Цифровые системы измерения, накопления и передачи акустико-гидрофизических данных

• Автор: Ковзель, Дмитрий Георгиевич
• Шифр специальности: 01.04.06
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2011
• Место защиты: Владивосток
• Количество страниц: 163 с. : ил.

Оглавление
ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1. ВЫБОР БАЗОВЫХ СТРУКТУРНЫХ И АЛГОРИТМИЧЕСКИХ РЕШЕНИЙ ПО ИЗМЕРЕНИЮ И ПЕРЕДАЧЕ ДАННЫХ В ПРИЕМНЫХ АКУСТИКО-ГИДРОФИЗИЧЕСКИХ СИСТЕМАХ
1.1 Обзор технических средств измерения, накопления и передачи акустических и гидрофизических данных
1.2 Определение основных параметров измерительно-телеметрических трактов акустикогидрофизических систем различного назначения и оценка возможностей их реализации в разрабатываемых системах
1.2.1 Определение основных характеристик приемной измерительно-телеметрической системы, ориентированной на исследования низкочастотной морской реверберации
1.2.2 Основные параметры акустических измерительных трактов для автономной вертикальной акустико-гидрофизической измерительной системы «Моллюск-07», ориентированной на исследования влияния пространственно-временных неоднородностей поля скорости звука на распространение акустических волн в мелком море
1.2.3 Определение основных параметров одноканальной системы цифровой телеметрии с расширенным динамическим диапазоном «ЦРТС-08»
1.3 Цифровая телеметрическая система как средство измерения и передачи данных в акустикогидрофизических системах
Выводы по главе
ГЛАВА 2. ПРИМЕРЫ РАЗРАБОТКИ ИЗМЕРИТЕЛЬНО-ТЕЛЕМЕТРИЧЕСКИХ СИСТЕМ ДЛЯ АКУСТИКОГИДРОФИЗИЧЕСКИХ КОМПЛЕКСОВ РАЗЛИЧНОГО НАЗНАЧЕНИЯ
2.1 Многоканальная система синхронной цифровой телеметрии и накопления акустических и гидрофизических данных для исследований низкочастотной морской реверберации «Отклик-91»
2.1.1 Технические решения, лежащие в основе цифровых систем сбора и передачи акустикогидрофизических данных «Отклик» разработки 1989-1990 годов
2.1.2 Система цифровой телеметрии «Отклик-91»
2.1.3 Работа «Отклик-91» по функциональной схеме
2.1.4 Современная точка зрения на технические решения «Отклик-91»
Выводы
2.2 Автономная вертикальная акустико-гидрофизическая система «Моллюск-07»
2.2.1 Предпосылки создания системы «Моллюск-07» и описание технических решений
2.2.2. Описание конструкции системы
2.2.3 Описание работы «Моллюск-07» по функциональной схеме
2.2.4 Измерения параметров сигнальных трактов «Моллюск-07»

2.2.5 Обсуждение технических решений «Моллюск-07» и перспектив их применения в последующих разработках
2.3 Система цифровой телеметрии «ЦРТС-08» для автономной донной акустической станции «Шельф-09»
2.3.1. Описание конструкции и функциональной схемы станции «Шельф-09»
2.3.2 Измерение характеристик станций «Шельф-09» в лабораторных условиях
2.3.3 Выбор конструктивных и технологических решений при разработке и отладке электронных модулей системы «ЦРТС-08»
2.3.4 Кабельные акустические станции на базе телеметрической системы «ЦРТС-08»
Выводы по главе
ГЛАВА 3. ПРИМЕНЕНИЕ РАЗРАБОТАННЫХ ИЗМЕРИТЕЛЬНО-ТЕЛЕМЕТРИЧЕСКИХ СИСТЕМ В МОРСКИХ АКУСТИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЯХ
3.1 Работа телеметрии «Отклик-91» в составе автономных и кабельных акустикогидрофизических измерительных систем
3.2 Применение измерительной системы «Моллюск-07» в акустико-гидрофизических исследованиях
3.3 Применение телеметрической системы «ЦРТС-08» для мониторинга параметров акустических сейсморазведывательных сигналов и уровней окружающего шума в реальном времени
3.3.1 Применение «ЦРТС-08» в составе донных станций «Шельф-09»
3.3.2 Применение телеметрической системы «ЦРТС-08» в кабельных акустических станциях
Выводы по главе
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
ПРИЛОЖЕНИЕ 1. Акт внедрения кабельной телеметрической системы «ЦРТС-08» в исследования, проводимые ООО «РЭА Сахалин» для ЗАО «РН-Шельф-Дальний Восток»
ПРИЛОЖЕНИЕ 2, Акт внедрения автономной вертикальной акустико-гидрофизической измерительной системы «Моллюск-07» в исследования, проводимые для «Эксон Нефтегаз Лимитед» и «Сахалин Энерджи Инвестмент Компани»
ПРИЛОЖЕНИЕ 3. Акт внедрения радиотелеметрической системы «ЦРТС-08» в исследования, проводимые для «Сахалин Энерджи Инвестмент Компани»
ПРИЛОЖЕНИЕ 4. Патент RU73964U1 «Автономная вертикальная акустико-гидрофизическая измерительная система»
ПРИЛОЖЕНИЕ 5. Патент RU 8603 U1 «Автономная радиогидроакустическая система для мониторинга акустических сигналов на шельфе»
ПРИЛОЖЕНИЕ 6. Патент RU 2413232 С2 «Устройство для определения скорости и направления течения жидкости»
ВВЕДЕНИЕ
Актуальность проблемы
Настоящее время характеризуется непрерывным ростом индустриальной активности человеческого сообщества, в том числе на шельфах окраинных морей, где производится разведка и добыча углеводородов, рыболовство, разведение марикультур. Эта деятельность, имеющая большое экономическое значение, способна, при отсутствии должного контроля, вызвать серьезные и масштабные нарушения экологии. Она может сопровождаться, например, сейсмоакустическими исследованиями с применением мощных пневмоизлучающих систем или забивкой в грунт фундаментных свай, постановкой на шельфе буровых и газонефтедобывающих платформ, строительством подводных трубопроводов и другими работами, приводящими к акустической загрязненности прилегающих акваторий. Такая деятельность должна сопровождаться контролем антропогенного влияния на окружающую среду, рыб и морских животных, для которых данная акватория является средой обитания. Мониторинг может быть пассивным или активным. Например, оценка акустического воздействия на акваторию при проведении сейсмоаку-стических исследований может быть получена в результате анализа акустических данных, измеренных с помощью автономных станций после окончания сейсморазведки. Если эти станции дополнительно дооснастить радиоте-леметрическими каналами, то мониторинг можно проводить в реальном времени и оперативно производить корректировки работ с целью уменьшения их антропогенного воздействия. Измерения характеристик акустического поля должны проводиться синхронно в разных точках и на разных горизонтах. Измерения скалярных характеристик (звукового давления) желательно дополнить измерениями ортогональных компонент колебательной скорости частиц воды в акустической волне, т.е. кроме обычных гидрофонов, желательно применять комбинированные приемники (КП) [1-3]. На распростра-

дежность установки параметров измерительных трактов. Рассмотрим имеющиеся на момент разработки системы (2007 г.) технические возможности.
Как и при разработке системы «Отклик», точных данных по шумовым характеристикам применяемых гидрофонов со встроенными предварительными усилителями с токовым выходом (МПУ-1) не имелось. Для их измерения был изготовлен эквивалент гидрофона, в котором вместо керамики ко входу предварительного усилителя был подключен конденсатор с емкостью, равной электроемкости керамики гидрофона, и проведены обмеры (вместе с преобразователем ток-напряжение). По результатам анализа этих измерений уровни собственных шумов, приведенных к полосе 1 Гц, в рабочей полосе частот измеряемых сигналов (10-5000 Гц) оказались не хуже -105 дБ относительно синусоидального сигнала максимальной амплитуды (соответствующему предельному для МПУ-1 акустическому давлению 10 Па). Нелинейные искажения не превысили -75 дБ.
В качестве ядра измерительной системы по конструктивным соображениям была выбрана плата встраиваемого компьютера «Прометеус», имеющая в своем составе 8/16-канальный (8 дифференциальных либо 16 несимметричных входов) 16-разрядный АЦП. Теоретически динамический диапазон 16 разрядного АЦП, ограниченный шумом дискретизации, составляет согласно формуле (1.2) 96,3 дБ SNR, но практически оказалось, что для «Прометеуса» при несимметричном включении входов он ограничен по уровню -95
Для реализации фильтров защиты от наложения спектров были доступны два варианта.