Ученые Санкт-Петербургского государственного электротехнического университета (СПбГЭТУ) «ЛЭТИ» разработали гидроакустическую систему, которая излучает сигналы китообразных, сообщила пресс-служба Минобрнауки России.

Ее использование повысит точность и информативность работ сотрудников службы охраны водных акваторий стратегических объектов, специалистов, изучающих затонувшие суда и океанический рельеф и других. На данный момент созданы действующие макеты системы, которые можно адаптировать под нужды конкретного заказчика.

В океанологических исследованиях, геологоразведке, обнаружении надводных и подводных кораблей и судов широкое применение получили гидроакустические системы, которые используют звуковые колебания под водой для работы систем связи и навигации. Активное освоение недр Мирового океана требует улучшения систем по таким параметрам, как информативность и безопасность передачи данных.

Разработанная в ЛЭТИ уникальная гидроакустическая система имитирует эхолокацию, которую применяют китообразные, например, дельфины и белухи, для ориентации в пространстве и определения местоположения объектов вокруг. Специалисты не только смогли воспроизвести, но и повторили по ряду параметров сигнал, который создают дельфины, и создали действующие прототипы устройств.

Систему ученых из Санкт-Петербурга можно настраивать по частоте ультракоротких акустических импульсов или сложных по структуре электрически управляемых сигналов.«Благодаря использованию таких сигналов можно повысить информационную емкость, скрытность и помехоустойчивость работы системы в сравнении с существующими аналогами», — рассказывает доцент кафедры электроакустики и ультразвуковой техники (ЭУТ) СПбГЭТУ «ЛЭТИ» Борис Степанов.

Дельфины и белухи издают характерные звуки наподобие щелчков и скрипов, многие из них из-за слишком высоких частот человек даже не слышит. Именно эти ультразвуковые сигналы используют морские животные для гидролокации. В зависимости от того, что требуется животному — обнаружение объектов, коммуникация — изменяется пространственно-временная и спектральная структура излучаемых ими импульсных акустических сигналов. У китообразных есть безотказная способность находить объекты в условиях помех, например, когда рядом раздаются сигналы сородичей при охоте на косяки рыбы. Это свидетельствует об уникальности эхолокационной системы китообразных, которая совершенствовалась в процессе эволюции.

Ученые ЛЭТИ изучили способность морских обитателей к эхолокации и создали гидроакустический комплекс, который использует подобные ультразвуковые импульсы.Устройство состоит из двух антенн, размещающихся под водой. Одна формирует колебания, которые распространяются в пространстве и отражаются от объектов. Затем эти сигналы получает другая антенна и передает информацию на пульт управления. При помощи программного обеспечения первичные данные обрабатываются, и конечная информация поступает оператору.

Для реализации своей идеи ученые разработали макеты антенн, составленных из пьезопреобразователей (электромеханические преобразователи, принцип действия которых основан на возникновении электрической поляризации под действием механического напряжения) стержневого и волноводного типов. Также была создана специальная система их возбуждения, управляемая компьютером.

Сверхширокополосные акустические сигналы формируются за счет линейной фазочастотной характеристики излучения. Это ультракороткие акустические импульсы, различного типа кодовые последовательности, хаотические сигналы, а также разные сигналы китообразных.

Эксперименты по моделированию и управлению звуковыми импульсами проводились в специальном пространстве — заглушенном гидроакустическом бассейне кафедры ЭУТ СПбГЭТУ «ЛЭТИ».

Для автоматизированного сбора и обработки данных исследователи разработали программное обеспечение и удобный интерфейс с использованием виртуального прибора. Это позволило существенно ускорить проведение многочисленных измерений, подбор параметров и получение необходимых результатов. Практической части исследований предшествовала большая теоретическая работа, которая стала основой для построения макетов антенн и создания программного обеспечения.

«Наша разработка имеет широкую область применения, например, для поиска или классификации подводных объектов, включая и косяки рыб, и подводные аппараты, и затонувшие суда. Система также может использоваться для подводной геологоразведки, для мониторинга и защиты объектов морской деятельности (водный транспорт, береговые сооружения, буровые станции) от незаконного проникновения, для проведения гидроакустических измерений, а также при построении адаптивных гидроакустических систем для связи с обучаемыми китообразными», — поясняет Борис Степанов.

Российских аналогов системы нет. Результаты исследований запатентованы (патенты РФ № 173582, 176673). Проект выполнен в том числе в рамках госзадания Минобрнауки России.

Рис. с сайта Минобрнауки России