untitled - Подводные исследования и робототехника

1(17). 2014СОntentS

Models, AlgorithMs And softwAre

4 VoitovA.A.,KorneyevYu.A.,HametovR.K.

implementation problems of robust automatic target detection algorithms in short range sonar

systeMs And technologies. MeAns And Methods

for signAl And iMAge processing

18 LipatovA.N.,LyashA.N.,MakarovV.S.,FrolovV.A., EkonomovA.P.,AntonenkoS.A.,ZakharkinG.V.

optical coordinate sensor for the underwater system of the automatic landing and docking

KasatkinB.A.,KosarevG.V.

the application results of sea water areas monitoring with acoustic pro-filer using algorithms of synthesizing and focusing

KostenkoV.V.,PavinA.M.

automatic stabilization of unmanned underwater vehicles over the sea-bed objects on the base of photo images

LyakhovD.G.,KimA.I.,MinaevD.D.

development and field trials of Small telecommand Ship

seA technology fAcility And Methods

of UnderwAter reseArch

VectorAl AcoUstics

ShchurovV.A.,LyashkovA.S.,ShcheglovS.G., TkachenkoE.S.,IvanovaG.F.,CherkasovA.V.

the local structure of interference field in the shallow sea

MorgunovYu.N.,BezotvetnykhV.V.,VoitenkoE.A., LebedevM.S.

application of the complex acoustic signals for a sea media variation’s monitoring in the bays, creeks and sea harbors

VoytenkoE.A.,MorgunovYu.N.

a study of reception features of hydroacoustic signals in conditions of near bottom and under bottom line installation of receiver in the Japan Sea shelf zone

Abstracts

33

39

48

58

68

73

82

4

ÌÎÄÅËÈ, ÀËÃÎÐÈÒÌÛ È ÏÐÎÃÐÀÌÌÍÛÅ ÑÐÅÄÑÒÂÀ

1

ÏÐÎÁËÅÌÛ ÐÅÀËÈÇÀÖÈÈ ÓÑÒÎÉ×ÈÂÛÕ ÀËÃÎÐÈÒÌÎÂ ÀÂÒÎÌÀÒÈ×ÅÑÊÎÃÎ

ÎÁÍÀÐÓÆÅÍÈß ÎÁÚÅÊÒÎÂ Â ÃÈÄÐÎËÎÊÀÒÎÐÀÕ ÎÑÂÅÙÅÍÈß ÁËÈÆÍÅÉ ÎÁÑÒÀÍÎÂÊÈ

Îáíàðóæåíèå è èäåíòèôèêàöèÿ ïîäâîäíûõ îáúåêòîâ ñðåäñòâàìè ãèäðîëîêàöèîííûõ ñèñòåì îñóùåñòâëÿ-þòñÿ ïóòåì îáðàáîòêè ñèãíàëîâ, ïîäâåðæåííûõ âîçäåéñòâèþ íåñòàöèîíàðíûõ è äèñêðåòíûõ ïîìåõ. Ñ ýòîé öåëüþ èñïîëüçóþòñÿ ôóíêöèîíàëüíûå è ìàòåìàòè÷åñêèå ìîäåëè, îñíîâàííûå íà ïðîöåäóðàõ îáðàáîòêè ñèãíàëîâ, óñòîé÷èâûõ ïî îòíîøåíèþ ê âíåøíèì ïîìåõàì ðàçëè÷íîãî òèïà. Ðå÷ü èäåò î ðàçðàáîòêå àëãî-ðèòìîâ îöåíèâàíèÿ ïàðàìåòðîâ ãëàäêèõ ðåâåðáåðàöèîííûõ, òî÷å÷íûõ è ëîêàëüíî-ïðîòÿæåííûõ äèñêðåòíûõ ïîìåõ ïðè îòñóòñòâèè èõ äîñòîâåðíûõ ñòàòèñòè÷åñêèõ õàðàêòåðèñòèê. Â ÷àñòíîñòè, ýòî îòíîñèòñÿ ê îáíàðó-æåíèþ è ðàñïîçíàâàíèþ ëîæíûõ òðåâîã. Çàäà÷à ñâîäèòñÿ ê ïîñòðîåíèþ ìîäåëåé èçìåíåíèÿ ïàðàìåòðîâ ïîìåõ è ðîáàñòíûõ ïðîöåäóð îöåíèâàíèÿ èõ âåðîÿòíîñòíûõ õàðàêòåðèñòèê. Ðåøåíèå çàäà÷è íàõîäèòñÿ ïóòåì êàòåãîðèçàöèè îáó÷àþùåé âûáîðêè (ïðîöåäóðû öåíçóðèðîâàíèÿ ñ çàìåùåíèåì). Îáùèé àëãîðèòì îáðàáîòêè íåñòàöèîíàðíûõ ãèäðîëîêàöèîííûõ èçîáðàæåíèé ñîäåðæèò ðÿä ÷àñòíûõ àëãîðèòìîâ, â òîì ÷èñ-ëå àëãîðèòìû êàòåãîðèçàöèè, îöåíèâàíèÿ ïîëåé ïàðàìåòðîâ èçîáðàæåíèé, ïîìåõîóñòîé÷èâîãî îöåíèâàíèÿ êâàíòèëÿ, ñîîòâåòñòâóþùåãî çàäàííîé âåðîÿòíîñòè ëîæíîé òðåâîãè. ×àñòíûå àëãîðèòìû, èìåþùèå ñâîè îñîáåííîñòè, ïðèìåíÿþòñÿ äëÿ ðåøåíèÿ ðÿäà ðåàëüíûõ ïðàêòè÷åñêèõ çàäà÷.

1

8

-

--

-

--

-

-

-

--

-

-

---

--

-

-

--

-

-

-

---

-

-

-

--

-

-

-

--

9

-

-

--

--

--

-

-

---

--

-

--

-

-

-

-

-

-

-

--

---

--

--

--

-

-

-

-

---

-

-

-y

y --

-

Y -

Y --

Y---

-

ky F y

ky F y

Y(i, j) > (i, j) + m (i, j) + C (i, j) (i, j) = 1 ,

Y(i, j) (i, j) + m (i, j) + C (i, j) (i, j) = 0 .

k

k

ky yky y

Y (i, j)=[ Y(i, j) - m (i, j)]/ (i, j)> (i, j)= (i, j) =1,Y (i, j)=[ Y(i, j) - m (i, j)]/ (i, j)< (i, j)= (i, j) =0.

kF

kF

16

--

-

--

---

--

-

-

-

2-

1 2 -

-

-1 2

2-

i i+j --

i

2 -

--

y

2

-

2-

-2

-3 -3 --

--

Wyi yi

--

2 2-

2 -

--

y

-

-

1

2 2 2

2 2 2 2

17

--

-

2 2-1 -3 -

-

2 --

-3

---

--

---

-1 -2

--

--

-

--

--

-

--

-

-

--

-

-

-

-

---

-

-

18

ÑÈÑÒÅÌÛ È ÒÅÕÍÎËÎÃÈÈ. ÑÐÅÄÑÒÂÀ È ÌÅÒÎÄÛ ÎÁÐÀÁÎÒÊÈ ÑÈÃÍÀËÎÂ È ÈÇÎÁÐÀÆÅÍÈÉ

-

---

-

-

-

-

-

-

--

-

--

1

ÎÏÒÈ×ÅÑÊÈÉ ÄÀÒ×ÈÊ ÊÎÎÐÄÈÍÀÒ ÄËß ÑÈÑÒÅÌÛ ÀÂÒÎÌÀÒÈ×ÅÑÊÎÉ ÏÎÑÀÄÊÈ

È ÑÒÛÊÎÂÊÈ Â ÂÎÄÍÎÉ ÑÐÅÄÅ

Ðàçðàáîòàííûé â Èíñòèòóòå êîñìè÷åñêèõ èññëåäîâàíèé ÐÀÍ îïòè÷åñêèé äàò÷èê êîîðäèíàò ÿâëÿåòñÿ ÷àñòüþ àïïàðàòíî-ïðîãðàììíîãî íàâèãàöèîííîãî êîìïëåêñà äëÿ àâòîìàòè÷åñêîãî óïðàâëåíèÿ ïîñàäêîé è ñòûêîâêîé îáèòàåìîãî ãëóáîêîâîäíîãî àïïàðàòà ñ çàäàííûì îáúåêòîì. Òåêóùèå êîîðäèíàòû ïîäâîäíîãî àïïàðàòà îòíîñèòåëüíî íåïîäâèæíîãî îáúåêòà, îñíàùåííîãî òîïîãðàôè÷åñêèìè ìàðêåðàìè, îïðåäåëÿ-þòñÿ ñ ïîìîùüþ áîðòîâîé ôîòîòåëåâèçèîííîé ñèñòåìû. Íàèáîëüøóþ àêòóàëüíîñòü äëÿ ðåøåíèÿ äàííîé çàäà÷è ïðåäñòàâëÿþò îáùåå óñòðîéñòâî àïïàðàòíîé ÷àñòè êîìïëåêñà, ïðèíöèïû ðàáîòû îïòè÷åñêîãî äàò-÷èêà, òåõíè÷åñêèå õàðàêòåðèñòèêè è îñîáåííîñòè ïîñòðîåíèÿ èçìåðèòåëüíîãî òðàêòà ïðèáîðà. Â öåëîì àïïàðàòíî-ïðîãðàììíûé êîìïëåêñ ïîçâîëÿåò çàìåíèòü òðóäîåìêèé ðåæèì ðó÷íîãî óïðàâëåíèÿ ïðîöåññîì ïîñàäêè è ñòûêîâêè ãëóáîêîâîäíîãî àïïàðàòà è îáåñïå÷èòü ïîçèöèîíèðîâàíèå ñ òî÷íîñòüþ äî ñàíòèìåòðà, ÷òî îñîáåííî âàæíî â óñëîâèÿõ âíåøíèõ âîçìóùåíèé è ïðè êðèòè÷åñêèõ óãëàõ âçàèìíîé îðèåíòàöèè îáú-åêòîâ. Ðàáîòà äàò÷èêà êàê ýëåìåíòà ñèñòåìû òåõíè÷åñêîãî çðåíèÿ îñíîâàíà íà èñïîëüçîâàíèè àëãîðèòìîâ êîððåêöèè äèñòîðñèè èçîáðàæåíèÿ, ðàñïîçíàâàíèÿ îáúåêòîâ â èçîáðàæåíèè íà ôîíå ïîìåõ, âûäåëåíèÿ îáúåêòîâ-ìàðêåðîâ è îòîæäåñòâëåíèÿ èõ ñ àïðèîðíîé ãåîìåòðè÷åñêîé ôèãóðîé. Ðåçóëüòàòû íàòóðíûõ èñïû-òàíèé ïðèáîðà êàê â óñëîâèÿõ áàññåéíà, òàê è â ïðèáðåæíûõ âîäàõ Áàðåíöåâà ìîðÿ íà áîðòó îáèòàåìîãî ãëóáîêîâîäíîãî àïïàðàòà ÀÑ-34 ïîäòâåðæäàþò íàäåæíîñòü ïðåäëàãàåìîãî ìåòîäà èçìåðåíèÿ êîîðäèíàò.

1

2

-

-

-

-

--

3030

-

-

-

---

--

-

-

-

-

--

-

-

-

-

-

-

--

-

-

---

-

---

-

---

-

58

ÑÐÅÄÑÒÂÀ È ÌÅÒÎÄÛ ÏÎÄÂÎÄÍÛÕ ÈÑÑËÅÄÎÂÀÍÈÉ ÂÅÊÒÎÐÍÀß ÀÊÓÑÒÈÊÀ

ËÎÊÀËÜÍÀß ÑÒÐÓÊÒÓÐÀ ÈÍÒÅÐÔÅÐÅÍÖÈÎÍÍÎÃÎ ÏÎËß ÌÅËÊÎÃÎ ÌÎÐß

Ñòàòèñòè÷åñêîìó àíàëèçó ôàçîâûõ è âåêòîðíûõ ýíåðãåòè÷åñêèõ õàðàêòåðèñòèê àêóñòè÷åñêîãî èíòåðôå-ðåíöèîííîãî ïîëÿ ìåëêîãî ìîðÿ ïîñâÿùåíà äàííàÿ ðàáîòà.

Ìàòåìàòè÷åñêàÿ îáðàáîòêà âåêòîðíîãî àêóñòè÷åñêîãî ïîëÿ îñíîâûâàåòñÿ íà ïðåîáðàçîâàíèÿõ Ôóðüå è Ãèëüáåðòà è îñíîâíûõ âåêòîðíûõ óðàâíåíèÿõ àêóñòè÷åñêîãî ïîëÿ. Ìåòîäèêà ýêñïåðèìåíòà îñíîâàíà íà âåêòîðíî-ôàçîâûõ èçìåðåíèÿõ. Ýêñïåðèìåíò ïðîâåäåí â ßïîíñêîì ìîðå â 2013 ã. Ïðèåìíàÿ 16-êàíàëüíàÿ êîìáèíèðîâàííàÿ ñèñòåìà íàõîäèëàñü íà ãëóáèíå 15 ì ïðè ãëóáèíå ìåñòà ~ 30 ì, äèàïàçîí èññëåäóåìûõ ÷àñòîò 108±2 Ãö.

Ðåçóëüòàòîì ýêñïåðèìåíòà ÿâëÿþòñÿ ñëåäóþùèå ôóíêöèè âðåìåíè: ðàçíîñòíî-ôàçîâûå õàðàêòåðèñòèêè ÷åòûðåõ êîìïîíåíò ïîëÿ, õ-, ó-, z-êîìïîíåíòû ôóíêöèè êîãåðåíòíîñòè, íîðìèðîâàííûå êîìïîíåíòû ðîòîðà èíòåíñèâíîñòè, îãèáàþùèå àêóñòè÷åñêîãî äàâëåíèÿ. Ñòàòèñòè÷åñêàÿ îáðàáîòêà ýêñïåðèìåíòàëüíûõ äàííûõ îñíîâàíà íà àíàëèçå ðàñïðåäåëåíèé ïëîòíîñòè âåðîÿòíîñòè ðàçíîñòè ôàç êîìïîíåíò âåêòîðíîãî ïîëÿ è íîðìèðîâàííûõ îðòîãîíàëüíûõ êîìïîíåíò ðîòîðà âåêòîðà èíòåíñèâíîñòè. Ñòàòèñòè÷åñêèé àíàëèç ýêñïå-ðèìåíòàëüíûõ äàííûõ ïîêàçàë: äâèæåíèå ýíåðãèè â ãîðèçîíòàëüíîé è âåðòèêàëüíîé ïëîñêîñòÿõ âîëíîâî-äà ìåëêîãî ìîðÿ ñóùåñòâåííî ðàçëè÷íî; ãîðèçîíòàëüíàÿ êîìïîíåíòà âåêòîðà èíòåíñèâíîñòè èñïûòûâàåò äëèííîïåðèîäíûå è ëîêàëüíûå ôëóêòóàöèè, ïðèâîäÿùèå ê ñëó÷àéíîìó èçìåíåíèþ íàïðàâëåíèÿ äâèæåíèÿ ýíåðãèè íà ïðîòèâîïîëîæíîå; â âåðòèêàëüíîé ïëîñêîñòè äâèæåíèå ýíåðãèè ïðîèñõîäèò ïî ïî÷òè äåòåðìè-íèðîâàííîìó ïåðèîäè÷åñêîìó ïðîöåññó â íàïðàâëåíèè «ïîâåðõíîñòü–äíî»; ïëîòíîñòü âèõðåâûõ ëîêàëüíûõ ñòðóêòóð íà 50- è 150-ñåêóíäíûõ ðåàëèçàöèÿõ ñîñòàâëÿåò íå ìåíåå 0,8; èíòåðôåðåíöèîííîå ïîëå ñòàòè-ñòè÷åñêè îäíîðîäíî.

Ïîëó÷åííûå ðåçóëüòàòû ÿâëÿþòñÿ îðèãèíàëüíûìè è ìîãóò áûòü ïîëåçíû ïðè ïîñòðîåíèè ðåàëüíîé àêó-ñòè÷åñêîé ìîäåëè ìåëêîãî ìîðÿ.

-

-

---

--

-

-

-

-

--

-

-

-

-

--

1

2

dv-

59

ÑÐÅÄÑÒÂÀ È ÌÅÒÎÄÛ ÏÎÄÂÎÄÍÛÕ ÈÑÑËÅÄÎÂÀÍÈÉ. ÂÅÊÒÎÐÍÀß ÀÊÓÑÒÈÊÀ

59

-

-z(t -

-

--

--

-

-

I c(r

1( ) ( ) ( ) ( )2

( ) Re ( ) Im ( ),

c

c c

I r p r V r I r

iQ r I r i I r

I c(r RecI (r -

Q(r I c(r -r -––

–

-

ReI c(r I c(r

-

-

rot ( ) ( ) ,

div ( ) 0,

rot ( ) 0,

div 2 ( ) 2 ,

cI r k c I Q / V

I r

Q r

Q T V L

(2)

L –

2

1 ( ) ( )4

V p r p rc

-

( ) ( )4

T V r V r -

-

-

I ×Q I Q

-

-

I c(t

rot = rot( ) rot

[grad ] [grad ],

rot 0

* *c

* *

*

I pV p V

p V p VV .

(3)

1 ,V grad pi

(3)

p ; V V ei( ) -

V * --

- Vi – -

-

i = x, y, z( y z x z y x)

-

-

--

-

--

-

-

-

--

p(t Vx(tVy(t Vz(t

---

-

--

-

rot( ) [ ]2

2 sin( ) sin( ) sin( )

2 rot rot rot

*

y z z y x z z x y x x y

* * *x y z

pV i V V

V V i V V j V V k

pV pV pV ,

61


61

---

-

-

-

---

---

-

--

t =

z(f tx(f t)

f1 f-

---

z(f tz(f t

-

--

fz(f t -

z(f1 t)

1

-

-

x(f tx(f t) f1 f -

--

-

-x(f1 t x(f t

z(f1 t) z(f t ---

z(f t

--

z(f t-

z(f t)

-

z(f1,2, t x(f1,2, t 1= f2

62


62

-(t)

-

-(t

-

(f tz(f t -

-S

p(t

-

-d

d -

-

-

ai i i = -

--

--

ai i-

« »

-

Sp

(t-

---

Sp

(t

-(t (t

-

-

--

l--

l/c = -

f

l-

Sp2(t

i, i i

63


63

-I

-

-

x x

---

-

--

--

xi(ti -

-

--

--

--

13 23

xi(t), i i, i

67


67

-

--

-

-

-

---

-

-

-

--

--

-

z x y

-

-

-

70


70

---

-

--

--

-

--

-

-

-

-

---

-

-

-

-

-

-

-

73


73

ÈÑÑËÅÄÎÂÀÍÈÅ ÎÑÎÁÅÍÍÎÑÒÅÉ ÏÐÈÅÌÀ

ÃÈÄÐÎÀÊÓÑÒÈ×ÅÑÊÈÕ ÑÈÃÍÀËÎÂ ÂÁËÈÇÈ ÄÍÀ È Â ÃÐÓÍÒÅ ÍÀ ØÅËÜÔÅ

ßÏÎÍÑÊÎÃÎ ÌÎÐß

Â òîìîãðàôè÷åñêèõ ìåòîäàõ ìîíèòîðèíãà òåìïåðàòóðíûõ ïîëåé â ìîðñêîé ñðåäå èñïîëüçóþòñÿ àêóñòè÷åñêèå ñðåäñòâà. Ýôôåêòèâ-íûì è áåçîïàñíûì ñïîñîáîì ðàçìåùåíèÿ ïðèåìíûõ óñòðîéñòâ íà àêâàòîðèè ñ ñèëüíûì òå÷åíèåì è èíòåíñèâíûì ðûáîëîâñòâîì ìîæåò áûòü çàãëóáëåíèå èõ äî äíà èëè â ãðóíò. Ïðè ýòîì ëó÷åâàÿ ñòðóêòóðà àêóñòè÷åñêîãî ïîëÿ íà òðàññå ìåæäó êîððåñïîíäèðóþùèìè òî÷êàìè ôîðìèðóåòñÿ òàêèì îáðàçîì, ÷òî ïîÿâëÿåòñÿ âîçìîæíîñòü âûäåëèòü, èäåíòèôèöèðîâàòü è èçìåðèòü âðåìåíà ðàñïðîñòðàíåíèÿ èìïóëüñîâ â îòäåëüíûõ ñëîÿõ äèàãíîñòèðóåìîãî âîëíîâîäà. Ïî èçìåðåííûì äàííûì ðàññ÷èòûâàþòñÿ ñêîðîñòü ðàñïðîñòðàíåíèÿ çâóêà â ñîîò-âåòñòâóþùèõ ñëîÿõ è òåìïåðàòóðà ñðåäû, ñâÿçàííûå ìåæäó ñîáîé èçâåñòíûìè âûðàæåíèÿìè. Ìåòîäèêà ïîçâîëÿåò ïðîâîäèòü àíàëèç èì-ïóëüñíûõ õàðàêòåðèñòèê ñ èñïîëüçîâàíèåì ïñåâäîñëó÷àéíûõ ñèãíàëîâ òèïà Ì-ïîñëåäîâàòåëüíîñòåé è âçàèìíîé êîððåëÿöèîííîé îáðàáîòêè èçëó÷åííûõ è ïðèíÿòûõ ñèãíàëîâ. Èäåíòè÷íîñòü èìïóëüñíûõ õàðàêòå-ðèñòèê, ïîëó÷åííûõ ýêñïåðèìåíòàëüíî ïðè ðàçìåùåíèè ãèäðîôîíîâ âáëèçè äíà (0,4 ì) è â ãðóíòå (0,4 ì), óêàçûâàåò íà âîçìîæíîñòü ðå-øåíèÿ çàäà÷ àêóñòè÷åñêîé òåðìîìåòðèè è çâóêîïîäâîäíîé ñâÿçè ïðè ñêðûòíîé ïîñòàíîâêå ïðèåìíûõ ñèñòåì â ãðóíòå. Äàííàÿ ìåòîäèêà è òåõíè÷åñêèå ñðåäñòâà ðàçðàáîòàíû â Òèõîîêåàíñêîì îêåàíîëîãè÷å-ñêîì èíñòèòóòå èì. Â.È. Èëüè÷åâà (ÒÎÈ ÄÂÎ ÐÀÍ). Ðåçóëüòàòû íà-òóðíûõ ýêñïåðèìåíòîâ è ÷èñëåííîãî ìîäåëèðîâàíèÿ äåìîíñòðèðóþò ïåðñïåêòèâíîñòü èõ ïðèìåíåíèÿ äëÿ ìîíèòîðèíãà äèíàìèêè è ñòðóêòó-ðû âîä â øåëüôîâûõ çîíàõ.

1

---

-

-

-

---

-

--

-

--

-

-

---

-

-

-

untitled - Подводные исследования и робототехника

Documents