Интегрированная программная среда обработки данных (ИПСОД) гидроакустических систем
Приведено описание программной среды обработки данных гидро-акустических систем предназначенной для моделирования и расчета основных характеристик звукового поля в водной среде. Наведено опис програмного середовища обробки даних гідроакус-тичних систем призначеного для моделювання та розрахунку осно...
Saved in:
| Published in: | Комп’ютерні засоби, мережі та системи |
|---|---|
| Date: | 2013 |
| Main Authors: | , |
| Format: | Article |
| Language: | Russian |
| Published: |
Інститут кібернетики ім. В.М. Глушкова НАН України
2013
|
| Online Access: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/69717 |
| Tags: |
Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
|
| Journal Title: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Cite this: | Интегрированная программная среда обработки данных (ИПСОД) гидроакустических систем / М.И. Проненко, Т.А. Самолюк // Комп’ютерні засоби, мережі та системи. — 2013. — № 12. — С. 123-130. — Бібліогр.: 5 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1859915026468438016 |
|---|---|
| author | Проненко, М.И. Самолюк, Т.А. |
| author_facet | Проненко, М.И. Самолюк, Т.А. |
| citation_txt | Интегрированная программная среда обработки данных (ИПСОД) гидроакустических систем / М.И. Проненко, Т.А. Самолюк // Комп’ютерні засоби, мережі та системи. — 2013. — № 12. — С. 123-130. — Бібліогр.: 5 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Комп’ютерні засоби, мережі та системи |
| description | Приведено описание программной среды обработки данных гидро-акустических систем предназначенной для моделирования и расчета основных характеристик звукового поля в водной среде.
Наведено опис програмного середовища обробки даних гідроакус-тичних систем призначеного для моделювання та розрахунку основних характеристик звукового поля у водному середовищі.
It is description off operating environment for processing data off sonar system designed for modeling and calculation of the main characteristics of the sound field in an aqueous medium.
|
| first_indexed | 2025-12-07T16:04:49Z |
| format | Article |
| fulltext |
Комп’ютерні засоби, мережі та системи. 2013, № 12 123
M. Pronenko, T. Samolyuk
THE INTEGRATED
PROGRAM MEDIUM
OF DATA PROCESSING OF
HYDROACOUSTIC SYSTEMS
It is description off operating envi-
ronment for processing data off so-
nar system designed for modeling
and calculation of the main charac-
teristics of the sound field in an
aqueous medium.
Key words: radiation patterns,
anomalies of sound, detection zones.
Наведено опис програмного сере-
довища обробки даних гідроакус-
тичних систем призначеного для
моделювання та розрахунку осно-
вних характеристик звукового
поля у водному середовищі.
Ключові слова: променеві карти-
ни, аномалії поширення звуку, зони
виявлення.
Приведено описание программной
среды обработки данных гидро-
акустических систем предназна-
ченной для моделирования и рас-
чета основных характеристик
звукового поля в водной среде.
Ключевые слова: лучевые карти-
ны, аномалии распространения
звука, зоны обнаружения.
М.И. Проненко,
Т.А. Самолюк, 2013
УДК 519. 7004. 62
М.И. ПРОНЕНКО, Т.А. САМОЛЮК
ИНТЕГРИРОВАННАЯ ПРОГРАММНАЯ
СРЕДА ОБРАБОТКИ ДАННЫХ (ИПСОД)
ГИДРОАКУСТИЧЕСКИХ СИСТЕМ
Введение. Постановка проблемы в общем
виде, ее связь с научными и практическими
задачами. Гидроакустика – раздел акустики,
изучающий излучение, прием и распростра-
нение звуковых волн в реальной водной сре-
де для целей подводной локации, связи и т.
п. Главная особенность подводных звуков –
их малое затухание, вследствие чего под во-
дой звуки могут распространяться на боль-
шие расстояния, чем, например, в воздухе.
Кроме затухания, обусловленного свойства-
ми самой воды, на дальность распростране-
ния звуков под водой влияют рефракция зву-
ка, его рассеяние и поглощение различными
неоднородностями среды.
Наиболее существенные применения гид-
роакустики: звукоподводная связь; морская
навигация; решения военных задач; рыбопо-
исковая разведка; океанологические иссле-
дования; сферы деятельности по освоению
богатств дна Мирового океана и т. д.
Для этих целей используют гидроакусти-
ческие станции – совокупность схемных и
конструктивно связанных акустических,
электрических и электронных приборов и
устройств с помощью которых производится
прием или излучение, или прием и излучение
акустических колебаний в воде.
Окончательная оценка значений акустиче-
ских и физических характеристик гидроаку-
стических станций требует проведения пря-
мых измерительных экспериментов в разных
районах водной среды (океаны, моря, озера,
реки). Районы отличаются структурой дна,
глубиной залегания под водой звукового ка-
нала, повторяемостью явлений при поверх-
М.И. ПРОНЕНКО, Т.А. САМОЛЮК
Комп’ютерні засоби, мережі та системи. 2013, № 12 124
ностного звукового канала, вероятностью существования отрицательной реф-
ракции в поверхностном слое, вероятностью существования дальней зоны аку-
стической освещенности, на различных глубинах, в разное время года, при раз-
личных температурах окружающей среды в широком диапазоне частот распро-
странения звуковых волн. Учитывая данные проблемы возникает необходимость
создания программных систем по обработке полученных измерений. Большин-
ство программных продуктов, реализующих различные математические модели
процесса гидроакустического обнаружения не учитывают неоднородность вод-
ной среды, параметров дна, морского волнения и соответственно не могут в
полной мере обеспечить адекватность получаемых результатов реальной карти-
не распространения гидроакустических сигналов. Разработанная ИПСОД обес-
печивает возможность моделирования гидроакустического поля и расчета на его
основе дальности обнаружения целей с учетом неоднородности среды по трассе
распространения гидроакустического сигнала.
Анализ исследований и публикаций по рассматриваемой проблеме.
ИПСОД гидроакустических систем предназначена для построения и визуализа-
ции:
- вертикального распределения градиентов скорости звука (ВРГСЗ);
- лучевых картин;
- картин аномалии распространения звука;
- зон обнаружения в режиме гидролокации [1 – 5].
ВРГСЗ представляет собой совокупность информационных слов в двоич-
ном коде, несущих информацию о скорости звука (C) и глубине ее измерения
(Z), находящихся в функциональной зависимости C (Z). Рассматриваются и
строятся измеренный ВРГСЗ, статистический ВРГСЗ, аппроксимированный
ВРГСЗ, сопряженный ВРГСЗ.
Измеренный массив ВРГСЗ при его ручном вводе формируется путем по-
следовательного набора информационных слов Сi, Zi с последующим их запо-
минанием.
Алгоритм расчета лучевых картин основан на кусочно-линейной аппрокси-
мации вертикального распределения градиентов скорости звука, вычислении
горизонтального расстояния (ΔRі), проходимого акустическим лучом в слое с
постоянным градиентом G1.
Для заданного вертикального распределения скорости звука по глубине
волновода, заданного сектора углов в вертикальной плоскости и глубины распо-
ложения излучателя рассчитываются классы лучей.
I класс – водные лучи, распространяющиеся внутри волновода без отраже-
ния от границ, II класс – лучи, распространяющиеся без отражения от дна, но с
отражением от поверхности, III класс – лучи, претерпевающие отражение от дна
(без отражения от поверхности), IY класс – лучи, распространяющиеся в волно-
воде с отражением от поверхности и дна.
Для каждого класса лучей определяются минимальный и максимальный
граничный лучи, в пределах которых сектор равномерно разбивается на лучевые
ИНТЕГРИРОВАННАЯ ПРОГРАММНАЯ СРЕДА …
Комп’ютерні засоби, мережі та системи. 2013, № 12 125
трубки таким образом, чтобы общее количество лучей равнялось заданному их
количеству.
Расчет горизонтальных проекций (горизонтальных расстояний, проходимых
лучом в слое) производится для каждого луча, начиная с луча, выходящего из
излучателя под максимальным углом и заканчивая лучом, угол выхода которого
равен 0,1° относительно горизонтали. Для лучей, выходящих из излучателя
вниз от горизонтали, траектория формируется с использованием горизонталь-
ных проекций, рассчитанных для лучей с соответствующими углами выхода
вверх относительно горизонтали.
Алгоритм расчета аномалии распространения звука основан на приближе-
нии лучевой акустики и справедлив для частот не ниже 200 Гц.
Величина аномалии распространения звука определяется функцией
k
i
A
1=
∑= F (Fi , R(θi), Wпові, Vднi, Nв, Nн), (1)
где i – число лучей, приходящих в точку наблюдения, Fi – фактор фокусировки
для i-го луча, R(θi) – значение характеристики направленности для угла выхода
i-го луча из источника, Wпові – коэффициент отражения от поверхности, Vднi –
коэффициент отражения от дна, Nв – число отражений луча от поверхности, Nн –
число отражений луча от дна.
Согласно алгоритму, для заданных условий, вертикального распределения
градиента скорости звука и глубины излучателя – определяются классы лучей,
формирующих звуковое поле. В зависимости от соотношения скоростей звука на
горизонтах излучателя, на поверхности и у дна, возможны следующие комбина-
ции классов лучей: IY; II и IY; III и IY; I, II и IY; I, III и IY; I и IY. Для каждого
класса лучей рассчитываются значения минимального и максимального углов.
Предельный угол для мелкого моря (Zдн < 250 м) равен 25°, для глубокого – 50°.
Начиная с максимального угла старшего класса формируются лучевые
трубки по признаку 1112 9.0 θ=θ , где 11θ – первый угол трубки, первоначально
равный значению максимального угла текущего класса, а затем – значению вто-
рого угла предыдущей трубки, 12θ – второй угол трубки.
Для каждой трубки рассчитываются горизонтальные проекции на горизонты
излучателя и приемника, расстояние выхода трубки на горизонт приемника. Вся
дистанция, начиная с Rнач до Rкон разбивается на ряд точек с постоянным шагом
∆R. Затем, анализируя значения расстояний выхода каждой трубки на горизонт
приемника, определяют точки по дистанции, захватываемые текущей лучевой
трубкой. Для точек, захваченных лучевой трубкой, вычисляется фактор фоку-
сировки. Алгоритм расчета зон обнаружения в режиме гидролокации основан на
использовании зависимости аномалии распространения звука от дистанции и
помехи. Предусматриваются варианты расчета зон обнаружения: с учетом шу-
мовой составляющей помехи; с учетом суммарной помехи (реверберационной и
шумовой).
Изложение основного материала исследования. Пакет программ реализо-
ван в виде графической ИПСОД с использованием объектно-ориентированных
М.И. ПРОНЕНКО, Т.А. САМОЛЮК
Комп’ютерні засоби, мережі та системи. 2013, № 12 126
технологий, именуемой как «HydroAc». Пакет предназначен для моделирования
и расчета основных характеристик звукового поля, лучевых картин, аномалии
распространения звука в водной среде, дальности действия гидроакустических
систем в однородной среде (энергетическая дальность) и в среде с аномалией
распространения звука. Все операции по обработке и отображению гидроаку-
стической информации производятся в режиме не реального времени. Результа-
ты расчетов представляются на экране дисплея или могут быть выведены на
принтер.
Основное меню среды, содержащее модули пакета: банк данных, прогнози-
рование, выход.
Банк данных содержит файлы для работы пакета: файлы с градиентами ско-
рости звука для различных районов водной среды, файлы с массивами коэффи-
циентов отражения от различных типов дна, файлы аномалий, зон обнаружения.
В именах файлов ВРГСЗ содержится информация об условиях измерения.
Это окончание имени файла в виде _xx_x_xx_x_xxxx_xx, где соответственно
указывается район, сезон, тип дна, волнение, глубина дна, рабочая глубина.
Модуль банк данных позволяет ввести и сохранить в файле характеристики дна
и условия измерения ВРГСЗ (рис. 1). Выбор параметров мелководный район или
глубоководный район позволяет вывести и внести изменения в файлы коэффици-
ентов отражения от дна, просмотреть их графики. Задание режимов измерения
или поиска файла с массивом ВРГСЗ происходит в правой части экрана, где
вносятся следующие параметры: район, сезон, тип дна, волнение, глубина дна,
рабочая глубина. Все параметры кроме сезона числовые.
РИС. 1. Условия измерения
ИНТЕГРИРОВАННАЯ ПРОГРАММНАЯ СРЕДА …
Комп’ютерні засоби, мережі та системи. 2013, № 12 127
По необходимости условия измерения сохраняются. Задание некорректных
параметров отмечается соответствующим сообщением.
Модуль прогнозирование решает четыре основные задачи: ВРГСЗ; лучевые
картины; аномалия распространения; зоны обнаружения.
Решение этих задач позволяет получить расчетные ВРГСЗ, построить луче-
вые картины для интересующего вертикального распределения градиентов ско-
рости звука, рассчитать аномалию распространения звука и зоны обнаружения в
режиме гидролокации при оценке эффективности гидроакустической системы
в конкретном районе водной среды. В каждой из задач имеется возможность вы-
брать из модуля банк данных уже имеющееся или внесенное пользователем
ВРГСЗ, ввести в диалоговом режиме все необходимые исходные данные и
провести расчеты. Результаты расчетов представляются на экране монитора или
могут быть выведены на принтер. Для повышения информативности выводимых
на экран монитора результатов расчетов используется цветовая кодировка уров-
ней.
Выбор закладки ВРГСЗ в модуле прогнозирование дает возможность рас-
считать требуемый его вид. Просмотреть и изменить ВРГСЗ возможно в таблич-
ном и графическом виде. Страница разделена на две части. Справа предостав-
лен механизм задания, расчета, отображения ВРГСЗ в таблицах с данными по
глубине и скорости, слева строится соответствующий график, цвет которого
совпадает с цветом шрифта цифровых данных в таблице. Сначала нужно вы-
брать способ ввода исходного ВРГСЗ, выбрав соответствующий пункт из двух
под меткой (выбрать ВРГСЗ с файла или ручной ввод). Происходит ввод данных
из файла (ввод вручную) в таблицу и одновременное построение графика в ле-
вой части экрана. Массив глубин вводится в метрах, соответствующие значения
скоростей звука – в м /с); пределы изменения глубин – 0–10000 м; пределы из-
менения скоростей – 1400–1550 м/с. Ввод вручную моделирует процесс измере-
ния ВРГСЗ. Достройка ВРГСЗ до дна происходит по входному ВРГСЗ (измерен-
ному, статистическому, аппроксимированному, сопряженному) и значению глу-
бины дна.
При выборе второй закладки лучевая картина поля в модуле прогнозирова-
ние на экран дисплея выводится страница расчета и построения лучевых картин.
Поле экрана разделено на две части: левая – графическая картина, правая – рас-
четные данные.
Для расчета лучевых картин необходим следующий набор исходных дан-
ных: рабочий ВРГСЗ; полный сектор углов в вертикальной плоскости в градусах
с осью, ориентированной в направлении 0°; количество лучей, для которых не-
обходимо произвести расчет траекторий (не более 50); предельная дистанция
для расчета (км). Массив ВРГСЗ выбирается (из файла, из предыдущих расче-
тов, расчет ВРГСЗ по-новому). Вводят значения переменных: Zbot – глубина
места (м); Zsr – глубина излучателя (м); Zpr – глубина цели (м); Cornmin – ми-
нимальный угол выхода луча (º); Cornmax – максимальный угол выхода луча
(º); Countray – количество лучей; Fr – частота (кГц); Rlim – предельная дистан-
ция (км).
М.И. ПРОНЕНКО, Т.А. САМОЛЮК
Комп’ютерні засоби, мережі та системи. 2013, № 12 128
При нажатии кнопки Расчет проекции координат и траекторий лучей за-
полняется таблица с данными для построения лучевой картины поля.
В левой части экрана по нажатию кнопки Элементы траектории луча и их
типы выводится траектория луча, описание которого предварительно выбирает-
ся в таблице справа переводом указателя мышки на определенную строку. После
нажатия на кнопку Лучевая картина поля и выбора вида картины поля (С дон-
ными лучами, Без донных лучей) выводятся графики всех звуковых лучей для
данной лучевой трубки (рис. 2).
РИС. 2. Лучевая картина поля с донными лучами
Расчет аномалии распространения производится для данных: расчетного
ВРГСЗ; массивов углов скольжения у дна (от 0° до 90°); коэффициентов отра-
жения от дна по давлению (от 0 до 1кПа); Zbot – глубины дна (наибольшее зна-
чение с рабочего ВРГСЗ); Zsrlim – предельной глубины излучателя; Zprlim –
предельной глубины цели; Zsr – глубины излучателя (м); Zpr – глубины цели
(м); CornMax – максимального количества углов; di – угла наклона характери-
стики направленности в вертикальной плоскости (°); Fr – рабочей частоты звука
(Гц); hw – среднеквадратической высоты волны (м); Llim – параметра волнового
ограничения (м); Rbeg – начальной дистанции (км); Rend – конечной дистанции
(км); dR – шага по дистанции (м) (рис. 3). По нажатию кнопки Глубины излуча-
теля и цели заполняются следующие данные:
Zsrbeg – начальный горизонт излучателя (м); dZsr – шаг по глубине излуча-
теля (м); Zprbeg – начальный горизонт цели (м); dZpr – шаг по глубине цели (м).
По умолчанию, т. е. при использовании в расчете исходных данных приме-
ра, в зависимости от глубины волновода, расчет проводится для следующих зна-
чений горизонтов цели: Zpr[n] = ∆Zpr*n, где Zpr[n] – n-ое погружение излучате-
ля, ∆Zpr – шаг по глубине, n – число градаций погружений излучателя.
ИНТЕГРИРОВАННАЯ ПРОГРАММНАЯ СРЕДА …
Комп’ютерні засоби, мережі та системи. 2013, № 12 129
РИС. 3. Картина аномалии
Для расчета зон обнаружения в режиме гидролокации необходимы следую-
щие исходные данные (наведены с именами в таблице): расчетный ВРГСЗ (Из
файла, Из предыдущих расчетов, Расчет ВРГСЗ по-новому); Psr – давление
излучения (кПа); (вводится с клавиатуры или рассчитывается), (для расчета не-
обходимы величины акустической мощности (кВт) и коэффициента концентра-
ции излучателя); Rpr – эквивалентный радиус цели (м); Ancon – аномалия рас-
пространения звука – A = const либо массив A(r), рассчитанный или введенный
с клавиатуры; размерность массива A(r) – не более 300 точек; Fr – частота излу-
чаемых сигналов (кГц), пределы изменения – от 0.2 кГц и выше; Qpor – значе-
ние порогового отношения сигнал/помеха (в разах); BFr – значение полосы час-
тот, в которой измерялось пороговое отношение, (Гц); kkf – коэффициент кило-
метрического затухания в среде (дБ/км); Zsr – глубина излучателя; Zpr – глу-
бина цели; Rbeg – начальное расстояние; Rend – конечное расстояние; dR– шаг
по дистанции; dQ – градация пороговых значений; информация о помехе (Шу-
мовая изотропная, Шумовая изотропная и локальная, Огибающая ревербераци-
онная, Огибающая суммарная).
Следующим шагом будет выбор аномалии распространения: (Аномалия из
файла; Аномалия из предыдущих расчетов; Аномалия – константа; Аномалии и
зоны обнаружения из файла).
Расчет аномалии и зон обнаружения получаем по нажатию кнопки Анома-
лии и зоны обнаружения. После этого рассчитываются зоны обнаружения для
выбранного вида аномалии. Получить график зон обнаружения можно нажав
кнопку G (рис. 4). Очистить график – кнопка С. Слева от панели вывода зон
обнаружения выводится ВРГСЗ, справа выводятся условия измерения ВРГСЗ:
район, сезон, тип дна, волнение, глубина дна, рабочая глубина.
М.И. ПРОНЕНКО, Т.А. САМОЛЮК
Комп’ютерні засоби, мережі та системи. 2013, № 12 130
РИС. 4. Зоны обнаружения
Выводы. Разработанная интегрированная операционная программная среда
обработки данных гидроакустических систем (ИПСОД) позволяет рассчитать и
построить следующие характеристики гидроакустического поля: ВРГСЗ, луче-
вые картины поля, картины аномалии звука, зоны обнаружения с учетом боль-
шого количества параметров, обеспечивает адекватность получаемых результа-
тов реальной картине распространения гидроакустических сигналов.
Дальнейшим развитием обработки данных гидроакустических систем было
бы введение в описанную систему ИПСОД базы данных ВРГСЗ, конкретных
измерений существующих гидроакустических систем в разных районах морско-
го пространства Украины и получение на этой основе реальных характеристик
гидроакустического поля определенных участков водной среды.
1. Урик Р.Дж. Основы гидроакустики. – Л.: Судостроение, 1978. – 448 с.
2. Акустика океана / Под ред. Л. М. Бреховских. – М.: Наука, 1974. – 693 с.
3. Гончар А.И. Проблемы, методы и свойства исследований мирового океана // Гідроакус-
тичний журнал. – 2008. – № 5.
4. Большаков А.Н., Запевалов А.С., Смолов В.Е. Отражение акустических волн от крупно-
масштабных неоднородностей морской поверхности // Акустичний вісник. Інститут
гідромеханіки НАН України. – 2007. – Том 10, № 3. – С. 6 – 11.
5. Бабий В.И. О достоверности результатов измерения вертикального распределения ско-
рости звука в море // Там же. – 2007. – Том 10, № 4. – С. 3 – 11.
Получено 05.09.2013
удк 519. 7004. 62
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-69717 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 1817-9908 |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-12-07T16:04:49Z |
| publishDate | 2013 |
| publisher | Інститут кібернетики ім. В.М. Глушкова НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Проненко, М.И. Самолюк, Т.А. 2014-10-18T18:48:40Z 2014-10-18T18:48:40Z 2013 Интегрированная программная среда обработки данных (ИПСОД) гидроакустических систем / М.И. Проненко, Т.А. Самолюк // Комп’ютерні засоби, мережі та системи. — 2013. — № 12. — С. 123-130. — Бібліогр.: 5 назв. — рос. 1817-9908 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/69717 519. 7004. 62 Приведено описание программной среды обработки данных гидро-акустических систем предназначенной для моделирования и расчета основных характеристик звукового поля в водной среде. Наведено опис програмного середовища обробки даних гідроакус-тичних систем призначеного для моделювання та розрахунку основних характеристик звукового поля у водному середовищі. It is description off operating environment for processing data off sonar system designed for modeling and calculation of the main characteristics of the sound field in an aqueous medium. ru Інститут кібернетики ім. В.М. Глушкова НАН України Комп’ютерні засоби, мережі та системи Интегрированная программная среда обработки данных (ИПСОД) гидроакустических систем The integrated program medium of data processing of hydroacoustic systems Article published earlier |
| spellingShingle | Интегрированная программная среда обработки данных (ИПСОД) гидроакустических систем Проненко, М.И. Самолюк, Т.А. |
| title | Интегрированная программная среда обработки данных (ИПСОД) гидроакустических систем |
| title_alt | The integrated program medium of data processing of hydroacoustic systems |
| title_full | Интегрированная программная среда обработки данных (ИПСОД) гидроакустических систем |
| title_fullStr | Интегрированная программная среда обработки данных (ИПСОД) гидроакустических систем |
| title_full_unstemmed | Интегрированная программная среда обработки данных (ИПСОД) гидроакустических систем |
| title_short | Интегрированная программная среда обработки данных (ИПСОД) гидроакустических систем |
| title_sort | интегрированная программная среда обработки данных (ипсод) гидроакустических систем |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/69717 |
| work_keys_str_mv | AT pronenkomi integrirovannaâprogrammnaâsredaobrabotkidannyhipsodgidroakustičeskihsistem AT samolûkta integrirovannaâprogrammnaâsredaobrabotkidannyhipsodgidroakustičeskihsistem AT pronenkomi theintegratedprogrammediumofdataprocessingofhydroacousticsystems AT samolûkta theintegratedprogrammediumofdataprocessingofhydroacousticsystems |