hydrophysicsФундаментальная и прикладная гидрофизикаFundamental and Applied Hydrophysics2073-66732782-5221St. Petersburg Research Center of the Russian Academy of Scienceshydrophysics-1120Research ArticleВЗАИМОДЕЙСТВИЕ МОРСКИХ ОБЪЕКТОВ, ОКЕАНА И АТМОСФЕРЫINTERACTION OF MARINE OBJECTS*, OCEAN‏ AND ‏ATMOSPHEREИсследование акустического биосенсора дельфина и возможности построения его технического аналогаStudy of the Dolphin Acoustic Biosonar and Feasibility of Constructing Its Technical AnalogueИвановМ. П.IvanovM. P.20mivanov@mail.ruСтепановБ. Г.StepanovB. G.Санкт-Петербургский государственный университетRussian FederationСанкт-Петербургский государственный электротехнический университетRussian Federation20112911202243108121Copyright © Иванов М.П., Степанов Б.Г., 20222022Иванов М.П., Степанов Б.Г.Ivanov M.P., Stepanov B.G.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://hydrophysics.spbrc.ru/jour/article/view/1120

Представлены результаты экспериментальных исследований биосенсорной системы дельфинов, использующих акустический канал для поиска и распознавания подводных объектов, ориентации в трехмерном пространстве и подводной связи между особями. Анализируется работа сонара дельфина Tursiops trunсatus в сложных условиях акустических помех. Показано, что основными механизмами, обеспечивающими помехозащищенность сонара дельфина является: излучение широкополосных импульсов с нулевой несущей, использование пачек импульсов (накопление), переменной частоты следования пачек импульсов (временная селекция) и пачек импульсов с интервальновременным кодированием. Рассмотрены возможные пути построения широкополосных гидроакустических преобразователей и антенн, способных излучать акустические сигналы подобные эхолокационным импульсам китообразных. Анализируется работа двух электрически управляемых моделей широкополосных преобразователей: стержневого с фазированным возбуждением секций и волноводного типа в виде соосного набора пьезоактивных колец. Приводятся некоторые результаты решения задач синтеза и анализа для этих моделей преобразователей. Показана возможность обеспечения ими полосы пропускания соответственно 1.5–2; 2–3 октавы и более.

Presented below are the results of experimental studies of the biosensor system of dolphins using acoustic channel for search and identification of underwater objects as well as for orientation in three dimensional space and underwater communications between individuals. The dolphin’s (Tursiops trunсatus) sonar functioning in complicated conditions of acoustic noise of the dolphin sonar is analyzed. It is shown that the basic mechanisms that provide noise immunity of the dolphin sonar are: the radiation of broadband pulses with zero carrier, use of burst (accumulation), burst rate variable repetition (time selection), and burst with interval-time coding. Possible ways of constructing of broadband underwater transducers and arrays capable to radiate acoustic signals similar to echolocation impulses of cetaceans are considered. Analyzed in the paper is functioning of two electrically operated models of broadband transducers: rod with phased excitation of sections and waveguide type transducer in the form of a coaxial set of piezoactive rings. Some results of solving synthesis and analysis problems for the above models of transducers are presented. It is shown that these transducers provide bandwidth, respectively, 1.5–2 octaves and 2–3 octaves and more.

сигналы эхолокациианализ и синтез широкополосных сигналовпомехозащищенностьширокополосный сигналсигнал без несущейширокополосный гидроакустический преобразовательecholocation signalsthe analysis and synthesis of broadband signalsnoise immunitybroadband signalsignal without carrierwideband underwater transducerНаучно-исследовательская работа выполнена по заданию Министерства обороны РФ, гос. контракт № 1326 (2003–2005 гг.), рег. № 1604947 (шифр «Цинтия»).ReferencesДубровский Н.А. Эхолокация у дельфинов // М.: ЦНИИ «Румб», 1976.Дубровский Н.А. Эхолокация у дельфинов // М.: ЦНИИ «Румб», 1976.Белькович В.М., Хахалкин Э.Н. Этолого-акустические корреляты // Черноморская афалина Tursiops truncates ponticus. Морфология, физиология, акустика, гидродинамика / Под ред. В.Е.Соколова и Е.В.Романенко. 1997. М.: Наука. С.700.Белькович В.М., Хахалкин Э.Н. Этолого-акустические корреляты // Черноморская афалина Tursiops truncates ponticus. Морфология, физиология, акустика, гидродинамика / Под ред. В.Е.Соколова и Е.В.Романенко. 1997. М.: Наука. С.700.Жуковский Ю.Г., Зайцева К.А, Кривченко А.И., Королев В.И. Механизмы определения скоростных характеристик целей дельфинами и технические средства гидролокации и радиолокации // Рос. физиологич. журн. им. И.М.Сеченова. 2005. Т.91, № 8. С.872-884.Жуковский Ю.Г., Зайцева К.А, Кривченко А.И., Королев В.И. Механизмы определения скоростных характеристик целей дельфинами и технические средства гидролокации и радиолокации // Рос. физиологич. журн. им. И.М.Сеченова. 2005. Т.91, № 8. С.872-884.Au W.W.L., Floyd R.W., Penner R.H., Murchison A.E. Propagation measurements of echolocation signals of the Atlantic bottlenose dolphin, Tursiops truncates Montagu, in open water // J. Acoust. Soc. Am. 1974. 56. Р.1180-1290.Au W.W.L., Floyd R.W., Penner R.H., Murchison A.E. Propagation measurements of echolocation signals of the Atlantic bottlenose dolphin, Tursiops truncates Montagu, in open water // J. Acoust. Soc. Am. 1974. 56. Р.1180-1290.Иванов М.П. Эхолокационные сигналы дельфина при решении задач в сложных акустических условиях // Акуст. журн. 2004. Т.50, № 4. С.550–561.Иванов М.П. Эхолокационные сигналы дельфина при решении задач в сложных акустических условиях // Акуст. журн. 2004. Т.50, № 4. С.550–561.Ivanov M.P., Kashinov V.V. Interference Immunity of the Dolphin’s Tursiops truncatus Sonar to Narrow-Band Interference, Symposium on Bio Sonar Systems and Bio-Acoustics, Institute Acoustics, Loughborough University. 2004. V.26. Pt.6.Ivanov M.P., Kashinov V.V. Interference Immunity of the Dolphin’s Tursiops truncatus Sonar to Narrow-Band Interference, Symposium on Bio Sonar Systems and Bio-Acoustics, Institute Acoustics, Loughborough University. 2004. V.26. Pt.6.Stefanov V.Е., Ivanov M.P., Kashinov V.V., Stepanov B.G. Mechanisms of interference resistance of the sonar system of dolphins exposed to man-mad interference // Symposium on Bio Sonar Systems and Bio-Acoustics, Institute Acoustics, Loughborough University. 2009.Stefanov V.Е., Ivanov M.P., Kashinov V.V., Stepanov B.G. Mechanisms of interference resistance of the sonar system of dolphins exposed to man-mad interference // Symposium on Bio Sonar Systems and Bio-Acoustics, Institute Acoustics, Loughborough University. 2009.Иванов М.П., Михеев А.Г., Кулагин В.В. Эхолокационные сигналы дельфина при обнаружении протяженных объектов // Межд.конф. «Морские млекопитающие Голарктики». М. 2004. С.234-237.Иванов М.П., Михеев А.Г., Кулагин В.В. Эхолокационные сигналы дельфина при обнаружении протяженных объектов // Межд.конф. «Морские млекопитающие Голарктики». М. 2004. С.234-237.Au W.W.L. Target detection in noise by echolocation dolphins // Sensory Abilities of Cetaceans / Ed. by J.Thomas and R.Kastelein. Plenum Press, New York, NATO ASI Ser.A. 1990. Р.203-216.Au W.W.L. Target detection in noise by echolocation dolphins // Sensory Abilities of Cetaceans / Ed. by J.Thomas and R.Kastelein. Plenum Press, New York, NATO ASI Ser.A. 1990. Р.203-216.Оганов Т.А. Помехоустойчивость инвариантного приема импульсных сигналов. М.: Радио и связь, 1984. С.176.Оганов Т.А. Помехоустойчивость инвариантного приема импульсных сигналов. М.: Радио и связь, 1984. С.176.Тужилин С. М. Общая формула спектральной плотности сигналов, повторяющих вид функции Эрмита // Радиотехника. 1987. № 11. С.40-42.Тужилин С. М. Общая формула спектральной плотности сигналов, повторяющих вид функции Эрмита // Радиотехника. 1987. № 11. С.40-42.Иванов М.П, Иваненко Ю.В. Механизмы управления направленностью акустического излучения у зубатых китов // Сб. XX Сессии РАО. 2008. Т.3. С.168-171.Иванов М.П, Иваненко Ю.В. Механизмы управления направленностью акустического излучения у зубатых китов // Сб. XX Сессии РАО. 2008. Т.3. С.168-171.Дубровский Н.А., Гладилин А.И., Мёль Б., Валберг M. Моделирование источника зондирующих импульсов у дельфина: влияние критических параметров // Акуст. журн. 2004. Т.50, № 4. С.543-549.Дубровский Н.А., Гладилин А.И., Мёль Б., Валберг M. Моделирование источника зондирующих импульсов у дельфина: влияние критических параметров // Акуст. журн. 2004. Т.50, № 4. С.543-549.Giro L.R., Dubrovskiy N.A. A plausible mechanism of acoustic click production in the dolphin // J. Acoust. Amer. 1999. V.105, N 2. Pt.2. P.1263.Giro L.R., Dubrovskiy N.A. A plausible mechanism of acoustic click production in the dolphin // J. Acoust. Amer. 1999. V.105, N 2. Pt.2. P.1263.Дубровский Н.А., Заславский Г.Л. О роли костей черепа в формировании пространственно-временной структуры зондирующих импульсов дельфина // Акуст. журн. 1975. Вып.3. С.409-414.Дубровский Н.А., Заславский Г.Л. О роли костей черепа в формировании пространственно-временной структуры зондирующих импульсов дельфина // Акуст. журн. 1975. Вып.3. С.409-414.Ivanenko U.V., Stefanov V.E., Ivanov M.P. Spatial characteristics of the dolphin melon acoustic field // Symposium on Bio-Sonar Systems and Bio-Acoustics. 16th September 2004. Loughborough University. V.26. Pt.6. 2004.Ivanenko U.V., Stefanov V.E., Ivanov M.P. Spatial characteristics of the dolphin melon acoustic field // Symposium on Bio-Sonar Systems and Bio-Acoustics. 16th September 2004. Loughborough University. V.26. Pt.6. 2004.Марков В.И. О тонком сканировании диаграммой направленности звукового луча при локационном зондировании подводных предметов у дельфина афалины // Тез. докл. 5-го Всесоюз. совещ. по изуч. морских млекопит. Ч.2. Махачкала, 1972. С.148-149.Марков В.И. О тонком сканировании диаграммой направленности звукового луча при локационном зондировании подводных предметов у дельфина афалины // Тез. докл. 5-го Всесоюз. совещ. по изуч. морских млекопит. Ч.2. Махачкала, 1972. С.148-149.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.