Рассмотренные выше технические средства и методы геофизических исследований дна океана при их комплексном использовании в различных комбинациях способны дать значительный качественный эффект. Единство времени и места применения таких комплексов позволяет исследовать изучаемый район или явление со всех сторон его физических проявлений.

Комплексные исследования геофизическими методами дна океана в настоящее время проводят с судов или с глубоководных буксируемых носителей.

Рядом организаций в СССР и за рубежом были проведены исследования с одновременным выполнением сейсмического профилирования, магнитной и гравиметрической съемок. Это потребовало создания объединенной системы сбора, обработки и представления полученной информации. Очевидно, что с такой задачей

пноценно можно справиться, только используя вычислительную технику. В этом случае можно применить специализированную систему сбора и обработки информации или же, используя судовую ЭВМ, приспособить ее к этим специальным задачам. ‘’ В качестве специализированной системы сбора, обработки и представления геофизической информации в работах АН СССР п Мингео использовались системы «Град» и «Галс».

Системы «Град» и «Галс» прежде всего обеспечивают синхронизацию работы подсистем, дающих информацию о геофизических параметрах дна океана. Подсистемы сейсмометрии, магнитометрии, гравиметрии, радиометрии и навигации одновременно передают информацию на вход системы, которая осуществляет прием путем опроса подсистем, ее уплотнение, кодирование, индикацию цифровых массивов и их запись в принятых форматах на носителях информации, в частности на магнитную ленту.

Судовые автоматизированные системы «Град» и «Галс» могут работать в автономном режиме, а также в режиме подключения к судовой ЭВМ «Минск-32» либо ЕС-1010. Созданная и широко используемая автоматизированная геофизическая система обеспечивает прием входного информационного потока по 48 сейсмо-акустическим, 80 цифровым и 201 аналоговым каналам с наибольшей интенсивностью 60 кбайт/с. Скорость передачи информации в ЭВМ ЕС-1010 достигает 750 кбайт/с.

Глубоководный буксируемый комплекс геофизической аппаратуры представляет собой погружаемый носитель, на котором установлена разнообразная исследовательская аппаратура, предназначенная для детального изучения структуры дна океана. Такой носитель обычно буксируется судном по заранее выбранной траектории.

Используются два режима буксировки: буксировка на расстояниях до 200 м от дна, когда происходит дистанционное исследование физических полей средствами гидроакустики, магнито- и гравиметрии, и буксировка вблизи дна на расстояниях, которые обеспечивают оптический контакт исследовательской аппаратуры с дном. В этом случае исследуется микроструктура поверхности дна методами фотографирования и видеозаписи телевизионного изображения.

Обычно на буксируемом комплексе устанавливаются двусторонний локатор бокового обзора (среднечастотный или высокочастотный), акустический профилограф, магнитометр, стереофото-установка, телевизионная установка. Для обеспечения планирования траектории движения глубоководного буксируемого носителя на нем устанавливаются эхолоты, дающие расстояние до Дна, до поверхности, и эхолот-локатор, направленный под некоторым углом вперед по курсу движения носителя. Навигационная привязка носителя осуществляется с помощью донной акустической навигационной системы.

Серьезной технической проблемой оказывается организация качественного обмена информацией между буксируемым носителем аппаратуры и судном. Информационный обмен осуществляется по однокоаксильному кабель-тросу, который выполняет функцию прочной буксирной линии и информационного канала связи. Управление траекторией движения буксируемого носителя у дна осуществляется с помощью судовой лебедки, которая меняет длину вытравленной буксирной линии по команде оператора в соответствии с показаниями эхолота, направленного вниз. Как показывает анализ, такой способ управления оказывается наибог лее оперативным и простым. С судна на носитель по кабель-тросу передаются команды управления и электрическая энергия дл^ питания исследовательской аппаратуры, а с носителя на судно передается информация, получаемая исследовательской аппаратурой.

Кабельный канал связи оказывается чрезвычайно перегруженным информационным потоком. Это заставляет принимать специальные технические меры, которые бы позволили осуществить информационный обмен между судном и глубоководным носителем с минимальными потерями и искажениями. Задача тем более усложняется, что информационный обмен происходит по кабель-тросу длиной обычно от 5000 до 8000 м. В кабельной линии такой протяженности возникают существенные затухания высокочастотных сигналов. Допустимое затухание оказывается определяющим параметром при создании аппаратуры кабельных каналов связи. Оно зависит от уровня шумов на приемном конце кабельной линии или на входе первого усилительного каскада каналов связи. Напряжение шумов на входе первого усилительного каскада складывается из напряжения тепловых шумов линии связи и напряжения собственных шумов первого каскада усиления приемника сигналов.

В технике кабельной связи принято, что для нормальной передачи информации по кабельной линии отношение сигнал/шум должно быть не менее 40 дБ.

Волновое (характеристическое) сопротивление — это сопротивление, которое встречает электромагнитная волна при распространении вдоль однородной линии связи без отражения, т. е. при условии, что на процесс передачи не влияют несогласованности на концах линии.

Рис. 1. Частотная зависимость коэффициента затухания.

Частотная зависимость коэффициента затухания представлена на рис. 1. Из этого рисунка следует, что начальный участок частотной характеристики коаксиальной кабельной линии является наиболее нелинейным. Это обстоятельство необходимо учитывать при передаче таких широкополосных спектров, как, например, телевизионные.

Нелинейность частотной зависимости коэффициента фазы в области низких частот приводит к существенным фазовым искажениям таких широкополосных сигналов, как, например, телевизионные, спектр которых начинается практически от нулевых частот. Указанное обстоятельство необходимо учитывать при разработке каналов связи для передачи телевизионного изображения.

Для обеспечения многоканальной связи между буксирующим судном и глубоководным носителем исследовательской аппаратуры могут быть использованы два способа уплотнения: временной и частотный.

При временном способе уплотнения несколько информационных каналов поочередно передаются по линии связи в одной и той же полосе частот.

При частотном уплотнении каждый из сигналов в кабельной линии занимает определенный спектр частот и все сигналы передаются одновременно.

Для повышения информативности канала связи могут применяться комбинированные системы, в которых на различных этапах преобразования сигналов информационных каналов применяются как временные, так и частотные уплотнения.

Это уплотнение можно применять только при узких полосах частот информационных сигналов. Поскольку для передачи информации без потерь частота опроса должна превышать максимальную частоту каналов информации в 3—5 раз, его целесообразно использовать при передаче относительно медленных команд.

Частотное уплотнение, представляет собой одновременную передачу всех каналов в отведенных им спектрах частот, причем каждый канал может формироваться времяимпульсным (ВИМ), амплитудно-импульсным (АИМ), широтно-импульсным (ШИМ), частотно-импульсным (ЧИМ) и кодоимпульсным (КИМ) методами.

От выбора метода зависят в основном только спектры частот, которые занимают эти каналы в общей линии связи.

При частотном уплотнении каналов связи большое значение имеет выбор метода преобразования (модуляции).

Модуляция тока может осуществляться изменением амплитуды (амплитудная модуляция), частоты (частотная модуляция) и фазы (фазовая модуляция).

Взаимосвязь фазы и угловой частоты такова, что всякое отклонение от линейного закона приводит к отклонению частоты от начального значения и наоборот. По этим причинам при фазовой модуляции всегда меняется частота, а при частотной модуляции — фаза. Несмотря на тесную связь, частотную и фазовую модуляции можно различать по тому, какой из параметров колебания (частота или фаза) является преобладающим.

Сравнительный анализ частотной и фазовой модуляции показывает, что теоретически фазовая модуляция более помехоустойчива, чем частотная.

Преимуществом фазовой модуляции является возможность создания многократных систем передачи (двойной, тройной). Такие системы позволяют удвоить и утроить скорости передачи дискретной информации при использовании одного и того же канала.

Перечисленные особенности частотной и фазовой модуляции определили их область применения: там, где необходима повышенная скорость, достигаемая даже за счет усложнения аппаратуры, применяют системы с многократной фазовой модуляцией; там, где необходимо учитывать надежность, применяют системы с частотной модуляцией.

Для исследовательских систем, допускающих сравнительно высокий уровень помех (гидроакустика, телевидение и др.), каналы связи целесообразно строить на принципе амплитудной модуляции. Для систем, обеспечивающих работоспособность большого комплекса аппаратуры и требующих минимального уровня помех, каналы связи целесообразно строить на принципе частотной модуляции.

Из всей аппаратуры буксируемого геофизического комплекса наибольшая ширина занимаемой полосы частот приходится на долю телевидения.

Для передачи телевизионных сигналов по кабельной линии связи существует три метода: передача собственно видеосигнала без несущей частоты, передача видеосигнала на несущей частоте и передача видеосигнала на несущей частоте с двойным преобразованием.

При передаче видеосигнала на собственной частоте полоса частот, занимаемая им, простирается практически от 0 до 5— 6 мГц. Поскольку в области низких частот частотная характеристика кабеля наиболее нелинейна, в схему передачи видеосигнала необходимо включать довольно сложные амплитудно-частотные и фазово-частотные корректоры. В настоящее время частотная коррекция телевизионных сигналов отработана при затухании в высокочастотном тракте до 70 дБ. В этом случае остальные каналы связи необходимо размещать в высокочастотной области спектра, что нецелесообразно ввиду большого затухания сигналов.

Третий метод предусматривает двойное преобразование спектра частот видеосигнала и называется методом переноса спектра частот в линейную область характеристики кабеля.

Весь смысл сложного преобразования видеосигнала заключается в переносе его в ту область, которая отведена ему при частотном уплотнении линии связи.

В обобщенном виде организацию каналов связи глубоководного буксируемого комплекса аппаратуры для детальных геолого-географических исследований можно представить следующим образом.

На борту носителя установлена гидроакустическая аппаратура: эхолоты, локатор бокового обзора и акустический профилограф. Она занимает полосу частот от 8 до 110 кГц. Передача команд управления и телеметрии может осуществляться в полосе частот от 300 до 700 кГц.

Наконец, телевизионная система занимает высокочастотную область спектра, начиная от 1 МГц, с полосой 5—6 МГц. Названные полосы частот должны быть отделены друг от друга полосовыми фильтрами.

Команды телеуправления и телеметрии передаются по кабелю разделенными по времени.

Передачу электроэнергии на носитель целесообразно осуществлять постоянным током с повышенным напряжением. В зависимости от передаваемой мощности напряжение на входе кабельной линии может быть от 600 до 2000 В.