RU2340916C1 - Method of surveying bottom contour of water bodies and device to that end - Google Patents

Method of surveying bottom contour of water bodies and device to that end Download PDF

Info

Publication number
RU2340916C1
RU2340916C1 RU2007116178/28A RU2007116178A RU2340916C1 RU 2340916 C1 RU2340916 C1 RU 2340916C1 RU 2007116178/28 A RU2007116178/28 A RU 2007116178/28A RU 2007116178 A RU2007116178 A RU 2007116178A RU 2340916 C1 RU2340916 C1 RU 2340916C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
unit
water
speed
sound
mapping
Prior art date
Application number
RU2007116178/28A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Евгений Андреевич Денесюк (RU)
Евгений Андреевич Денесюк
Юрий Николаевич Жуков (RU)
Юрий Николаевич Жуков
Александр Борисович Опарин (RU)
Александр Борисович Опарин
вец Владимир Васильевич Черн (RU)
Владимир Васильевич Чернявец
Original Assignee
Евгений Андреевич Денесюк
Юрий Николаевич Жуков
Александр Борисович Опарин
Владимир Васильевич Чернявец
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Евгений Андреевич Денесюк, Юрий Николаевич Жуков, Александр Борисович Опарин, Владимир Васильевич Чернявец filed Critical Евгений Андреевич Денесюк
Priority to RU2007116178/28A priority Critical patent/RU2340916C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2340916C1 publication Critical patent/RU2340916C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Measurement Of Velocity Or Position Using Acoustic Or Ultrasonic Waves (AREA)

Abstract

FIELD: physics; measurements.
SUBSTANCE: present invention aims at increasing accuracy of surveying a bottom contour. The method of surveying the bottom contour of a water body using a sonic depth finder, mounted at the bottom of a vessel, involves emitting sonar signals in the direction of the bottom of the water body, reception of signals reflected from the bottom surface, measurement of the distance from the tranceiving antenna to the bottom, determination of the coordinates of the vessel using external information sources, measurement of the board keel and heave, true course and speed of the vessel, matching the measurement results on time, calculation of true values of depth with determination of corrections for deviation of the actual speed of sound in water from the calculated value, and mapping the obtained information with determination of geodesic coordinates of the measured depth. When determining true depth values, correction of deviation of the actual sound speed in water from the calculated value is determined from the expression: ΔZv=H(Cav/Co-1), where H is the under-keel clearance (H=ΣCiti/2), Cav=Vs4fscosαΔfd is the average speed of sound in water, Co is the speed of sound in water, at which the sonic depth finder is rated, fs is the frequency of the sonar signal with hydroacoustic Doppler log, Δfd is the Doppler frequency shift between the emitted and reflected sonar signals of the hydroacoustic log from the bottom of the water body, α is an angle, formed between the direction of transmission of the sonar signal to the bottom surface and the horizontal, Vs is the speed of sound in water when measuring depth using the sonic depth finder, Ci - speed of sound in water when measured with sonic depth finder, ti is the time interval between transmission of the signal and receiving the echo signal from the bottom. Topographic and navigation bitmaps are coupled when mapping the bottom contour. The device for implementing the method comprises a transceiving antenna, transmission unit, receiving and measuring unit, control unit and a unit for collecting, processing information and mapping the bottom contour of the water body. The device also has a unit for determining average speed of sound in water, in the direction of transmission of the sonar signal.
EFFECT: increased accuracy of surveying the bottom contour.
2 cl, 7 dwg

Description

Изобретение относится к гидрографии, в частности к способам и техническим средствам съемки рельефа дна путем определения глубин на заданной акватории с определением их геодезических координат.The invention relates to hydrography, in particular to methods and technical means for surveying the bottom topography by determining the depths in a given water area and determining their geodetic coordinates.

Известен способ съемки рельефа дна акватории эхолотом [1], включающий прохождение судном с установленным на нем эхолотом заданными галсами на акватории, излучение гидроакустических сигналов в сторону дна, прием отраженных от дна сигналов, измерение расстояний от приемоизлучающей антенны эхолота до отражающей поверхности (точек дна), определение географических координат судна, определение геодезических координат приемоизлучающей антенны эхолота, измерение параметров бортовой, килевой и вертикальной качки, истинного курса и скорости судна, определение истинных значений глубин и их геодезических координат с последующей их регистрацией и индикацией.A known method of shooting the topography of the bottom of the water with an echo sounder [1], including the passage of a vessel with an echo sounder installed on it with predetermined tacks in the water, emitting hydroacoustic signals to the bottom, receiving signals reflected from the bottom, measuring distances from the receiving-emitting antenna of the echo sounder to the reflecting surface (bottom points) , determination of the ship’s geographic coordinates, determination of the geodetic coordinates of the echo-sounder receiving-emitting antenna, measurement of side, keel and pitching parameters, true heading and speed with bottom, determining the true values of the depths and geodetic coordinates with subsequent recording and display.

Известно также устройство для осуществления данного способа, представляющее собой эхолот [2], содержащий приемоизлучающую антенну, передающий блок, приемоизмерительный блок, блок управления, блок регистрации, обработки картирования рельефа дна, в котором выход приемоизлучающей антенны подключен к входу приемоизмерительного блока, выход передающего блока соединен с приемоизлучающей антенной, выходы приемоизлучающего блока подключены к входу блока регистрации, обработки и картирования рельефа дна, входы которого соединены с выходами судовых измерителей составляющих качки, курса, скорости и координат, а блок управления соединен с передающим блоком, приемоизмерительным блоком и блоком сбора информации, обработки и картирования рельефа дна.It is also known a device for implementing this method, which is an echo sounder [2], containing a transceiving antenna, a transmitting unit, a receiving unit, a control unit, a registration unit, a bottom topography mapping processing, in which the output of the receiving unit is connected to the input of the receiving unit, output of the transmitting unit connected to the receiving-radiating antenna, the outputs of the receiving-radiating unit are connected to the input of the registration unit, processing and mapping of the bottom topography, the inputs of which are connected to the outputs with oud meters of components of pitching, heading, speed and coordinates, and the control unit is connected to a transmitting unit, a receiving and measuring unit and a unit for collecting information, processing and mapping the bottom topography.

Существенными недостатками известного способа и устройства являются сравнительно невысокая точность съемки рельефа дна акватории, не удовлетворяющая предъявляемым требованиям к гидрографической съемки (см. например: Правила гидрографической службы №4 (ПГС №4 - Съемка рельефа дна, часть 2 - Требования и методы), ГУНиО МО СССР, Л., 1984), а также существенная трудоемкость выполнения способа, что обусловлено необходимостью выполнения вычислений, связанных с определением поправок за отклонение действительной средней скорости звука в воде от используемых в вычислениях расчетных значений средней скорости звука в воде для конкретного эхолота, определяемой косвенным путем по измеренным значениям температуры, солености и плотности морской воды на принятых в практике стандартных горизонтах по глубине или путем непосредственного измерения скорости звука в равномерно распределенных точках по всей площади акватории.Significant disadvantages of the known method and device are the relatively low accuracy of surveying the topography of the bottom of the water area, which does not meet the requirements for hydrographic survey (see, for example: Rules of the hydrographic service No. 4 (ASG No. 4 - Survey of the bottom relief, part 2 - Requirements and methods), GUNiO USSR Ministry of Defense, L., 1984), as well as the significant complexity of the method, due to the need to perform calculations related to the determination of corrections for the deviation of the actual average speed of sound in water from used in the calculation of the calculated values of the average speed of sound in water for a particular echo sounder, determined indirectly from the measured values of temperature, salinity and density of seawater at standard depth horizons accepted in practice or by directly measuring the speed of sound at evenly distributed points throughout the water area.

Ввиду того, что требуемая достоверность определения средней скорости звука расчетным путем обеспечивается только в малой локальной пространственной области, в которой измеряется температура, соленость и плотность морской воды или непосредственно скорость распространения звука в воде для конкретного эхолота, то точность съемки рельефа дна в конечном итоге отягощается погрешностью, обусловленной влиянием мелкомасштабной и крупномасштабной изменчивостью во времени ветрового перемещения и турбулентности внутренних волн, подводных течений. Эта погрешность может достигать 3% от измеряемой глубины (см., например: D.E. Dinn, B.D. Loncarevic et al. The effect of so und velocity errors on multibeam sonar depth accuracy// Proccedings of American Hydrograhic Symposium. 1995, p.1001-1009).Due to the fact that the required reliability of determining the average speed of sound by calculation is provided only in a small local spatial area in which the temperature, salinity and density of sea water are measured, or the speed of sound propagation in water for a particular echo sounder, the accuracy of recording the bottom topography is ultimately aggravated error due to the influence of small-scale and large-scale variability in time of wind displacement and turbulence of internal waves, underwater opinions. This error can reach 3% of the measured depth (see, for example: DE Dinn, BD Loncarevic et al. The effect of so und velocity errors on multibeam sonar depth accuracy // Proccedings of American Hydrograhic Symposium. 1995, p.1001-1009 )

В соответствии с требованиями стандарта Международной гидрографической организации (см., например: Записки по гидрографии. С.-П., ГУНиО МО РФ, №248, 1999, c.27-33) на акваториях с глубинами свыше 200 м, на которых выполняется съемка в интересах безопасности судоходства, средняя квадратическая погрешность (СКП) определения глубины не должна превышать 0,3%.In accordance with the requirements of the standard of the International Hydrographic Organization (see, for example: Notes on hydrography. S.-P., GUNiO of the Ministry of Defense of the Russian Federation, No. 248, 1999, p. 27-33) in water areas with depths over 200 m, at which survey in the interests of safety of navigation, the average square error (UPC) of determining the depth should not exceed 0.3%.

При использовании известного способа съемки рельефа и устройства для его осуществления СКП определения глубины составляет для глубин до 100 м от 0,7 до 3,5 м, а для глубин до 200 м от 2,3 до 11,0 м соответственно, что не удовлетворяет предъявляемым требованиям.When using the known method of shooting a relief and a device for its implementation, the UPC determines the depth for depths up to 100 m from 0.7 to 3.5 m, and for depths up to 200 m from 2.3 to 11.0 m, respectively, which does not satisfy the requirements.

При картировании рельефа дна СКП построения рельефа дна не должна превышать 0,5 мм в масштабе планшета, что в сочетании с погрешностью определения глубины известным способом и устройством для его осуществления в большинстве случаев не позволяет обеспечить и это требование.When mapping the bottom topography of the UPC, the bottom topography should not exceed 0.5 mm on the tablet scale, which, in combination with the error in determining the depth by a known method and device for its implementation, in most cases does not make it possible to provide this requirement.

Кроме того, при производстве съемки рельефа дна с последующим картированием рельефа дна, особенно в прибрежной зоне моря и в узкостях, необходимо иметь картографическую информацию как по суше, так и по прилегающей к ней акватории. Использование для этих целей типографских топографических и навигационных карт достаточно затруднительно. Одной из причин этого являются разные картографические проекции. Топографические карты строятся в проекции Гаусса-Крюгера, а навигационные в проекции Меркатора. Эта же причина является основным препятствием для использования растровых образов типографских карт в электронных геоинформационных системах, каковыми являются средства отображения картированной информации при выполнении съемки рельефа дна.In addition, when surveying the bottom topography with subsequent mapping of the bottom topography, especially in the coastal zone of the sea and in the narrowness, it is necessary to have cartographic information both by land and by the adjacent water area. The use of typographic topographic and navigation maps for these purposes is quite difficult. One of the reasons for this is different cartographic projections. Topographic maps are built in the Gauss-Krueger projection, and navigation maps in the Mercator projection. The same reason is the main obstacle to the use of raster images of printing cards in electronic geographic information systems, which are the means of displaying the mapped information when shooting the bottom topography.

Задачей настоящего технического решения является повышение точности съемки рельефа дна.The objective of this technical solution is to increase the accuracy of shooting the bottom topography.

Поставленная задача решается за счет того, что в способе съемки рельефа дна акватории эхолотом, установленным на судне, включающем излучение гидроакустических сигналов в направлении дна, прием отраженных от поверхности дна сигналов, измерение расстояний от приемоизлучающей антенны до дна, определение координат судна по внешним источникам информации, измерение бортовой, килевой и вертикальной качки, истинного курса и скорости судна, привязку результатов измерений по времени, определение истинных значений глубин с определением поправки за отклонение действительной скорости звука в воде от расчетной, картирование полученной информации с определением геодезических координат измеренных глубин, в котором при определении истинных глубин поправку за отклонение действительной скорости звука в воде от расчетной определяют в соответствии с зависимостью: ΔZv=Н(Ссро-1), где Н - глубина под килем (Н=ΣCiti/2), Сср=Vc4fиcosαΔfд - средняя скорость распространения звука в воде. Со - скорость распространения звука в воде, на которую рассчитан эхолот, fи - частота излучения гидроакустического сигнала гидроакустическим доплеровским лагом, Δfд - доплеровский сдвиг частоты между излученным и отраженным гидроакустическими сигналами гидроакустического лага от морского дна, α- угол, образованный направлением излучения гидроакустического сигнала до поверхности дна и горизонтом, Vс - скорость судна, определенная по геодезическим координатам, Сi - скорость распространения звука в воде при измерении глубин эхолотом, ti - промежуток времени между излучением сигнала и приемом эхо-сигнала от дна, при картировании рельефа дна выполняют сопряжение топографических и навигационных растровых карт, а в устройство для осуществления способа, содержащее приемоизлучающую антенну, передающий блок, приемоизмерительный блок, блок управления и блок сбора, обработки информации и картирование рельефа дна акватории, в котором выход приемопередающей антенны подключен к входу приемоизмерительного блока, выход передающего блока соединен с приемоизлучающей антенной, выходы приемоизмерительного блока подключены к входу блока сбора обработки информации и картирования рельефа дна акватории, входы которого соединены с выходами судовых измерителей составляющих качки, курса, скорости и координат, а блок управления соединен с передающим блоком, приемоизмерительным блоком и блоком сбора информации, обработки и картирования рельефа дна, дополнительно введен блок определения средней скорости распространения звука в воде в направлении излучения гидроакустического сигнала, вход которого через блок управления соединен с выходом судового гидроакустического доплеровского измерителя скорости и выходом приемника радионавигационной или/и спутниковой навигационной системы, а выход соединен с входом блока сбора, обработки информации и картирования рельефа дна акватории.The problem is solved due to the fact that in the method of surveying the topography of the bottom of the water area with an echo sounder installed on the vessel, which includes emitting hydroacoustic signals in the direction of the bottom, receiving signals reflected from the bottom surface, measuring distances from the receiving-emitting antenna to the bottom, determining the coordinates of the vessel from external information sources , measurement of side, keel and pitching, the true heading and speed of the vessel, the binding of the measurement results in time, the definition of true depths with the definition of amendments for the deviation of the actual speed of sound in water from the calculated, mapping the received information to the definition of geodesic coordinates of the measured depths, wherein determining the true depth correction for the deviation of the actual speed of sound in water, the calculated is determined according to the relationship: ΔZ v = H (cf. / C about -1), where H is the depth under the keel (H = ΣC i t i / 2), C cp = V c 4f and cosαΔf d is the average speed of sound propagation in water. С о is the speed of sound propagation in water for which the echo sounder is designed, f and is the frequency of the hydroacoustic signal emitted by the hydroacoustic Doppler lag, Δf d is the Doppler frequency shift between the emitted and reflected hydroacoustic signals of the hydroacoustic lag from the seabed, α is the angle formed by the radiation direction sonar signal to the bottom surface and the horizontal, V s - ship speed, determined from the geodetic coordinates, C i - speed of sound in water at the measured depth sounder, t i - the time interval between the emission of the signal and the reception of the echo signal from the bottom, when mapping the topography of the bottom, the topographic and navigation raster maps are paired, and to the device for implementing the method, comprising a receiving-radiating antenna, a transmitting unit, a receiving-measuring unit, a control unit and a data processing, data processing unit and mapping the topography of the bottom of the water area, in which the output of the transceiver antenna is connected to the input of the receiving-measuring unit, the output of the transmitting unit is connected to the receiving-radiating antenna, the output the receiving unit is connected to the input of the unit for collecting information processing and mapping the topography of the bottom of the water area, the inputs of which are connected to the outputs of the ship meters of components of pitching, heading, speed and coordinates, and the control unit is connected to the transmitting unit, the receiving unit and the unit for collecting information, processing and mapping of the relief bottom, in addition, a unit for determining the average speed of sound propagation in water in the direction of radiation of the hydroacoustic signal, the input of which through the control unit with one with a yield of marine sonar Doppler velocimeter and output radionavigation receiver and / or satellite navigation system, and an output connected to the input acquisition unit, the information processing and mapping bottom relief area.

Сущность изобретения поясняется чертежами (фиг.1-7). Фиг.1. Структурная блок-схема устройства. Устройство состоит из приемоизлучающей антенны 1, передающего блока 2, приемоизмерительного блока 3, блока управления 4, блока определения средней скорости распространения звука в воде 5, блока сбора, обработки информации и картирования рельефа дна 6.The invention is illustrated by drawings (Fig.1-7). Figure 1. Structural block diagram of the device. The device consists of a receiving-radiating antenna 1, a transmitting unit 2, a receiving-measuring unit 3, a control unit 4, a unit for determining the average speed of sound propagation in water 5, a unit for collecting, processing information, and mapping the topography of the bottom 6.

Выход приемопередающей антенны 1 подключен к входу приемоизмерительного блока 3, выход передающего блока 2 соединен с приемоизлучающей антенной 1, выходы приемоизмерительного блока 3 подключены к входу блока сбора обработки информации и картирования рельефа дна 6 акватории, входы которого соединены с выходами судовых измерителей составляющих качки, курса, скорости и координат, а блок управления 4 соединен с передающим блоком 2, приемоизмерительным блоком 3 и блоком сбора информации, обработки и картирования рельефа дна 6, в который дополнительно введен блок определения средней скорости распространения звука в воде 5 в направлении излучения гидроакустического сигнала, вход которого через блок управления 4 соединен с выходом судового гидроакустического доплеровского измерителя скорости и выходом приемника радионавигационной или/и спутниковой навигационной системы, а выход соединен с входом блока сбора, обработки информации и картирования рельефа дна 6 акватории.The output of the transceiving antenna 1 is connected to the input of the receiving-measuring unit 3, the output of the transmitting unit 2 is connected to the receiving-radiating antenna 1, the outputs of the receiving-measuring unit 3 are connected to the input of the information processing unit and mapping the topography of the bottom 6 of the water area, the inputs of which are connected to the outputs of the ship meters of pitching components, heading , speed and coordinates, and the control unit 4 is connected to the transmitting unit 2, the receiving-measuring unit 3 and the unit for collecting information, processing and mapping the topography of the bottom 6, which will complement A unit for determining the average speed of sound propagation in water 5 in the direction of emission of a hydroacoustic signal has been introduced, the input of which through the control unit 4 is connected to the output of the ship’s hydroacoustic Doppler speed meter and the output of the receiver of the radio navigation and / or satellite navigation system, and the output is connected to the input of the collection unit, information processing and mapping of the relief of the bottom 6 of the water area.

Приемоизлучающая антенна 1 собрана из пьезокерамических акустических преобразователей, размещенных в одном корпусе, которые используются как для излучения, так и приема отраженных от дна сигналов. В цикле излучения эти преобразователи соединены параллельно, а во время приема эхо-сигналов они работают независимо друг от друга.The receiving-emitting antenna 1 is assembled from piezoceramic acoustic transducers located in one housing, which are used both for radiation and reception of signals reflected from the bottom. In the radiation cycle, these transducers are connected in parallel, and during the reception of echo signals they work independently of each other.

Фиг.2. Передающий блок. Передающий блок 2 состоит из кварцевого генератора 7, стабилизированного по частоте, формирователя 8 периода следования излучаемых импульсов, устройства 9 формирования длительности излучаемого импульса, синхронизатора 10, устройства квантования 11, усилителя мощности 12, преобразователя 13, коммутатора 14.Figure 2. Transmitting unit. The transmitting unit 2 consists of a frequency-stabilized crystal oscillator 7, a shaper 8 of the period of the emitted pulses, a device 9 for generating the duration of the emitted pulse, a synchronizer 10, a quantization device 11, a power amplifier 12, a converter 13, a switch 14.

Генератор 7 вырабатывает непрерывные колебания частотой 4,8 МГц, которая посредством синхронизатора 10 снижается до 600 кГц, и формируется импульс излучения. Усилитель мощности 12 усиливает импульс до величины, необходимой для возбуждения электроакустических преобразователей антенны 1. Посредством коммутатора 14 преобразователи антенны 1 во время излучения подключаются к передающему блоку 2, а во время приема к приемоизмерительному блоку 3.The generator 7 generates continuous oscillations with a frequency of 4.8 MHz, which through the synchronizer 10 is reduced to 600 kHz, and a radiation pulse is formed. The power amplifier 12 amplifies the pulse to the value necessary to excite the electro-acoustic transducers of the antenna 1. By means of the switch 14, the transducers of the antenna 1 are connected to the transmitting unit 2 during radiation, and to the receiving-measuring unit 3 during reception.

Фиг.3. Приемоизмерительный блок. Приемоизмерительный блок 3 состоит из блока полосовых усилителей 15, антенного усилителя 16, основного усилителя 17, блока формирователей кодов управления 18, блока фильтров 19, амплитудного детектора 20, фильтра 21 нижних частот, коммутатора 22, выходного усилителя 23 и предназначен для приема, усиления и частотной селекции принятых сигналов.Figure 3. Receiving unit. The receiving unit 3 consists of a block of strip amplifiers 15, an antenna amplifier 16, a main amplifier 17, a block of control code drivers 18, a filter block 19, an amplitude detector 20, a low-pass filter 21, a switch 22, an output amplifier 23 and is intended for receiving, amplifying, and frequency selection of received signals.

Фиг.4. Блок управления. Блок управления 4 состоит из ПЗУ микрокоманд 24, ПЗУ управления выбором адреса 25, БИС микропрограммного управления 26, регистра микрокоманд 27, двух микропроцессоров 28, ПЗУ 29, ОЗУ 30, схемы формирования переносов 31, трех буферных регистров 32, 33, 34 и пяти магистралей: магистрали адреса 35, магистрали микрокоманд 36, магистрали D 37, магистрали М 38, магистрали L 39 и предназначен для выработки и трансляции команд и информационных файлов с принимаемой от внешних источников информации, а также информации, находящейся в ПЗУ.Figure 4. Control block. The control unit 4 consists of a micro-command ROM 24, an address selection ROM 25, a microprogram control LSI 26, a micro-command register 27, two microprocessors 28, a ROM 29, a RAM 30, a transfer circuit 31, three buffer registers 32, 33, 34 and five highways : address 35 highway, microcommand 36 highway, D 37 highway, M 38 highway, L 39 highway and is designed to generate and broadcast commands and information files from information received from external sources, as well as information located in ROM.

Фиг.5. Блок определения средней скорости распространения звука в воде. Блок определения средней скорости распространения звука в воде 5 состоит из дешифратора микрокоманд 40, буферных каскадов 41, регистра адреса 42, арифметико-логического устройства 43, мультиплексоров 44, дешифратора 45, магистрали А 46, магистрали D 47, аккумулятора 48.Figure 5. Block for determining the average speed of sound propagation in water. The unit for determining the average speed of sound propagation in water 5 consists of a microcommand decoder 40, buffer stages 41, address register 42, arithmetic logic unit 43, multiplexers 44, decoder 45, highway A 46, highway D 47, and battery 48.

Фиг.6. Блок сбора, обработки информации и картирования рельефа дна. Блок сбора, обработки информации и картирования рельефа дна 6 состоит из приемных регистров 49, блока системной магистрали 50, усилителя 51, диспетчера памяти 52, операционного блока 53, блока управления потоком команд 54, блока микропрограммного управления 55, блока прерываний 56, выходных регистров 57.6. Block for collecting, processing information and mapping the bottom topography. The unit for collecting, processing information and mapping the bottom topography 6 consists of receiving registers 49, a system trunk unit 50, an amplifier 51, a memory manager 52, an operation unit 53, a command flow control unit 54, a microprogram control unit 55, an interrupt unit 56, and output registers 57 .

Фиг.7. Блок-схема алгоритма сопряжения топографических и навигационных растровых карт.7. The block diagram of the algorithm for pairing topographic and navigation raster maps.

Работа устройства заключается в следующем. По командным импульсам, вырабатываемым блоком управления 4 в передающем блоке 2, осуществляется формирование акустического импульса и излучение его приемоизлучающей антенной 1 в сторону дна, а также прием и преобразование в электрический сигнал отраженных дном акустических сигналов, трансляция этих сигналов на вход приемоизмерительного блока 3, в котором вырабатываются электрические сигналы, пропорциональные временным задержкам прихода отраженных от поверхности дна сигналов, по которым определяются расстояния от приемоизлучающей антенны 1 до точек отражения сигналов от морского дна.The operation of the device is as follows. According to the command pulses generated by the control unit 4 in the transmitting unit 2, the acoustic pulse is generated and emitted by the receiving-emitting antenna 1 towards the bottom, as well as receiving and converting the acoustic signals reflected by the bottom into the electrical signal, transmitting these signals to the input of the receiving-measuring unit 3, which produces electrical signals proportional to the time delays of arrival of signals reflected from the bottom surface, by which the distances from the receiving-emitting antenna are determined enny 1 to signal reflection points on the seabed.

Одновременно по командным импульсам с блока управления 4 электрические сигналы, пропорциональные доплеровскому сдвигу частоты опорного гидроакустического сигнала от судового гидроакустического доплеровского измерителя скорости (лага), аналогом которого является лаг, описанный в кн.: Абсолютные и относительные лаги. Виноградов К.А., Кошкарев В.Н., Осюхин Б.А., Хребтов А.А.//Л., Судостроение, 1990, с.30, и электричские сигналы, пропорциональные геодезическим координатам х, у, от судового приемоиндикатора спутниковой или радионавигационной системы поступают на вход блока определения средней скорости распространения звука в воде 5, в котором средняя скорость распространения звука в воде Сср определяется в соответствии с зависимостью:At the same time, by command pulses from control unit 4, electric signals proportional to the Doppler frequency shift of the reference sonar signal from the ship's sonar Doppler speed meter (lag), the analogue of which is the lag described in the book: Absolute and relative lags. Vinogradov K.A., Koshkarev V.N., Osyukhin B.A., Khrebtov A.A.// L., Shipbuilding, 1990, p.30, and electrical signals proportional to the geodetic coordinates x, y, from the ship transceiver satellite or radio navigation system is fed to the input of the unit for determining the average speed of sound propagation in water 5, in which the average speed of sound propagation in water C av is determined in accordance with the dependence:

Сср=Vс4fи cosα/Δfд, где Vc - скорость судна, определенная по геодезическим координатам спутниковой или радионавигационной системы, fи - частота излучения гидроакустического сигнала гидроакустическим доплеровским лагом, Δfд - доплеровский сдвиг частоты между излученным и отраженным гидроакустическими сигналами гидроакустического доплеровского лага от морского дна, α- угол, образованный направлением излучения гидроакустического сигнала до поверхности дна и горизонтом. Данная зависимость следует из того, что для конкретного четырехлучевого гидроакустического доплеровского лага типа ЛА-52, являющегося штатным измерителем скорости на гидрографических судах, скорость судна определяется в соответствии с зависимостью: Vc=Vcp/4fucosα·Δfд. Одновременно с определением скорости по лагу определяют скорость судна по геодезическим координатам, полученным по спутниковой или радионавигационной навигационным системам, в соответствии с зависимостью:With cf = V s 4f and cosα / Δf d , where V c is the vessel speed determined from the geodetic coordinates of the satellite or radio navigation system, f and is the frequency of the hydroacoustic signal emitted by the hydroacoustic Doppler lag, Δf d is the Doppler frequency shift between the emitted and reflected hydroacoustic by the signals of the hydroacoustic Doppler log from the seabed, α is the angle formed by the direction of the radiation of the hydroacoustic signal to the bottom surface and the horizon. This dependence follows from the fact that for a specific four-beam hydroacoustic Doppler lag type LA-52, which is a standard speed meter on hydrographic vessels, the speed of the vessel is determined in accordance with the dependence: V c = V cp / 4f u cosα · Δf d . Simultaneously with determining the speed of the lag, the speed of the vessel is determined by the geodetic coordinates obtained by satellite or radio navigation navigation systems, in accordance with the dependence:

Figure 00000002
, где Хi, Yi - геодезические координаты судна, ti - время их определения.
Figure 00000002
where X i, Y i - the geodetic coordinates of the vessel, t i - the time of their determination.

Далее по командным импульсам с блока управления 4 информация с блоков 3, 4 и 5 поступает на блок сбора, обработки информации и картирования рельефа дна 6, на который также поступает информация от судовых измерителей составляющих качки и курса.Further, by command pulses from control unit 4, information from blocks 3, 4, and 5 enters the unit for collecting, processing information, and mapping the topography of bottom 6, which also receives information from ship meters of pitching and heading components.

В блоке 6 определяется поправка ΔZv к глубинам, измеренным эхолотом (Н=ΣCiti/2, где Сi - скорость распространения звука в воде, ti - промежуток времени между излучением сигнала приемом эхо-сигнала от дна), за отклонение действительной скорости звука в воде от расчетной для конкретного эхолота: ΔZviсро-1), где Сi - глубина измеренная эхолотом, Со - скорость распространения звука в воде, на которую рассчитан эхолот.In block 6, the correction ΔZ v to the depths measured by the echo sounder is determined (Н = ΣC i t i / 2, where C i is the speed of sound propagation in water, t i is the time interval between the signal emission by receiving an echo signal from the bottom), for deviation the actual speed of sound in water from the calculated for a particular echo sounder: ΔZ v = С icompare / С о -1), where С i is the depth measured by the echo sounder, С о is the speed of sound propagation in water, for which the echo sounder is designed.

Картирование информации осуществляется нанесением геодезических координат точек отражения гидроакустических сигналов от морского дна на планшет, который строится путем сопряжения топографических и навигационных растровых карт в следующей последовательности (фиг.7):Information mapping is carried out by applying the geodetic coordinates of the reflection points of hydroacoustic signals from the seabed to a tablet, which is built by pairing topographic and navigation raster maps in the following sequence (Fig. 7):

- растр навигационной карты в проекции Меркатора подвергается векторизации береговой линии навигационной карты;- the raster of the navigation map in the Mercator projection is subjected to vectorization of the coastline of the navigation map;

- выполняется выборка участка, соответствующего морской акватории, на которой производится съемка рельефа дна с учетом векторизации береговой линии навигационной карты;- a site is selected that corresponds to the marine area on which the bottom topography is recorded taking into account the vectorization of the coastline of the navigation map;

- производится запись в итоговый растр навигационной карты;- a record is made in the final raster of the navigation map;

- растр топографической карты в проекции Гаусса-Крюгера приводится к масштабу навигационной карты;- the raster of the topographic map in the Gauss-Kruger projection is reduced to the scale of the navigation map;

- выполняется преобразование координат проекции Гаусса-Крюгера в географические координаты;- the coordinates of the Gauss-Kruger projection are converted into geographical coordinates;

- выполняется преобразование географических координат в координаты проекции Меркатора;- the conversion of geographical coordinates to the coordinates of the Mercator projection is performed;

- производится выборка участка растра, соответствующего сухопутной (береговой) области;- a raster plot is selected that corresponds to the land (coastal) region;

- выполняется запись в итоговый растр топографической карты;- the topographic map is written to the final raster;

- по результатам записей в итоговые растры навигационной и топографической карты строится итоговая растровая карта совмещенной навигационной и топографической информации в Меркаторской проекции;- based on the results of recordings in the final rasters of the navigation and topographic map, the final raster map of the combined navigation and topographic information in the Mercator projection is built;

- на итоговой растровой карте, выводимой на устройство индикации, также отображается путь судна.- on the final raster map displayed on the display device, the path of the vessel is also displayed.

При использовании заявляемого способа и устройства для его осуществления, предназначенного для съемки рельефа дна акватории, выполняется требование к точности определения глубины при съемке рельефа дна акватории, установленное действующими нормативными документами, что обусловлено возможностью измерения доплеровского сдвига частоты опорного гидроакустического сигнала гидроакустического доплеровского лага, абсолютной скорости движения судна с эхолотом по внешним источникам информации (например, спутниковой навигационной системы типа GPS), по которым определяют среднюю вертикальную скорость распространения звука в водной среде.When using the proposed method and device for its implementation, designed to capture the bottom topography of the water area, the accuracy requirement for determining the depth when shooting the topography of the bottom of the water area is established by current regulatory documents, due to the possibility of measuring the Doppler frequency shift of the reference sonar signal of the sonar doppler log, absolute speed movement of a vessel with an echo sounder through external information sources (for example, satellite navigation systems type GPS), which determines the average vertical velocity of sound propagation in aqueous medium.

При съемке рельефа дна эхолотом средняя квадратическая погрешность определения вертикальной скорости распространения звука не должна превышать±7,5 м/с.Выполнение данного требования может быть обеспечено, если скорость движения судна будет определяться со средней квадратической погрешностью, не превышающей±0,037 м/с, что возможно выполнить при условии определения геодезических координат со средней квадратической погрешностью, не превышающей±7,8 м. Установленные на гидрографических судах навигационные системы, в частности, совмещенные приемоиндикаторы спутниковых и радионавигационных систем берегового базирования позволяют определять геодезические координаты с точностью±6,0 м, а при их работе в дифференциальном режиме с точностью±3,0 м. При сопряжении топографических и навигационных растровых карт при картировании рельефа дна ошибки получаемой растровой карты составляют не более двух пикселей, например, для масштаба карт 1:250000 с разрешением 400 dpi это составляет 30 м на поверхности Земли, что не превышает ошибок самой растровой карты.When shooting the bottom topography with an echo sounder, the mean square error in determining the vertical speed of sound propagation should not exceed ± 7.5 m / s. Compliance with this requirement can be ensured if the speed of the vessel is determined with a mean square error not exceeding ± 0.037 m / s, what can be done if geodetic coordinates are determined with a mean square error not exceeding ± 7.8 m. Navigation systems installed on hydrographic vessels, in particular, combined Riemo-indicators of coastal satellite and radio navigation systems allow determining geodetic coordinates with an accuracy of ± 6.0 m, and when operating in differential mode with an accuracy of ± 3.0 m. When combining topographic and navigation raster maps when mapping the bottom relief, the errors of the resulting raster map are no more than two pixels, for example, for a map scale of 1: 250000 with a resolution of 400 dpi, this is 30 m on the surface of the Earth, which does not exceed the errors of the raster map itself.

Практическая реализация заявляемого способа и устройства для его осуществления технической сложности не представляет ввиду того, что для его реализации используются штатные измерительные средства, установленные на гидрографических судах, предназначенных для съемки рельефа дна.The practical implementation of the proposed method and device for its implementation does not present technical complexity in view of the fact that its implementation uses standard measuring instruments installed on hydrographic vessels intended for surveying the bottom topography.

Источники информацииInformation sources

1. Коломийчук Н.Д. Гидрография. Л., ГУНиО МО СССР, 1988, с.240-277.1. Kolomiychuk N.D. Hydrography. L., GUNiO of the Ministry of Defense of the USSR, 1988, p. 240-277.

2. Hare R. Depth and position error budgets for multibeam echosounding// International Hydrographic Review. 1995, v. LXXII, №2, p.37-69.2. Hare R. Depth and position error budgets for multibeam echosounding // International Hydrographic Review. 1995, v. LXXII, No. 2, p. 37-69.

Claims (2)

1. Способ съемки рельефа дна акватории эхолотом, установленным на судне, включающий излучение гидроакустических сигналов в направлении дна, прием отраженных от поверхности дна сигналов, измерение расстояний от приемоизлучающей антенны до дна, определение координат судна по внешним источникам информации, измерение бортовой, килевой и вертикальной качки, истинного курса и скорости судна, привязку результатов измерений по времени, определение истинных значений глубин с определением поправки за отклонение действительной скорости звука в воде от расчетной, картирование полученной информации с определением геодезических координат измеренных глубин, отличающийся тем, что при определении истинных глубин поправку за отклонение действительной скорости звука в воде от расчетной определяют в соответствии с зависимостью: ΔΖv=H(Cсро-1), где Н - глубина под килем (H=ΣCiti/2), Сср=Vс4fиcosαΔfд - средняя скорость распространения звука в воде, Со - скорость распространения звука в воде, на которую рассчитан эхолот, fи - частота излучения гидроакустического сигнала гидроакустическим доплеровским лагом, Δfд - доплеровский сдвиг частоты между излученным и отраженным гидроакустическими сигналами гидроакустического лага от морского дна, α - угол, образованный направлением излучения гидроакустического сигнала до поверхности дна и горизонтом, Vc - скорость судна, определенная по геодезическим координатам, Ci - скорость распространения звука в воде при измерении глубин эхолотом, ti - промежуток времени между излучением сигнала и приемом эхо-сигнала от дна, при картировании рельефа дна выполняют сопряжение топографических и навигационных растровых карт.1. The method of shooting the bottom topography of the water area with an echo sounder installed on the vessel, including emitting hydroacoustic signals in the direction of the bottom, receiving signals reflected from the bottom surface, measuring distances from the receiving-emitting antenna to the bottom, determining the coordinates of the vessel from external sources of information, measuring the side, keel and vertical pitching, the true heading and speed of the vessel, the binding of the measurement results over time, the determination of the true depths with the determination of the correction for the deviation of the actual speed of sound in water from the calculated one, mapping the obtained information with determining the geodetic coordinates of the measured depths, characterized in that when determining the true depths, the correction for the deviation of the actual speed of sound in water from the calculated one is determined in accordance with the dependence: ΔΖ v = H (C cf / C о -1 ), where H is the depth under the keel (H = ΣC i t i / 2), C av = V s 4f and cosαΔf d is the average speed of sound in water, C о is the speed of sound in water, for which the echo sounder is designed, f and - the frequency of the sonar signal hydroacoustic d the Opler lag, Δf d is the Doppler frequency shift between the emitted and reflected hydroacoustic signals of the hydroacoustic lag from the seabed, α is the angle formed by the direction of radiation of the hydroacoustic signal to the bottom surface and the horizon, V c is the speed of the vessel, determined by geodetic coordinates, C i - speed of sound in water at the measured depth sounder, t i - the time interval between the emission and the reception signal echo from the bottom, with the bottom topography mapping is performed pairing topographic and avigatsionnyh raster maps. 2. Устройство для осуществления способа, содержащее приемоизлучающую антенну, передающий блок, приемоизмерительный блок, блок управления и блок сбора, обработки информации и картирования рельефа дна акватории, в котором выход приемоизлучающей антенны подключен к входу приемоизмерительного блока, выход передающего блока соединен с приемоизлучающей антенной, выход приемоизмерительного блока подключен к входу блока сбора обработки информации и картирования рельефа дна акватории, вход которого соединен с выходом судовых измерителей составляющих качки, курса, скорости и координат, а блок управления соединен с передающим блоком, приемоизмерительным блоком и блоком сбора информации, обработки и картирования рельефа дна, отличающееся тем, что дополнительно введен блок определения средней скорости распространения звука в воде в направлении излучения гидроакустического сигнала, вход которого через блок управления соединен с выходом судового гидроакустического доплеровского измерителя скорости и выходом приемника радионавигационной или/и спутниковой навигационной системы, а выход соединен с входом блока сбора, обработки информации и картирования рельефа дна акватории.2. A device for implementing the method, comprising a transmitting antenna, a transmitting unit, a receiving unit, a control unit and a unit for collecting, processing information and mapping the topography of the bottom of the water area, in which the output of the receiving unit is connected to the input of the receiving unit, the output of the transmitting unit is connected to the receiving unit, the output of the receiving and measuring unit is connected to the input of the unit for collecting information processing and mapping the relief of the bottom of the water area, the input of which is connected to the output of the ship’s measuring instruments components, heading, speed and coordinates, and the control unit is connected to a transmitting unit, a receiving and measuring unit and a unit for collecting information, processing and mapping the bottom topography, characterized in that an additional unit for determining the average speed of sound propagation in water in the direction of emission of the hydroacoustic signal is introduced, the input of which through the control unit is connected to the output of the ship's sonar Doppler speed meter and the output of the radio navigation and / or satellite navigation system receiver emy, and an output connected to the input acquisition unit, the information processing and mapping bottom relief area.
RU2007116178/28A 2007-04-27 2007-04-27 Method of surveying bottom contour of water bodies and device to that end RU2340916C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2007116178/28A RU2340916C1 (en) 2007-04-27 2007-04-27 Method of surveying bottom contour of water bodies and device to that end

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2007116178/28A RU2340916C1 (en) 2007-04-27 2007-04-27 Method of surveying bottom contour of water bodies and device to that end

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2340916C1 true RU2340916C1 (en) 2008-12-10

Family

ID=40194460

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2007116178/28A RU2340916C1 (en) 2007-04-27 2007-04-27 Method of surveying bottom contour of water bodies and device to that end

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2340916C1 (en)

Cited By (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2461021C2 (en) * 2009-03-24 2012-09-10 Федеральное государственное унитарное предприятие "Государственный научно-исследовательский навигационно-гидрографический институт Министерства обороны Российской Федерации" (ФГУП "ГНИНГИ Минобороны России") Apparatus for determining corrections to depth measured by echo sounder when mapping bottom topography of water body
RU2461845C1 (en) * 2011-04-28 2012-09-20 Российская Федерация, От Имени Которой Выступает Министерство Промышленности И Торговли Российской Федерации Hydroacoustic system for imaging underwater space
RU2466426C1 (en) * 2011-06-09 2012-11-10 Сергей Петрович Алексеев Method of reconstructing sea-floor relief when measuring depth using hydroacoustic apparatus
RU2480790C1 (en) * 2011-11-14 2013-04-27 Юрий Николаевич Жуков Method of determining position of measured depths of sound signals
RU2487368C1 (en) * 2011-12-01 2013-07-10 Открытое акционерное общество "Государственный научно-исследовательский навигационно-гидрографический институт" (ОАО "ГНИНГИ") Method for stereophotography of bottom topography of water body and apparatus for realising said method
RU2529626C2 (en) * 2013-01-15 2014-09-27 Владимир Александрович Катенин Apparatus for determining corrections to depth measured by echo sounder when mapping bottom topography of water area
RU2541733C1 (en) * 2013-10-22 2015-02-20 Общество с ограниченной ответственностью "Морские Инновации" ООО "Морские Инновации" Parametric profile recorder
RU2665345C1 (en) * 2017-11-17 2018-08-29 Акционерное общество "Концерн "Центральный научно-исследовательский институт "Электроприбор" Vessel speed measuring method by the doppler log
RU2672464C1 (en) * 2017-10-13 2018-11-14 Акционерное общество "Концерн "Центральный научно-исследовательский институт "Электроприбор" Vessel speed measuring method by the doppler log
CN111561916A (en) * 2020-01-19 2020-08-21 自然资源部第二海洋研究所 Shallow sea water depth uncontrolled extraction method based on four-waveband multispectral remote sensing image
RU2757560C1 (en) * 2021-02-12 2021-10-18 Акционерное Общество "Концерн "Океанприбор" Method for surveying relief of bottom of water area

Cited By (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2461021C2 (en) * 2009-03-24 2012-09-10 Федеральное государственное унитарное предприятие "Государственный научно-исследовательский навигационно-гидрографический институт Министерства обороны Российской Федерации" (ФГУП "ГНИНГИ Минобороны России") Apparatus for determining corrections to depth measured by echo sounder when mapping bottom topography of water body
RU2461845C1 (en) * 2011-04-28 2012-09-20 Российская Федерация, От Имени Которой Выступает Министерство Промышленности И Торговли Российской Федерации Hydroacoustic system for imaging underwater space
RU2466426C1 (en) * 2011-06-09 2012-11-10 Сергей Петрович Алексеев Method of reconstructing sea-floor relief when measuring depth using hydroacoustic apparatus
RU2480790C1 (en) * 2011-11-14 2013-04-27 Юрий Николаевич Жуков Method of determining position of measured depths of sound signals
RU2487368C1 (en) * 2011-12-01 2013-07-10 Открытое акционерное общество "Государственный научно-исследовательский навигационно-гидрографический институт" (ОАО "ГНИНГИ") Method for stereophotography of bottom topography of water body and apparatus for realising said method
RU2529626C2 (en) * 2013-01-15 2014-09-27 Владимир Александрович Катенин Apparatus for determining corrections to depth measured by echo sounder when mapping bottom topography of water area
RU2541733C1 (en) * 2013-10-22 2015-02-20 Общество с ограниченной ответственностью "Морские Инновации" ООО "Морские Инновации" Parametric profile recorder
WO2015060749A1 (en) * 2013-10-22 2015-04-30 Общество с ограниченной ответственностью "Морские Инновации" Parametric profiler
RU2672464C1 (en) * 2017-10-13 2018-11-14 Акционерное общество "Концерн "Центральный научно-исследовательский институт "Электроприбор" Vessel speed measuring method by the doppler log
RU2665345C1 (en) * 2017-11-17 2018-08-29 Акционерное общество "Концерн "Центральный научно-исследовательский институт "Электроприбор" Vessel speed measuring method by the doppler log
CN111561916A (en) * 2020-01-19 2020-08-21 自然资源部第二海洋研究所 Shallow sea water depth uncontrolled extraction method based on four-waveband multispectral remote sensing image
CN111561916B (en) * 2020-01-19 2021-09-28 自然资源部第二海洋研究所 Shallow sea water depth uncontrolled extraction method based on four-waveband multispectral remote sensing image
RU2757560C1 (en) * 2021-02-12 2021-10-18 Акционерное Общество "Концерн "Океанприбор" Method for surveying relief of bottom of water area

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2340916C1 (en) Method of surveying bottom contour of water bodies and device to that end
RU2434246C1 (en) Method of surveying bottom topography of water bodies and apparatus for realising said method
EP0624253A1 (en) Feature location and display apparatus
RU2519269C1 (en) Method of surveying bottom topography of water area and apparatus therefor
RU2439614C2 (en) Method of surveying bottom topography of water body and apparatus for realising said method
Châtillon et al. SAMI: A low-frequency prototype for mapping and imaging of the seabed by means of synthetic aperture
NO334516B1 (en) Procedure for Determining Average Sound Speed in an Amount of Water
Grządziel et al. Estimation of effective swath width for dual-head multibeam echosounder
RU2272303C1 (en) Method for determining depths of body of water and device for realization of said method
US11802949B2 (en) Underwater information visualizing device
Violante Acoustic remote sensing for seabed archaeology
RU75060U1 (en) ACOUSTIC LOCATION SYSTEM OF NEAR ACTION
RU166051U1 (en) CORRELATION LAG
RU2529207C1 (en) Navigation system for towed underwater vehicle
RU100838U1 (en) DEVICE FOR DETERMINING THE PARAMETERS OF BODIES LOCATED AT THE BOTTOM OF THE RESERVOIRS
RU2712799C1 (en) Hydroacoustic navigation device with four-element short-base receiving antenna
Naik et al. Evolution of Sonar Survey Systems for Sea Floor Studies
RU98254U1 (en) MULTI-FREQUENCY CORRELATION HYDROACOUSTIC LAG
RU38233U1 (en) MARINE GEOACOUSTIC COMPLEX "MAK"
Talukdar et al. Digital processing of sidescan images from bottom backscatter data collected by sea beam
Riegl et al. Acoustic methods overview
Andrews et al. Swathmap: Long range sidescan sonar mapping of the deep seafloor
Karadeniz Kartal et al. Modeling and Analysis of Sea-Surface Vehicle System for Underwater Mapping Using Single-Beam Echosounder
Wu 2.1 Principle of Multi-beam Sounding Technology
JP2021196269A (en) Device and method for echo sounding