натурных данных.

Внедрение качественно новых технологий и современных технических средств позволяет создать эффективную систему контроля и управления за деятельностью в морских акваториях, разработать эффективные методы оценки пространственно-временной изменчивости, экологических рисков и прогнозов динамики морских экосистем на основе научных разработок и измерительных технологий, выполняемых в СКБ САМИ ДВО РАН.

Кроме того, оборудование акваторий автономными системами, оснащенными различными гидрофизическим, гидроакустическими и сейсмическими датчиками с передачей информации на удаленные приемные посты, позволяет создавать на их основе системы охраны морских акваторий, фиксировать районы техногенного вмешательства в среду, а также создать систему предупреждения о цунами.

Примером таких систем является разработанная в СКБ САМИ ДВО РАН автоматическая станция «Аквацикл». Конструктивно она представляет герметичный контейнер с установленными на нем датчиками регистрации различных гидрофизических полей, способный перемещаться в слое морской воды по заданной программе, обеспечивая непрерывную регистрацию вертикальных распределений (профилей) параметров среды, что позволяет точно оценивать как дифференциальные, так и интегральные характеристики этих распределений. Наряду с этим «Аквазонд» может останавливаться - «зависать» на нужное время, чтобы произвести измерения на заданных горизонтах.

Передача результатов измерений осуществляется по УКВ-модему или спутниковому радиомодему в случае отсутствия прямой видимости между точкой постановки станции и пунктом управления. Станция передает формуляры на FTP-сервер, откуда они могут быть взяты пользователем. Это может быть либо сервер пользователя, либо сервер компании Globalstar. Через сервер передаются на станцию и файлы с новым заданием.

Количество и тип датчиков устанавливаемых на циклирующую станцию гидрофизических полей «Аквазонд» определяется решаемыми задачами и регистрируемыми параметрами. В таблице приведен перечень некоторых типов датчиков и регистрируемые с их помощью параметры водной среды.

Характеристики системы «Аквазонд» по контролю параметров среды

1. Радиогидроакустическая система экологического мониторинга и охраны районов нефтегазодобычи, включающаяся в себя размещенные в обследуемой среде излучающий и приемный акустические блоки, сформированную между ними рабочую зону нелинейного взаимодействия и параметрического преобразования волн накачки среды с измеряемыми информационными, соединенные с акустическими блоками тракт формирования и усиления излучаемых сигналов накачки среды, а также тракт приема нелинейно преобразованных сигналов накачки, их усиления, обработки и анализа с выделением в них характеристик измеряемых информационных волн, отличающаяся тем, что измерительная система включает размещенные в центре акватории блок всенаправленного облучения среды просветными акустическими сигналами близкой стабильной частоты, а также блок излучения сложных (ЛЧМ или ФМ) сигналов, а приемные блоки в количестве 8-и изделий размещают по ее периметру (или кругу) через 45° относительно излучающего центра, при этом в каждый приемный блок системы включены по три гидрофона, которые размещены в углах горизонтальных (предпочтительно, равнобедренных) треугольников, а их вершины направлены в сторону излучающих блоков, при этом приемные гидрофоны каждого приемного блока подключены к расположенным на поверхности моря радиогидроакустическим буям (РГБ), выходы которых по каналам связи через многоканальный приемный радиоблок, далее блок переключения приемных каналов соединены с многоканальным и многофункциональным приемным трактом системы мониторинга, а в ее излучающий тракт включен генератор сигналов близкой стабильной частоты и генератор сложных сигналов (ЛЧМ или ФМ), выходы которых соединены со входом двухканального усилителя мощности, а его выходы с двухканальным блоком согласования выходов усилителя мощности сигналов с подводными кабелями и далее с блоками излучения акустических сигналов (преобразователями), при этом приемный тракт измерительной системы сформирован как многоканальный и многофункциональный, включающий один канал спектрального анализа и выделения боковых сигналов разностной и (или) суммарной частоты, содержащий последовательно соединенные блоки - полосового усилителя, преобразователя временного масштаба сигналов в высокочастотную область, узкополосного анализатора спектров и функционально связанного с ним регистратора (рекордера), при этом в приемный тракт измерительной системы включены также 8 каналов корреляционного и взаимно корреляционного анализа принимаемых просветных сигналов, при этом в каждый из них включены последовательно соединенные блоки - полосовые усилители, по два параллельно подключенных блока измерения корреляционных функций между сигналами центрального и крайних, расположенных в вершинах треугольников гидрофонов, далее блоки измерения функций их взаимной корреляции сигналов, выходы которых соединены с блоком определения точек пересечения сигналов взаимно-корреляционных функций (ЭВМ).

2. Радиогидроакустическая система по п. 1, отличающаяся тем, что многофункциональный блок измерения экологических характеристик среды первоначально расположен в месте излучающих блоков и размещен на судне-носителе, который затем перемещают и устанавливают в местах обнаруженных экологических изменений характеристик среды.

3. Радиогидроакустическая система по п. 1, отличающаяся тем, что блок формирования просветных сигналов близкой частоты обеспечивает облучение среды в диапазоне единиц килогерц.

4. Радиогидроакустическая система по п. 1, отличающаяся тем, что контролируемую среду с заданной периодичностью, дополнительно, по заданной программе озвучивают сигналами с частотно-временной или фазовой модуляцией в полосе единицы-десятки килогерц.

5. Радиогидроакустическая система по п. 1, отличающаяся тем, что мониторинг и охрану обследуемого района в зависимости от решаемой задачи проводится в заданном относительно излучающего центра секторе углов приема просветных сигналов.

6. Радиогидроакустическая система по п. 1, отличающаяся тем, что в нее включен блок информационно-аналитического центра (ИАЦ), который по каналам связи соединен с блоками передачи текущей информации от спутниковых систем навигации «ГЛОНАСС» и связи «Гонец» об экологическом состоянии поверхности обследуемой акватории, а также о сейсмической и синоптической обстановке за ее пределами.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к устройствам для измерения параметров поверхностного волнения жидкостей. Данное устройство может быть применено для исследования волновых процессов на поверхности жидкости, как в натурных, так и в лабораторных условиях, например для определения микро возмущений (порядка десятков микрон) водной поверхности при наличии низкочастотных волн значительной амплитуды (порядка пяти-десяти сантиметров).

Изобретение относится к областям гидроакустики, гидрофизики и геофизики. Способ формирования и применения пространственно развитой просветной параметрической антенны в морской среде включает в себя формирование просветной приемной параметрической антенны как многолучевой, соизмеримой с пространственной протяженностью контролируемой морской среды, для этого используют ненаправленные излучающие преобразователи, которые располагают в центре акватории и размещают их на оси подводного звукового канала, выше и ниже его, а три приемных блока формируют из трех ненаправленных акустических преобразователей каждый, размещенных в вертикальной плоскости по треугольникам, а по глубине располагают аналогично излучающим преобразователям, при этом вершины треугольников направляют в сторону излучателей, при этом нелинейно преобразованные просветные сигналы многоканально принимают одиночными преобразователями трех приемных блоков и посредством подводных кабелей через блок коммутации, и переключения каналов анализа сигналов подают на входы многоканального и многофункционального приемного тракта, в котором измеряют характеристики просветных сигналов каждым приемным блоком, определяют направления их приходов в вертикальной плоскости контролируемого сектора, для этого принимаемые блоками просветные сигналы усиливают в полосе частот их параметрического преобразования, измеряют корреляционные функции сигналов между средним и крайними преобразователями, затем измеряют их взаимно корреляционные функции, по характерным максимумам которых определяют направления приходов информационных сигналов «сверху и снизу», далее на основе алгоритма решения «обратной лучевой задачи» формирования структуры просветного акустического поля определяют точки пересечения лучей по направлениям наблюдаемых секторов для каждого приемного блока как места расположения морских источников излучения информационных волн, далее в сигналах взаимно корреляционных функций с выходов каждой линии анализа измеряют узкополосные спектры, по которым с учетом параметрического преобразования в среде и частотно-временного преобразования в приемном тракте определяют частоту измеряемых информационных волн и их принадлежность (идентификацию) к атмосферным, морским или донным.

Использование: гидрофизика, геофизика и радиофизика. Сущность изобретения: способ параметрического приема волн различной физической природы источников атмосферы, океана и земной коры в морской среде включает в себя пространственно-разнесенные по контролируемой акватории на десятки-сотни километров излучающие и приемные акустические преобразователи, сформированную между ними рабочую зону нелинейного взаимодействия и параметрического преобразования акустических просветных и измеряемых информационных волн, соединенные с преобразователями, соответственно, излучающий тракт формирования, усиления и излучения сигналов подсветки среды, а также тракт приема усиления, спектрального анализа нелинейно преобразованных просветных сигналов, выделения в спектрах верхней и (или) нижней боковых полос, определение и регистрации информационных сигналов, отличается тем, что рабочую зону нелинейного взаимодействия и параметрического преобразования просветных и измеряемых информационных волн формируют как многолучевую пространственно-развитую просветную параметрическую антенну, соизмеримую с протяженностью контролируемой акватории, для чего излучающий преобразователь располагают в центре акватории и включают в него три всенаправленных блока и устанавливают их на оси ниже и выше оси подводного звукового канала (ПЗК), а приемный преобразователь формируют аналогично излучающему преобразователю из трех одинаковых блоков, которые располагают по кругу или периметру на противоположной границе акватории и размещают их относительно ПЗК аналогично излучающим блокам, при этом каждый приемный блок формируют из трех одиночных гидрофонов, которые размещают в вертикальной плоскости по равнобедренным треугольникам, а их вершины направляют в сторону излучающих преобразователей, за счет этого совместно с излучающими преобразователями формируют просветную многолучевую параметрическую антенну, при этом в излучающий тракт измерительной системы включают последовательно соединенные блоки: звукового генератора стабилизированной частоты, усилителя мощности, трехканального блока согласования выхода усилителя с подводными кабелями и далее с излучающими акустическими преобразователями, а приемный тракт измерительной системы формируют как многоканальный и многофункциональный, который включает один канал анализа для выделения информационных сигналов, содержащий последовательно соединенные блоки: полосового усилителя, преобразователя временного масштаба сигналов в высокочастотную область, узкополосного анализатора спектров и функционально связанного с ним регистратора (рекордера), а также три канала измерения функций корреляции между средним и крайними гидрофонами приемных блоков, далее функций их взаимной корреляции для последующего измерения углов прихода многолучевых сигналов «сверху и снизу» по направлениям сформированных в вертикальной плоскости просветных параметрических антенн для каждого приемного блока, при этом в каждый из трех каналов корреляционного анализа включают последовательно соединенные: полосовые усилители, два параллельных блока измерения корреляционных функций сигналов между центральным и крайними гидрофонами приемных блоков, далее блоки измерения функций взаимной корреляции, выходы которых соединяют с общим блоком регистратора (рекордером), а также с блоком вычисления траектории лучей, как просветных параметрических антенн, и точек их пересечения на акватории (ЭВМ), при этом одиночные гидрофоны каждого приемного блока посредством кабелей через блок переключения каналов соединяют с многоканальным приемным трактом измерительной системы.

Использование: изобретение относится к гидрофизике, геофизике и радиофизике и может быть использовано при формировании пространственно-развитых просветных радиогидроакустических систем мониторинга акустических, гидродинамических и электромагнитных полей, формируемых искусственными и естественными источниками, опасными явлениями атмосферы, океана и земной коры в диапазоне частот, охватывающем сотни-десятки-единицы-доли герц, включая сверхнизкочастотные колебания движущихся объектов и неоднородностей морской среды.

Изобретение относится к области определения одной из основных характеристик шумоизолирующих материалов - коэффициента их звукопоглощения. Способ оценки звукопоглощения волокнисто-пористых материалов заключается в измерении удельного сопротивления протеканию потоком воздуха RS и определении коэффициента звукопоглощения α на заданной частоте по регрессионным уравнениям, связывающим RS и α.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для контроля положения поглощающих стержней различного функционального назначения в активной зоне реактора, а также различных механических узлов и оборудования, например, на атомных электростанциях.
Изобретение относится к ультразвуковой технике и предназначено для качественной оценки распределения плотностей ультразвуковой энергии в технологических объемах с водной средой, подвергаемой действию ультразвука.

Использование: для контроля ультразвукового датчика по характеристики импеданса датчика. Сущность изобретения заключается в том, что сенсорное устройство содержит датчик, прежде всего ультразвуковой датчик, имеющий средства генерирования и обнаружения звуковых волн, причем средства обнаружения преобразуют принимаемые звуковые волны в электрические сигналы, анализируемые посредством блока обработки сигналов, при этом оно содержит устройство функционального контроля, выполненное с возможностью определения характеристики импеданса датчика в зависимости от частоты возбуждения, причем устройство функционального контроля выполнено таким образом, чтобы во время измерения импеданса возбуждать колебания с амплитудой, меньшей по сравнению с результатом обычного измерения, или таким образом, чтобы проводить измерения импеданса в промежутках между периодами работы датчика в обычном режиме измерений.

Настоящая группа изобретений относится к измерительной камере (6) для ультразвуковой ванны (1) или для емкости, которая оборудована низкочастотным источником (2) ультразвука для выработки кавитации и способу для определения кавитационной энергии.

Изобретение относится к способу и устройству для определения параметров газожидкостного потока в трубопроводе и может быть использовано в нефтедобывающей и других отраслях промышленности, где требуется высокая точность определения параметров.
Наверх