Гидроакустический высокочастотный программно-технический комплекс "NetCor"

Парадигмой создания системы является построение сети разнесенных гидроакустических регистраторов горизонтального секторного обзора, управляемых по радиоканалу пакетной передачи данных в нелицензируемом диапазоне радиочастот, и возложение метрологического обеспечения метода на программное обеспечение системы.

Комплекс состоит из сети плавучих гидроакустических высокочастотных многолучевых станций связанных по радиоканалу пакетной передачи данных с береговой компьютеризированной контрольно-измерительной системой. Радиопередача ведется в нелицензируемом диапазоне радиочастот ISM 2.4 ГГц с использованием трансиверов nanoLOC (стандарт IEEE 802.15.4a). Акустическое зондирование может осуществляться в горизонтальной плоскости под любым заданным углом к поверхности воды, в вертикальном направлении в направлении дна или поверхности воды.

Основные характеристики комплекса «NetCor»:

Оборудование.

Аппартная часть системы состоит из береговй компьютеризированной контрольно-измерительной станции (модуль "Master") и сети автономных гидроакустических станций (модули "Slave"). Устройство “Slave”, предназначенное для запуска генератора по внешней команде, поступающей по радиоканалу, оцифровки огибающей эхосигнала и передаче значений оцифрованного входного напряжения на устройство “master”, функционально состоит из следующих блоков:

• ультразвуковой генератор;
• приемник с детектором огибающей эхосигнала;
• шестиэлеметная гидроакустическая антенна;
• коммутатор;
• управляющий микроконтроллер (ATmega32L);
• трансивер стандарта nanoNET (nanoPAN 5361);
• АЦП на основе AD976A;
• стеклопластиковая плавучая платформа грузоподъемностью 30 кг;
• поворотно-выдвижное устройство для гидроакустической антенны;

Гидроакустический программно-технический комплекс “NetCor” для управления системой и передачи цифровых данных с сети модулей “slave” на модуль “master” береговой контрольно-измерительной станции использует беспроводную технологию Nanonet, разработанную фирмой Nanotron Technologies Gmbh (Германия).

Ниже приведен список основных особенностей данной технологии:

• для передачи символов данных (бит) используются электромагнитные сигналы с плавно изменяющейся частотой (CSS-модуляция, Chirp Spread Spectrum). При этом для передачи двоичного символа может использоваться сигнал с увеличивающейся частотой, сигнал с уменьшающейся частотой и/или отсутствие сигнала. Также стандарт предусматривает возможность кодирования символов в четверичной (а не двоичной) системе счисления – в этом случае для кодирования нуля, единицы, двойки и тройки используется отсутствие сигнала, сигнал с увеличивающейся частотой, сигнал с уменьшающейся частотой и смешанный сигнал, соответственно;
• несущая частота составляет 2.4 ГГц, ширина спектра сигнала – 80 МГц;
• передача одного символа (то есть одного бита информации для случая двоичной системы счисления и двух бит для случая четверичной) длится 1 мкс, таким образом, предельная скорость передачи составляет 1 Мбит/с для двоичной и 2 Мбит/с для четверичной систем счисления, соответственно;

Программное обеспечение.

Программная часть комплекса «NetCor» предназначена для использования на компьютерах платформы х86 под управлением ОС “Windows” и состоит из двух частей:

• программы сбора информации, используемой непосредственно на съемках;
• программы камеральной обработки полученных данных.

Программная часть сбора информации в реальном масштабе времени обеспечивает:

• дистанционное программное управление режимами работы модуля “slave” (мощность, дистанция, последовательность опроса элементов антенны, длительность зондирующего импульса, частота следования посылок, навигационный режим, порог регистрации);
• визуализацию подводной обстановки в виде эхограммы по каждому модулю "Slave" в сети;
• сохранение данных на жестком диске копьютера;
• программную коррекцию потерь интенсивности акустической волны на сферическое распространение и затухание по линейному или квадратичному закону;
• цифровую фильтрацию реверберационных шумов (фильтр низких частот);
• вызов встроенной справочной системы по работе с системой.

Камеральная часть программы является настольным приложением обработки данных, полученных системой при проведении гидроакустических съемок, с целью корректной их интерпретации в значение численности прошедших рыб через наблюдаемое сечение за время наблюдения. В этой части программы покадрово (размер кадра определяется пользователем) выполняются все вышеописанные алгоритмы (естественно за исключением считывания сигнала с эхолота и записи его на диск), но со значительными добавлениями. Покадровый просмотр файла позволяет соотнести темп восприятия информации человеком со скоростью обработки её компьютером и применить некоторые рекурсивные алгоритмы обработки, улучшающие восприятие информации пользователем и точность даваемых оценок.

В камеральной части программы дополнительно реализованы:

• покадровую визуализацию и обработку гидроакустической информации;
• цифровую фильтрацию реверберационных шумов (фильтр низких частот);
• программную коррекцию потерь интенсивности акустической волны на сферическое распространение и затухание по линейному или квадратичному закону;
• кластерный анализ (по принципу близости) одиночных целей;
• анализ направления движения зарегистрированных одиночных рыб в градациях вверх – вниз по течению;
• анализ распределения силы цели зарегистрированных одиночных рыб (восстановление размерного распределения);
• эхоинтегрирование неразрешимых потоков рыб;
• вывод на монитор и в файл результатов наблюдений;
• вызов встроенной справочной системы по работе с программой.