Современная цивилизация активно осваивает моря и океаны. В связи с этим все более востребованы подводные пловцы, а их локация в толще воды становится особенно актуальной. Это важно при проведении подводных поисковых и спасательных работ, при охране береговых сооружений и пляжей со стороны воды или охране подводных сооружений (проложенные под водой кабели, коллекторы, трубопроводы), а также охране судов на якорной стоянке, морских нефтяных платформ, входов в порты, опор мостов, каналов, акваторий гидростанций от возможных нарушителей или террористов.
Известен способ обнаружения подводных объектов по их первичному акустическому полю, заключающийся в приеме сигналов от них в звуковом диапазоне частот от 1–1,6 кГц до 16–20 кГц и ультразвуковом диапазоне выше 16 кГц. Способ заключается в усилении принятых сигналов, спектральном анализе с целью выделения наиболее информативных классификационных признаков, сравнении их с эталонным сигналом и принятии решения об обнаружении и распознавании подводного объекта.
Известен способ обнаружения дайвера по звукам баллона с дыхательной смесью. Способ заключается в обнаружении направленными антеннами специфического звука «С» шумов дыхательного баллона в воде и определении дистанции до водолаза и его местоположения на плоскости.
Известен способ пассивной акустической локации подводного пловца, при котором высокочастотные (более 1 кГц) шумы регистрируют направленной антенной, сравнивают полученный уровень шумов с известным фоновым уровнем и при превышении констатируют присутствие пловца в акватории. Недостатком данного способа является использование в качестве исходных данных высокочастотных шумов подводного пловца, что ограничивает дальность пассивной локации водолаза из-за быстрого затухания высокочастотного звука с расстоянием.
В июле с.г. Тихоокеанский океанологический институт им. В.И. Ильичева запатентовал новый способ пассивной локации подводного пловца. Техническая суть состоит в обнаружении неустранимых низкочастотных шумов, присущих дыханию пловца. Поставленная задача решается способом пассивной акустической локации подводного пловца, включающим регистрацию подводных шумов акватории в полосе частот ниже 1 кГц. Регистрацию осуществляют как минимум одним одиночным гидрофоном или гидрофонами, объединенными в одну антенную решетку. Затем ведут обработку полученного шумового сигнала для выделения квазипериодических изменений интенсивности шумов (частота лежит в диапазоне 0,1–1 Гц), при обнаружении которых констатируют присутствие пловца в акватории. Способ основан на квазипериодических амплитудных модуляциях (изменения интенсивности) низкочастотных дыхательных шумов подводного пловца, вызванных ритмом дыхательных маневров.
Способ осуществляют следующим образом. В исследуемой акватории устанавливают одиночные гидрофоны, как минимум один, или одну антенную решетку из гидрофонов. На выходах гидрофонов или антенных решеток устанавливают соответствующие усилители и фильтры, ограничивающие сверху полосу частот регистрируемых шумов частотой 1 кГц. Регистрируют шумы. Затем любым известным способом выделяют квазипериодические изменения интенсивности шумов (амплитудную модуляцию), частота которых лежит в диапазоне 0,1–1 Гц, которая характеризует предельные физиологические границы ритма непрерывного дыхания человека – от 6–8 дыхательных циклов в 1 минуту – в покое, до 60 дыхательных циклов в 1 минуту – при экстремальной физической нагрузке. Количество используемых гидрофонов или антенных решеток определяет только пространственную избирательность и максимальную возможную дальность обнаружения, а также возможность определения местонахождения пловца. Для выделения квазипериодических изменений интенсивности шумов в диапазоне 0,1–1 Гц используют любые известные и приемлемые для этого методы, например вычисление спектрограммы.
По результатам проведенного натурного эксперимента в условиях мелководной бухты при фильтрации в полосе частот 200–500 Гц и квадратичном детектировании сигнала (время накопления скользящим окном 0,25 с) с одиночного ненаправленного гидрофона удается выделять искомые квазипериодические составляющие при движении водолаза-аквалангиста от гидрофона вдаль до примерно 50 м.
Поскольку регистрируемые шумы являются низкочастотными (десятки-сотни Герц), они распространяются в водоемах на гораздо большие расстояния, чем высокочастотные шумы (полоса частот выше 1000 Гц), что приводит к существенному увеличению дальности обнаружения присутствия водолаза в акватории.
Кроме того, поскольку данные низкочастотные дыхательные шумы являются неустранимой частью эмиссионного излучения водолазов, выделение вышеописанных квазипериодических модуляций в общем фоне шумов моря может оказаться полезным и для наблюдения за акваториями в антитеррористических целях. Выделенные квазипериодические характеристики шумов, связанные с дыханием водолаза, можно использовать и для определения местоположения подводного пловца, используя для этого известные методы в навигации. Например, с помощью метода триангуляции по задержкам квазипериодических компонент шумов дыхания подводного пловца на нескольких парах гидрофонов (не менее трех) становится возможной оценка его местоположения под водой относительно гидрофонов с известными (например, показания ГЛОНАСС/GPS и глубины места установки) координатами в пространстве.
Патент РФ 2556302 (2015)
