Перспективы применения активной гидролокации для учета байкальской нерпы
 Скачать 36.5 Kb.
|
Перспективы применения активной гидролокации для учета байкальской нерпыЕ.А.Баранов 1), П.Н.Аношко 1), К.Б.Иванов 1), С.И.Муякшин 2), А.В.Купаев 2), В.Н.Шанин 2), Е.В.Веретенников 3) 1)Лимнологический институт СО РАН, 2)ИПФ РАН , 3)ННГУ Популяция байкальского тюленя (нерпы) является завершающим звеном трофической цепи озера и играет важную роль в поддержании равновесия его экосистемы [1]. Поэтому контроль численности популяции является важнейшей задачей. Существующие методы [2] не позволяют достоверно оценить эту численность и ее тренды. К тому же, они требуют отстрела животных, что стимулирует охоту на нерп. Отсюда следует необходимость разработки новых методов учета численности, имеющих хорошо оцениваемую точность и не требующих уничтожения животных. Зиму нерпа проводит подо льдом, а летом, за исключением короткого периода линьки, практически все время находится в воде; залежек не образует. Поэтому для ее учета невозможно применить наблюдение и фотосъемку с воздуха. Одной из перспективных возможностей решения этой задачи является использование метода активной акустической локации. Этот метод широко применяется для подсчета рыбных запасов, в том числе - байкальского омуля [3]. Для подсчета числа животных, обитающих в данной акватории, можно использовать гидроакустическую съемку в режиме бокового обзора наклонным лучом. Величиной, необходимой для расчета соответствующей акустической системы, является сила цели (СЦ) лоцируемого объекта. В марте 2003 г. впервые были проведены измерения СЦ байкальской нерпы. Измерения проводились в условиях, близких к натурным (акватория Байкала, покрытая льдом) с использованием живой взрослой самки нерпы массой 64 кг. Нерпа на растяжках и в специальной сбруе опускалась в прорубь, проделанную во льду на расстоянии 200 м от берега. Конструкция сбруи и предварительные тренировки нерпы в бассейне позволяли ориентировать ее в трех ракурсах: головой к антенне, боком к антенне головой вниз и боком к антенне головой вверх на глубине 5 м под прорубью (глубина дна под прорубью была 18 м). Материал сбруи давал пренебрежимо малое отражение. Благодаря предварительным тренировкам нерпа могла находиться в требуемом положении несколько минут, затем она поднималась на поверхность для вентиляции легких. Для измерений использовался двухчастотный гидролокатор (ГЛ). ГЛ состоит из приемопередатчика и акустических преобразователей от эхолота FWGT-43 фирмы Furuno, работающих в комплексе с разработанной в ИПФ РАН компьютерной системой управления, сбора, отображения и регистрации данных. Основные технические характеристики ГЛ: акустическая мощность - до 5 КВт; рабочие частоты – 28 (НЧ) и 50 (ВЧ) КГц; разрешение по дальности – 0,32 м; диапазоны дальности – от 1 до 200, 400, 800 и 1600 м; ширина диаграммы направленности на НЧ - 814 и на ВЧ - 6. Данные после цифровой фильтрации и гетеродинирования записываются на жесткий диск с сохранением фазовой информации с частотой дискретизации 20 КГц. Акустические антенны ГЛ на штанге погружались в прорубь, находившуюся на расстоянии 23 м от первой. Антенны располагались на глубине 3 м и могли поворачиваться в вертикальной и горизонтальной плоскости. ГЛ был предварительно прокалиброван в лабораторном бассейне ИПФ РАН. Рассмотрим результаты измерений. СЦ байкальской нерпы на высокой частоте несколько меньше, чем на низкой и заметно меняется в зависимости от положения нерпы относительно антенны: от –36 дБ при ориентации головой к антенне до –23 дБ при нахождении боком к антенне на НЧ, и от –42 дБ до –22 дБ на ВЧ. Помимо этого, сила цели меняется также в зависимости от времени пребывания животного под водой. Так, в боковом ракурсе СЦ снизилась на 1,3 дБ на НЧ и на 3,5 дБ на ВЧ через 11 мин. Однако при ориентации нерпы головой к антенне в течение 10 минут СЦ повысилась на НЧ на 8,6 дБ и снизилась на 3,9 дБ на ВЧ. Этот эффект пока не нашел удовлетворительного объяснения и нуждается в дополнительном исследовании. СЦ подвержена также значительным вариациям от импульса к импульсу, что по-видимому связано с подвижностью животного. Для сравнения: СЦ самки бутылконосого дельфина массой 128 кг в боковом ракурсе менялась от –11 дБ на частоте 23 КГц до – 24 дБ при изменении частоты до 80 КГц, причем изменение происходило немонотонно с локальным максимумом -18 дБ при 66 КГц [4]. Следовательно, отражающая способность мелких тюленей, к которым относится байкальская нерпа, значительно ниже, чем мелких китообразных: отличаясь по массе в 2 раза, байкальская нерпа имеет силу цели, на 10-15 дБ меньшую, чем дельфин. С точки зрения практической реализуемости дистанционного акустического метода учета нерп определяющее значение имеет дальность их обнаружения в реальных условиях. Расчеты показали, что для упоминавшегося выше ГЛ при работе наклонным лучом под взволнованной поверхностью (угол наклона - 3, глубина погружения антенны - 3 м, скорость ветра - 8 м/с) дальность обнаружения объекта с СЦ –25 дБ составит от 600 м на ВЧ до 800 м на НЧ. Причем, лимитирует дальность не поверхностная реверберация, а уровень шумов приемного тракта. Натурные измерения дают для отношения интенсивности отраженного от нерпы сигнала к с.к.о. шума величину от 50 до 70 дБ. Поскольку, без учета затухания ультразвука, ослабление эхосигнала от одиночного рассеивателя составляет 40lg10(R/R0), отраженный сигнал упадет до уровня шума при дальности R=R010(5070)/40. Принимая R0=23 м (расстояние от антенны до нерпы), получим оценку дальности, где сигнал упадет до уровня шумов: R=3651230 м. Хорошее согласование этой величины с расчетной позволяет утверждать, что на основе гидролокатора ИПФ РАН может быть создана система мониторинга популяции байкальской нерпы.
|