RU2529207C1 - Navigation system for towed underwater vehicle - Google Patents

Navigation system for towed underwater vehicle Download PDF

Info

Publication number
RU2529207C1
RU2529207C1 RU2013119137/07A RU2013119137A RU2529207C1 RU 2529207 C1 RU2529207 C1 RU 2529207C1 RU 2013119137/07 A RU2013119137/07 A RU 2013119137/07A RU 2013119137 A RU2013119137 A RU 2013119137A RU 2529207 C1 RU2529207 C1 RU 2529207C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
underwater
navigation
towed
coordinates
underwater vehicle
Prior art date
Application number
RU2013119137/07A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Владимир Ефремович Засенко
Александр Сергеевич Полетаев
Александр Геннадьевич Ченский
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Иркутский государственный технический университет" (ФГБОУ ВПО "ИрГТУ")
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 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Иркутский государственный технический университет" (ФГБОУ ВПО "ИрГТУ") filed Critical Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Иркутский государственный технический университет" (ФГБОУ ВПО "ИрГТУ")
Priority to RU2013119137/07A priority Critical patent/RU2529207C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2529207C1 publication Critical patent/RU2529207C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Measurement Of Velocity Or Position Using Acoustic Or Ultrasonic Waves (AREA)
  • Position Fixing By Use Of Radio Waves (AREA)

Abstract

FIELD: radio engineering, communication.
SUBSTANCE: navigation system for a towed underwater vehicle comprises, installed on a towing vessel, a GPS receiver, a control system, multibeam echo sounder, a shipborne sonar unit, an underwater navigation antenna and, installed on the towed underwater vehicle, side-scanning sonar, a control device and an underwater navigation transponder. Coordinates of the towed underwater vehicle relative to the position of the antenna of the GPS receiver on the towing vessel are determined by phase-based direction-finding. The control system then corrects coordinates of the towed underwater vehicle via cross-correlation processing of images of the bottom topography obtained using the side-scanning sonar and the multibeam echo sounder. The corrected coordinates of the towed underwater vehicle are converted to geographic coordinates.
EFFECT: reducing errors in determining coordinates of a towed underwater vehicle while simultaneously reducing labour costs when conducting underwater exploration.
5 dwg

Description

Изобретение относится к гидроакустическим навигационным системам, а именно к системам навигации подводных аппаратов относительно судна обеспечения, и может быть использовано для определения координат буксируемого подводного аппарата, осуществляющего гидролокацию рельефа дна.The invention relates to sonar navigation systems, and in particular to navigation systems for underwater vehicles relative to the support vessel, and can be used to determine the coordinates of a towed underwater vehicle performing sonar bottom relief.

Для изучения геоморфологического строения морского дна, например с целью выявления закономерностей распределения газовых гидратов в океанических отложениях, применяют буксируемые подводные аппараты (БПА), на которых установлено такое измерительное оборудование, как гидролокаторы бокового обзора (ГБО), ЛЧМ (линейно-частотная модуляция) профилографы и др. При этом возникает задача навигации подводного аппарата с целью приведения в однозначное соответствие объектов полученной карты дна с их точными географическими координатами.To study the geomorphological structure of the seabed, for example, to identify patterns of distribution of gas hydrates in oceanic sediments, towed underwater vehicles (BPA) are used, on which such measuring equipment as side-scan sonar (HBO), chirp (linear frequency modulation) profilographs are installed etc. In this case, the problem of navigating the underwater vehicle with the aim of bringing into unambiguous correspondence the objects of the obtained bottom map with their exact geographical coordinates arises.

Размещение измерительного оборудования на буксируемом подводном аппарате позволяет не только расширить зону проведения измерений (по сравнению со случаем, когда измерительное оборудование установлено на автономном подводном аппарате), но и повысить разрешение изображения дна (по сравнению со случаем, когда измерительное оборудование установлено на судне). Поскольку изображение дна строится относительно положения БПА, то необходимо создать систему определения географических координат БПА в режиме реального времени. Эта задача может быть решена с помощью различных гидроакустических навигационных систем.Placing the measuring equipment on a towed underwater vehicle allows not only to expand the measurement area (as compared with the case when the measuring equipment is installed on an autonomous underwater vehicle), but also to increase the resolution of the bottom image (compared to the case when the measuring equipment is installed on a ship). Since the bottom image is built relative to the position of the BPA, it is necessary to create a system for determining the geographic coordinates of the BPA in real time. This problem can be solved with the help of various sonar navigation systems.

Известна гидроакустическая синхронная дальномерная навигационная система дальнего действия [патент на изобретение RU №228914; МПК G01S 15/08, автор Касаткин Б.А.; опубликовано 10.12.2006], содержащая донную навигационную базу из М гидроакустических маяков-ответчиков с различными частотами ответа, в которой подводный объект генерирует акустические импульсы на частоте запроса, которые затем принимаются маяками-ответчиками и переизлучаются обратно на частоте ответа. Период времени между излучением импульса запроса и приемом переизлученного импульса для каждого маяка-ответчика определяется с помощью счетчиков. Пересчет полученных значений времени в дальность между маяками-ответчиками и подводным объектом осуществляет блок преобразования временных интервалов в дистанции, значения с выхода которого поступают на входы вычислителя координат объекта.Known sonar synchronous rangefinder long-range navigation system [patent for invention RU No. 228914; IPC G01S 15/08, author Kasatkin B.A .; published December 10, 2006] containing a bottom navigation base of M hydroacoustic responder beacons with different response frequencies, in which the underwater object generates acoustic pulses at the request frequency, which are then received by the responder beacons and re-emitted back at the response frequency. The time period between the emission of the request pulse and the reception of the re-emitted pulse for each transponder beacon is determined using counters. Recalculation of the obtained time values into the range between the transponder beacons and the underwater object is carried out by the unit for converting time intervals into distances, the output values of which are transmitted to the inputs of the object coordinate calculator.

Конструктивными признаками аналога, совпадающими с существенными признаками заявляемой системы, являются: подводный аппарат, координаты которого необходимо определить, антенны подводной навигации, гидроакустический приемопередатчик.The design features of the analogue, which coincide with the essential features of the claimed system, are: an underwater vehicle, the coordinates of which must be determined, antennas for underwater navigation, a sonar transceiver.

Однако известный аналог обладает рядом недостатков, главными из которых можно считать то, что необходимо иметь заранее оснащенный маяками-ответчиками участок акватории, на котором планируется проводить поисковые работы, при этом пространственные координаты маяков-ответчиков должны иметь точную привязку к местности, а на маяках-ответчиках и подводном объекте должны быть установлены высокоточные часы. Все это приводит к удорожанию разведочных работ и затягиванию сроков их проведения.However, the well-known analogue has a number of drawbacks, the main of which can be considered that it is necessary to have a section of the water area in advance equipped with respondent beacons, where it is planned to conduct exploratory work, while the spatial coordinates of the respondent beacons should be precisely linked to the terrain, and on beacons The defendants and the underwater object must have a precision watch. All this leads to a rise in the cost of exploration and delay the timing of their implementation.

Известна также система определения местоположения подводного аппарата [патент на изобретение RU №2062482; МПК G01S 15/06; авторы Черников В.Н., Котяшкин С.И.; опубликовано 20.06.1996]. В рассматриваемой системе определение координат подводного аппарата осуществляется за счет комплексного использования результатов измерений временных и фазовых характеристик сигналов, принимаемых системой антенн, установленной под днищем судна, в которой приемные элементы распределены на расстояниях кратных половине длины акустической волны.Also known is a system for determining the location of an underwater vehicle [patent for invention RU No. 2062482; IPC G01S 15/06; authors Chernikov V.N., Kotyashkin S.I .; published on June 20, 1996]. In the system under consideration, the coordinates of the underwater vehicle are determined through the integrated use of the measurement results of the time and phase characteristics of the signals received by the antenna system installed under the bottom of the vessel, in which the receiving elements are distributed at distances that are multiples of half the length of the acoustic wave.

Конструктивными признаками аналога, совпадающими с существенными признаками заявляемого устройства, являются: установленная на днище судна антенна подводной навигации, гидроакустический приемник и приемная антенна, установленные на подводном аппарате,The design features of the analogue, which coincide with the essential features of the claimed device, are: an underwater navigation antenna mounted on the bottom of the vessel, a sonar receiver and a receiving antenna mounted on the underwater vehicle,

Однако известный аналог обладает недостатками, главный из которых - низкие скорости передвижения судна и подводного аппарата, что не позволяет получить большую карту рельефа дна, ограничивает зону подводных наблюдений и увеличивает сроки проведения исследования заданного участка дна.However, the known analogue has drawbacks, the main of which is the low speed of the vessel and the underwater vehicle, which does not allow to obtain a large map of the bottom topography, limits the area of underwater observations and increases the timing of the study of a given section of the bottom.

Известна система определения координат подводных объектов [патент на изобретение RU №2004124358; МПК G01S 5/00; авторы Лисицын Е.Д., Кузмин Ю.И., Лейкин Ф.И.; опубликовано 27.01.2006], принятая за прототип и содержащая буксирующий объект, буксируемый подводный аппарат и буксируемую систему буев, в которой каждый буй снабжается Global Positioning System (GPS) приемником, высокостабильными синхронизированными по GPS часами, гидроакустической приемной системой, контроллером-измерителем временных интервалов. Все перечисленные объекты представлены в виде единой буксируемой системы, сохраняющей в постоянстве параметры длинной и короткой измерительных баз, а буксируемый объект снабжен высокостабильными часами и устройством определения глубины погружения буксируемого объекта.A known system for determining the coordinates of underwater objects [patent for the invention RU No. 2004124358; IPC G01S 5/00; authors Lisitsyn E.D., Kuzmin Yu.I., Leikin F.I .; published on January 27, 2006], adopted as a prototype and containing a towing object, a towed underwater vehicle and a towed buoy system, in which each buoy is equipped with a Global Positioning System (GPS) receiver, a highly stable GPS-synchronized clock, a hydroacoustic receiving system, and a time-measuring controller . All the listed objects are presented in the form of a single towed system, which keeps the parameters of the long and short measuring bases constant, and the towed object is equipped with a highly stable clock and a device for determining the immersion depth of the towed object.

Конструктивными признаками аналога, совпадающими с существенными признаками заявляемого устройства, принятого нами за прототип, являются наличие буксирующего судна и буксируемого подводного аппарата, координаты которого определяются относительно координат буксирующего судна, наличие GPS приемника, оснащение буксируемого аппарата системой гидроакустической навигации и устройством измерения глубины погружения буксируемого аппарата.The design features of the analogue, which coincide with the essential features of the claimed device, which we adopted as a prototype, are the presence of a towing vessel and a towed underwater vehicle, the coordinates of which are determined relative to the coordinates of the towing vessel, the presence of a GPS receiver, the equipment of the towed vehicle with a sonar navigation system and a device for measuring the immersion depth of the towed vehicle .

Однако известный аналог обладает недостатками, среди которых необходимо отметить сложность построения и настройки буксируемой системы буев, образующих измерительную базу системы навигации подводного аппарата. Каждый буй должен быть оснащен средствами определения собственных координат по спутниковым навигационным системам и высокоточной системой подводной навигации для определения координат подводного объекта.However, the known analogue has drawbacks, among which it is necessary to note the complexity of constructing and adjusting the towed system of buoys that form the measuring base of the navigation system of the underwater vehicle. Each buoy should be equipped with means for determining its own coordinates by satellite navigation systems and a high-precision underwater navigation system for determining the coordinates of an underwater object.

Недостатки прототипа устраняются заявляемой системой навигации буксируемого подводного аппарата.The disadvantages of the prototype are eliminated by the claimed navigation system towed underwater vehicle.

Техническим результатом изобретения является уменьшение погрешности определения координат буксируемого подводного аппарата с одновременным снижением трудозатрат при выполнении подводных исследовательских работ.The technical result of the invention is to reduce the error in determining the coordinates of the towed underwater vehicle while reducing labor costs when performing underwater research.

Технический результат достигается тем, что система навигации буксируемого подводного аппарата содержит установленные на буксирующем судне GPS приемник, систему управления, многолучевой эхолот (МЛЭ), набортный блок гидролокатора, антенну подводной навигации и установленные на буксируемом подводном аппарате (БПА) гидролокатор бокового обзора (ГБО), управляющее устройство и транспондер подводной навигации.The technical result is achieved by the fact that the navigation system of the towed underwater vehicle contains a GPS receiver installed on the towing vessel, a control system, a multi-beam echo sounder (MBE), an on-board sonar unit, an underwater navigation antenna and a side-scan sonar (HBO) installed on the towed underwater vehicle (BPA) , control device and transponder underwater navigation.

При этом GPS приемник подключен к первому порту системы управления, ко второму порту которой подключен многолучевой эхолот, а к третьему порту системы управления подключен первый порт набортного блока гидролокатора, второй порт которого подключен к антенне подводной навигации, при этом третий порт набортного блока гидролокатора соединен через кабель-трос с размещенным на подводном буксируемом аппарате управляющим устройством, соединенным с транспондером подводной навигации и гидролокатором бокового обзора.In this case, the GPS receiver is connected to the first port of the control system, to the second port of which a multipath echo sounder is connected, and to the third port of the control system the first port of the onboard sonar unit is connected, the second port of which is connected to the underwater navigation antenna, while the third port of the onboard sonar unit is connected through cable with a control device located on an underwater towed vehicle connected to an underwater navigation transponder and side-scan sonar.

Отличительными признаками, доказывающими новизну заявляемой системы навигации буксируемого подводного аппарата, являются те, что сначала определяются координаты БПА в системе (X, Y, Z), за начало отсчета которой выбрано место расположения антенны GPS приемника на буксирующем судне, путем фазовой пеленгации БПА с помощью набортного блока гидролокации, антенны подводной навигации и транспондера подводной навигации, а затем система управления производит корректировку полученных координат БПА путем цифровой обработки по стандартному кросскорреляционному алгоритму изображений рельефа дна, полученных с помощью гидролокатора бокового обзора и многолучевого эхолота. Скорректированные координаты БПА на основании данных GPS приемника пересчитываются в географические координаты.Distinctive features proving the novelty of the claimed navigation system for a towed underwater vehicle are those that first determine the coordinates of the PSU in the system (X, Y, Z), at the origin of which the location of the GPS antenna on the towing vessel was selected by phase direction finding of the PSU using on-board sonar unit, underwater navigation antenna and underwater navigation transponder, and then the control system corrects the received coordinates of the control panel by digital processing according to the standard cross the correlation algorithm for bottom topography images obtained using a side-scan sonar and a multi-beam echo sounder. The corrected coordinates of the BPA based on the GPS receiver data are converted into geographical coordinates.

Таким образом, из уровня техники не известно влияние признаков, сходных с отличительными признаками заявляемой системы навигации буксируемого подводного аппарата, на достижение заявляемого технического результата, а именно: уменьшение погрешности определения координат буксируемого подводного аппарата с одновременным снижением трудозатрат при выполнении подводных исследовательских работ.Thus, the prior art does not know the influence of features similar to the distinguishing features of the claimed navigation system for a towed underwater vehicle on the achievement of the claimed technical result, namely: reducing the error in determining the coordinates of a towed underwater vehicle while reducing labor costs when performing underwater research.

Получение нового технического результата при использовании новой совокупности отличительных признаков свидетельствует о соответствии заявляемого изобретения критерию «изобретательский уровень».Obtaining a new technical result when using a new set of distinctive features indicates the compliance of the claimed invention with the criterion of "inventive step".

Изобретение поясняется чертежами, гдеThe invention is illustrated by drawings, where

На фиг.1 показана структурная схема системы навигации буксируемого подводного аппарата.Figure 1 shows a structural diagram of a navigation system for a towed underwater vehicle.

На фиг.2 представлена иллюстрация метода определения координат буксируемого подводного аппарата в горизонтальной плоскости (вид сверху).Figure 2 presents an illustration of a method for determining the coordinates of a towed underwater vehicle in the horizontal plane (top view).

На фиг.3 приведена иллюстрация метода определения координат буксируемого подводного аппарата (БПА) в вертикальной плоскости (вид сбоку).Figure 3 shows an illustration of a method for determining the coordinates of a towed underwater vehicle (BPA) in a vertical plane (side view).

На фиг.4 изображена иллюстрация метода определения координат БПА в вертикальной плоскости с обозначенными углами, координатами и расстояниями, которые использованы в математических выражениях.Figure 4 shows an illustration of a method for determining the coordinates of a BPA in a vertical plane with the indicated angles, coordinates and distances, which are used in mathematical expressions.

На фиг.5 показана трехмерная иллюстрация метода определения координат расположения элементов системы навигации буксируемого подводного аппарата в системе координат X, Y, Z.Figure 5 shows a three-dimensional illustration of the method for determining the coordinates of the elements of the navigation system of the towed underwater vehicle in the coordinate system X, Y, Z.

На фигурах, поясняющих изобретение, введены следующие обозначения:In the figures illustrating the invention, the following notation is introduced:

1 - GPS (Global Positioning System) приемник;1 - GPS (Global Positioning System) receiver;

2 - система управления;2 - control system;

3 - многолучевой эхолот;3 - multi-beam echo sounder;

4 - набортный блок гидролокатора;4 - on-board sonar unit;

5 - антенна подводной навигации;5 - antenna underwater navigation;

6 - гидролокатор бокового обзора;6 - side-scan sonar;

7 - управляющее устройство;7 - control device;

8 - транспондер подводной навигации;8 - transponder underwater navigation;

9 - буксирующее судно;9 - towing vessel;

10 - кабель-трос;10 - cable cable;

11 - буксируемый подводный аппарат (БПА).11 - towed underwater vehicle (BPA).

12 - антенна транспондера подводной навигации;12 - transponder antenna for underwater navigation;

13 - антенна гидролокатора бокового обзора.13 - side-scan sonar antenna.

На фиг.1 показана структурная схема системы навигации буксируемого подводного аппарата.Figure 1 shows a structural diagram of a navigation system for a towed underwater vehicle.

Система навигации буксируемого подводного аппарата содержит установленные на буксирующем судне GPS приемник 1, систему управления 2, многолучевой эхолот 3, набортный блок гидролокатора 4, антенну подводной навигации 5 и буксируемый подводный аппарат, содержащий гидролокатор бокового обзора 6, управляющее устройство 7 и транспондер подводной навигации 8.The towed underwater vehicle navigation system comprises a GPS receiver 1 installed on the towing vessel, a control system 2, a multi-beam echo sounder 3, an on-board sonar unit 4, an underwater navigation antenna 5 and a towed underwater vehicle containing a side-scan sonar 6, a control device 7 and an underwater navigation transponder 8 .

GPS приемник 1 подключен к первому порту системы управления 2. При этом ко второму порту системы управления 2 подключен многолучевой эхолот 3, а к третьему порту системы управления 2 подключен первый порт набортного блока гидролокатора 4, второй порт которого подключен к антенне подводной навигации 5.The GPS receiver 1 is connected to the first port of the control system 2. At the same time, a multi-beam echo sounder 3 is connected to the second port of the control system 2, and the first port of the onboard sonar unit 4 is connected to the third port of the control system 2, the second port of which is connected to the underwater navigation antenna 5.

Кроме того, третий порт набортного блока гидролокатора 4 подключен через кабель-трос к управляющему устройству 7, соединенному с транспондером подводной навигации 8 и гидролокатором бокового обзора 6.In addition, the third port of the on-board sonar unit 4 is connected via a cable to a control device 7 connected to an underwater navigation transponder 8 and a side-scan sonar 6.

При этом расположение на буксирующем судне 9 антенны GPS приемника 1 (точка О на фиг.2, фиг.3, фиг.4 и фиг.5), многолучевого эхолота 3 и антенны подводной навигации 5 фиксировано, расстояния их взаимного положения измерены и заданы в базе данных системы управления 2.Moreover, the location on the towing vessel 9 of the GPS antenna of the receiver 1 (point O in FIG. 2, FIG. 3, FIG. 4 and FIG. 5), the multi-beam echo sounder 3 and the underwater navigation antenna 5 is fixed, the distances of their relative positions are measured and set in database management system 2.

Система навигации буксируемого подводного аппарата работает следующим образом.The navigation system towed underwater vehicle operates as follows.

GPS приемник 1 в режиме реального времени определяет координаты расположения GPS антенны, которые затем по цифровой шине передаются системе управления 2. Одновременно с этим многолучевой эхолот 3 осуществляет трехмерное сканирование дна узкими лучами фиксированной ширины и передает измеренные данные в систему управления 2, которая сопоставляет полученную многолучевым эхолотом 3 трехмерную карту расстояний до подводных объектов с координатами, полученных от GPS приемника 1.The GPS receiver 1 in real time determines the coordinates of the GPS antenna, which are then transmitted via a digital bus to the control system 2. At the same time, the multi-beam echo sounder 3 performs three-dimensional scanning of the bottom with narrow beams of a fixed width and transmits the measured data to the control system 2, which compares the received multi-beam with a fishfinder 3 a three-dimensional map of distances to underwater objects with coordinates received from GPS receiver 1.

Гидролокатор бокового обзора 6 осуществляет сканирование дна узким лучом, в результате чего получается детальная картина рельефа дна, объекты которой расположены относительно траектории движения БПА 11. Эти данные (карта дна), а также измеренная гидролокатором бокового обзора 6 величина заглубления БПА 11 и расстояние от БПА 11 до дна, передаются через управляющее устройство 7 по кабель-тросу 10 в набортный блок гидролокатора 4, который затем передает эти данные системе управления 2.A side-scan sonar 6 scans the bottom with a narrow beam, resulting in a detailed picture of the bottom topography, the objects of which are located relative to the path of the BPA 11. These data (bottom map), as well as the depth of the BPA 11 measured by the side-scan sonar 6 and the distance from the BPA 11 to the bottom, are transmitted through the control device 7 via a cable-cable 10 to the on-board sonar unit 4, which then transfers this data to the control system 2.

При этом для определения положения БПА 11 используется система подводной навигации, работающая по принципу фазовой пеленгации и включающая набортный блок гидролокатора 4, антенну подводной навигации 5 и транспондер подводной навигации 8. Набортный блок гидролокатора 4 через передающий гидрофон антенны подводной навигации 5 посылает сигнал запроса и одновременно и запускает имеющийся в его составе счетчик. Гидроакустический сигнал, излученный в ответ антенной транспондера подводной навигации 12, регистрируется двумя приемными гидрофонами антенны подводной навигации 5, которые расположены в горизонтальной плоскости.In this case, to determine the position of the control unit 11, an underwater navigation system is used that works on the principle of phase direction finding and includes an onboard sonar unit 4, an underwater navigation antenna 5 and an underwater navigation transponder 8. The onboard sonar unit 4 sends a request signal through the transmitting hydrophone of the underwater navigation antenna 5 and simultaneously and starts the counter available in its structure. The hydroacoustic signal emitted in response to the antenna of the underwater navigation transponder 12 is recorded by two receiving hydrophones of the underwater navigation antenna 5, which are located in a horizontal plane.

По разности фаз гидроакустического сигнала, зарегистрированного приемными гидрофонами антенны подводной навигации 5, набортный блок гидролокатора 4 определяет угол прихода сигнала в горизонтальной плоскости (угол α на фиг.5). Время возврата гидроакустического сигнала tз, измеренное счетчиком, а также величина угла α передаются в систему управления 2.According to the phase difference of the hydroacoustic signal recorded by the receiving hydrophones of the underwater navigation antenna 5, the on-board sonar unit 4 determines the angle of arrival of the signal in the horizontal plane (angle α in FIG. 5). The return time of the hydroacoustic signal t s, measured by the counter, as well as the value of the angle α are transmitted to the control system 2.

Система управления 2 производит вычисление координат БПА 11, обработку информации о рельефе дна, корректировку координат БПА 11 и записывает всю совокупность полученной информации в файл.The control system 2 performs the calculation of the coordinates of the BPA 11, the processing of information about the topography of the bottom, the adjustment of the coordinates of the BPA 11 and writes the entire set of information received to a file.

Для определения координат {x', y', z') БПА 11 система управления 2 выполняет следующие вычисления.To determine the coordinates {x ', y', z ') BPA 11 control system 2 performs the following calculations.

Скорость звука в воде определяется по формуле Лероя:The speed of sound in water is determined by the Leroy formula:

c ( T , S , z ) = 1492,9 + 3 ( T 10 ) 0,006 ( T 10 ) 2 0,04 ( T 18 ) 2 + + 1,2 ( S 35 ) 0,01 ( T 18 ) ( S 35 ) + z / 61, ( 1 )

Figure 00000001
c ( T , S , z ) = 1492.9 + 3 ( T - 10 ) - 0.006 ( T - 10 ) 2 - 0.04 ( T - eighteen ) 2 + + 1,2 ( S - 35 ) - 0.01 ( T - eighteen ) ( S - 35 ) + z / 61, ( one )
Figure 00000001

где c=c (T, S, z) - скорость звука в воде, м/с;where c = c (T, S, z) is the speed of sound in water, m / s;

T - температура воды, °C;T - water temperature, ° C;

S - соленость воды, %;S is the salinity of the water,%;

z - глубина, м.z - depth, m.

Среднее значение скорости звука в воде для глубины, на которую опустился БПА 11, определяется путем интегрирования выражения (1):The average value of the speed of sound in water for the depth to which BPA 11 has descended is determined by integrating expression (1):

c ¯ = 1 D d d D c ( T , S , z ) d z , ( 2 )

Figure 00000002
c ¯ = one D - d d D c ( T , S , z ) d z , ( 2 )
Figure 00000002

где c ¯

Figure 00000003
- средняя скорость звука в воде, м/с;Where c ¯
Figure 00000003
- the average speed of sound in water, m / s;

D - заглубление БПА 11, м;D - deepening of BPA 11, m;

d - заглубление антенны подводной навигации 5, м.d - deepening of the antenna of underwater navigation 5, m.

По измеренному времени распространения гидроакустического сигнала вычисляется расстояние L между антенной подводной навигации 5 и антенной транспондера подводной навигации 12:From the measured propagation time of the hydroacoustic signal, the distance L between the antenna of underwater navigation 5 and the antenna of the transponder of underwater navigation 12 is calculated:

L = 1 2 c ¯ t з , ( 3 )

Figure 00000004
L = one 2 c ¯ t s , ( 3 )
Figure 00000004

где L - расстояние между антенной подводной навигации 5 и антенной транспондера подводной навигации 12, м;where L is the distance between the antenna of underwater navigation 5 and the antenna of the transponder of underwater navigation 12, m;

c ¯

Figure 00000005
- средняя скорость звука в воде для заданного заглубления БПА 11, м/с; c ¯
Figure 00000005
- the average speed of sound in water for a given depth of BPA 11, m / s;

tз - время возврата гидроакустического сигнала, с.t s - the return time of the hydroacoustic signal, s.

За начало отсчета выбрано место расположения антенны GPS приемника 1 (точка О на фиг.4). Координата антенны гидролокатора бокового обзора 13 по оси Oz относительно выбранного начала отсчета определяется по формуле:For reference, the location of the antenna of the GPS receiver 1 (point O in figure 4) is selected. The coordinate of the side-scan sonar antenna 13 along the Oz axis relative to the selected reference point is determined by the formula:

z ' = z 0 d + D , ( 4 )

Figure 00000006
z '' = z 0 - d + D , ( four )
Figure 00000006

где z' - координата антенны гидролокатора бокового обзора 13 по оси Oz, м;where z 'is the coordinate of the side-scan sonar antenna 13 along the Oz axis, m;

z0 - координата антенны подводной навигации 5 по оси Oz, м;z 0 - coordinate of the antenna of underwater navigation 5 along the axis Oz, m;

d - заглубление антенны подводной навигации 5, м.d - deepening of the antenna of underwater navigation 5, m.

Угол прихода β гидроакустического сигнала на антенну подводной навигации 5 (показан фиг.5) в вертикальной плоскости равенThe angle of arrival β of the hydroacoustic signal to the underwater navigation antenna 5 (shown in FIG. 5) in the vertical plane is

β = arccos z ' z 0 L , ( 5 )

Figure 00000007
β = arccos z '' - z 0 L , ( 5 )
Figure 00000007

где β - угол прихода гидроакустического сигнала на антенну подводной навигации 5 в вертикальной плоскости относительно оси Oz, градусов.where β is the angle of arrival of the hydroacoustic signal to the antenna of underwater navigation 5 in a vertical plane relative to the axis Oz, degrees.

Координата антенны гидролокатора бокового обзора 13 по оси Оx относительно выбранного начала отсчета находится по формуле:The coordinate of the side-scan sonar antenna 13 along the Ox axis relative to the selected reference point is found by the formula:

x ' = x 1 + l = x 0 + L sin β cos α + l , ( 6 )

Figure 00000008
x '' = x one + l = x 0 + L sin β cos α + l , ( 6 )
Figure 00000008

где x' - координата антенны гидролокатора бокового обзора 13 по оси Оx, м;where x 'is the coordinate of the side-scan sonar antenna 13 along the Ox axis, m;

x1 - координата антенны транспондера подводной навигации 12 по оси Ох, м;x 1 - coordinate of the antenna of the transponder of underwater navigation 12 along the axis Ox, m;

l - расстояние между антенной транспондера подводной навигации 12 и антенной гидролокатора бокового обзора 13, м;l is the distance between the antenna of the transponder underwater navigation 12 and the antenna of the side-scan sonar 13, m;

x0 - координата антенны подводной навигации 5 по оси Ох, м;x 0 - coordinate of the antenna of underwater navigation 5 along the axis Oh, m;

α - угол прихода гидроакустического сигнала на антенну подводной навигации 5 в горизонтальной плоскости относительно оси Ох, градусы.α is the angle of arrival of the hydroacoustic signal to the antenna of underwater navigation 5 in the horizontal plane relative to the axis Ox, degrees.

Затем вычисляется координата антенны гидролокатора бокового обзора 13 по оси Оy относительно выбранного начала отсчета:Then, the coordinate of the side-scan sonar antenna 13 is calculated along the Oy axis relative to the selected reference point:

y ' = y 0 + L sin β cos α , ( 7 )

Figure 00000009
y '' = y 0 + L sin β cos α , ( 7 )
Figure 00000009

где y' - координата антенны гидролокатора бокового обзора 13 по оси Oy, м;where y 'is the coordinate of the side-scan sonar antenna 13 along the Oy axis, m;

y0 - координата антенны подводной навигации 5 по оси Oy, м.y 0 - coordinate of the antenna of underwater navigation 5 along the Oy axis, m

Для корректировки координат (x', y', z') подводного буксируемого аппарата система управления 2 по стандартному кросскорреляционному алгоритму (описанному, например, в [Токарев М.П. Адаптивные алгоритмы обработки изображений частиц для расчета мгновенных полей скорости / Токарев М.П., Маркович Д.М., Бильский А.В. // Вычислительные технологии. - 2007. - том 12. - №3. - С.109-131]) осуществляет цифровую обработку изображений рельефа дна, полученных с помощью гидролокатора бокового обзора 6 и многолучевого эхолота 3. Найденное смещение положения подводного объекта на карте дна, полученной гидролокатором бокового обзора 6, относительно положения того же самого подводного объекта на карте дна, полученной с помощью многолучевого эхолота 3, используется для уточнения координат БПА 11.To adjust the coordinates (x ', y', z ') of an underwater towed vehicle, the control system 2 according to the standard cross-correlation algorithm (described, for example, in [Tokarev MP Adaptive algorithms for processing particle images to calculate instantaneous velocity fields / Tokarev MP ., Markovich DM, Bilsky AV // Computational technologies. - 2007. - Volume 12. - No. 3. - P.109-131]) digitally processes images of the bottom topography obtained using a side-scan sonar. 6 and a multi-beam echo sounder 3. The found displacement of the position of the underwater volume that at the bottom of the map, the resulting side-scan sonar 6, relative to the position of the same object on the map of the underwater bottom, obtained by the multibeam 3 is used to refine the FHT 11 coordinates.

Полученные скорректированные координаты ( x ^ ' , y ^ ' , z ^ ' )

Figure 00000010
БПА 11 на основании данных GPS приемника пересчитываются в географические координаты (φ, λ, x ^ '
Figure 00000011
) где φ - географическая широта, градусов; λ - географическая долгота, градусов.Received adjusted coordinates ( x ^ '' , y ^ '' , z ^ '' )
Figure 00000010
BPA 11 on the basis of GPS receiver data are converted into geographical coordinates (φ, λ, x ^ ''
Figure 00000011
) where φ is the geographical latitude, degrees; λ - geographical longitude, degrees.

Таким образом, достигнута поставленная цель, а именно: уменьшение погрешности определения координат буксируемого подводного аппарата с одновременным снижением трудозатрат при выполнении подводных исследовательских работ. При этом точность координат расположения объектов на детальной карте рельефа дна, полученной с помощью БПА 11, повышается за счет коррекции координат ПБА 11 посредством кросскорреляционной обработки изображений дна, полученных с помощью МЛЭ 3 и ГБО 6.Thus, the goal has been achieved, namely: reducing the error in determining the coordinates of the towed underwater vehicle while reducing labor costs when performing underwater research. Moreover, the accuracy of the coordinates of the location of objects on a detailed map of the bottom topography obtained using the BPA 11 is improved by correcting the coordinates of the PBA 11 through cross-correlation processing of bottom images obtained using MBE 3 and HBO 6.

В качестве GPS приемника 1 может быть использован «NovAtel DL-V3», обладающий точностью определения координат до 10 см.As the GPS receiver 1, NovAtel DL-V3 can be used, which has a coordinate accuracy of up to 10 cm.

В качестве системы управления 2 может быть использовано оборудование National Instruments: корзина PXI-1062Q с контроллером PXIe-8133 и модулями расширения интерфейсов PXI-8432/4 и PXI-8234. Управляющая программа такой системы написана на языке Lab VIEW.As a control system 2, National Instruments equipment can be used: a PXI-1062Q basket with a PXIe-8133 controller and PXI-8432/4 and PXI-8234 interface expansion modules. The control program of such a system is written in the Lab VIEW language.

В качестве МЛЭ 3 может быть использован многолучевой эхолот «Корвет-МЛЭ-250» (ОАО концерн «Океанприбор»).As the MBE 3 can be used multi-beam echo sounder "Corvette-MLE-250" (JSC Concern "Okeanpribor").

В качестве БПА 11 может быть использован гидролокатор бокового обзора «СОНИК-ЗД» (ВНИИОкеангеология), у которого уже имеется свой набортный блок гидролокатора, управляющее устройство и опционально подключение антенны подводной навигации и транспондера подводной навигации.As a BPA 11, the SONIK-ZD side-scan sonar (VNIIOkeangeologiya) can be used, which already has its own on-board sonar unit, a control device and optionally an underwater navigation antenna and an underwater navigation transponder.

Claims (1)

Система навигации буксируемого подводного аппарата, содержащая буксирующее судно, буксируемый подводный аппарат, GPS приемник, систему гидроакустической навигации, отличающаяся тем, что GPS приемник размещен на буксирующем судне, на котором дополнительно установлены многолучевой эхолот, антенна подводной навигации, система управления, набортный блок гидролокатора, а буксируемый подводный аппарат содержит гидролокатор бокового обзора, управляющее устройство и транспондер подводной навигации, при этом GPS приемник подключен к первому порту системы управления, ко второму порту которой подключен многолучевой эхолот, а к третьему порту системы управления подключен первый порт набортного блока гидролокатора, второй порт которого подключен к антенне подводной навигации, а третий порт набортного блока гидролокатора соединен через кабель-трос с размещенным на подводном буксируемом аппарате управляющим устройством, соединенным с транспондером подводной навигации и гидролокатором бокового обзора. A towed underwater vehicle navigation system comprising a towing vessel, a towed underwater vehicle, a GPS receiver, a sonar navigation system, characterized in that the GPS receiver is located on a towing vessel, which additionally has a multi-beam echo sounder, underwater navigation antenna, control system, on-board sonar unit, and the towed underwater vehicle contains a side-scan sonar, a control device and a transponder for underwater navigation, while the GPS receiver is connected to the first the control system, to the second port of which a multipath echo sounder is connected, and the first port of the onboard sonar unit is connected to the third port of the control system, the second port of which is connected to the underwater navigation antenna, and the third port of the onboard sonar unit is connected via a cable-cable to the towed submarine apparatus by a control device connected to a transponder for underwater navigation and a side-scan sonar.
RU2013119137/07A 2013-04-24 2013-04-24 Navigation system for towed underwater vehicle RU2529207C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2013119137/07A RU2529207C1 (en) 2013-04-24 2013-04-24 Navigation system for towed underwater vehicle

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2013119137/07A RU2529207C1 (en) 2013-04-24 2013-04-24 Navigation system for towed underwater vehicle

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2529207C1 true RU2529207C1 (en) 2014-09-27

Family

ID=51656578

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2013119137/07A RU2529207C1 (en) 2013-04-24 2013-04-24 Navigation system for towed underwater vehicle

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2529207C1 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106526598A (en) * 2016-12-30 2017-03-22 上海达华测绘有限公司 Side-scan sonar underwater high-precision positioning system and method
WO2021191846A1 (en) * 2020-03-26 2021-09-30 Fugro N.V. Position correction using towed sensor

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5331602A (en) * 1993-04-26 1994-07-19 Hughes Aircraft Company Acoustic navigation and diving information system and method
JP2002250766A (en) * 2001-02-22 2002-09-06 Nec Corp Method and system for underwater towed body position measurement
RU2004124358A (en) * 2004-08-12 2006-01-27 Северное государственное федеральное унитарное научно-производственное предпри тие по морским геологоразведочным работам "СЕВМОРГЕО" (RU) SYSTEM FOR DETERMINING COORDINATES OF UNDERWATER OBJECTS
RU2390098C2 (en) * 2007-11-12 2010-05-20 Федеральное Государственное Унитарное Предприятие "Государственный Научно-Исследовательский Навигационно-Гидрографический Институт Министерства Обороны Российской Федерации" Coordinate-information support method for underwater mobile objects
RU2419574C1 (en) * 2010-04-19 2011-05-27 Сергей Яковлевич Суконкин Towed submarine apparatus
RU2426149C1 (en) * 2010-01-28 2011-08-10 Сергей Борисович Курсин Sonar location complex

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5331602A (en) * 1993-04-26 1994-07-19 Hughes Aircraft Company Acoustic navigation and diving information system and method
JP2002250766A (en) * 2001-02-22 2002-09-06 Nec Corp Method and system for underwater towed body position measurement
RU2004124358A (en) * 2004-08-12 2006-01-27 Северное государственное федеральное унитарное научно-производственное предпри тие по морским геологоразведочным работам "СЕВМОРГЕО" (RU) SYSTEM FOR DETERMINING COORDINATES OF UNDERWATER OBJECTS
RU2390098C2 (en) * 2007-11-12 2010-05-20 Федеральное Государственное Унитарное Предприятие "Государственный Научно-Исследовательский Навигационно-Гидрографический Институт Министерства Обороны Российской Федерации" Coordinate-information support method for underwater mobile objects
RU2426149C1 (en) * 2010-01-28 2011-08-10 Сергей Борисович Курсин Sonar location complex
RU2419574C1 (en) * 2010-04-19 2011-05-27 Сергей Яковлевич Суконкин Towed submarine apparatus

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106526598A (en) * 2016-12-30 2017-03-22 上海达华测绘有限公司 Side-scan sonar underwater high-precision positioning system and method
WO2021191846A1 (en) * 2020-03-26 2021-09-30 Fugro N.V. Position correction using towed sensor
US11668821B2 (en) * 2020-03-26 2023-06-06 Fugro N.V. Position correction using towed sensor

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6511108B2 (en) System and method for synthetic aperture sonar
Kussat et al. Absolute positioning of an autonomous underwater vehicle using GPS and acoustic measurements
WO2020005116A1 (en) Method for locating underwater objects
RU2340916C1 (en) Method of surveying bottom contour of water bodies and device to that end
WO2017044012A1 (en) Method for positioning underwater objects and system for the implementation thereof
CN110703203A (en) Underwater pulsed sound positioning system based on multi-acoustic wave glider
RU2434246C1 (en) Method of surveying bottom topography of water bodies and apparatus for realising said method
RU2563332C2 (en) Navigation method for autonomous unmanned underwater vehicle
RU2674404C1 (en) Method of navigation and positioning of underwater objects in deep-water channel at large distance and system for its implementation
RU2483326C2 (en) Hydroacoustic synchronous range-finding navigation system for positioning underwater objects in navigation field of randomly arranged hydroacoustic transponder beacons
US7362655B1 (en) Time-synchronous acoustic signal ranging system and method
RU2439614C2 (en) Method of surveying bottom topography of water body and apparatus for realising said method
AU2005268886B2 (en) Method for an antenna angular calibration by relative distance measuring
Châtillon et al. SAMI: A low-frequency prototype for mapping and imaging of the seabed by means of synthetic aperture
Hodgkiss et al. Direct measurement and matched-field inversion approaches to array shape estimation
RU2451300C1 (en) Hydroacoustic navigation system
Jalving et al. Terrain referenced navigation of AUVs and submarines using multibeam echo sounders
JP6207817B2 (en) Underwater position-related information acquisition system
USH1618H (en) Coherent arrays of drifting sonobuoys
RU2303275C2 (en) Method for determination of co-ordinates of submerged objects
CN112147578B (en) High-precision deep water transmitting array and multi-element vertical receiving array element positioning system and method
RU2529207C1 (en) Navigation system for towed underwater vehicle
RU2555479C2 (en) High-precision coordination of underwater complex for underwater navigation
Hagen et al. Low altitude AUV terrain navigation using an interferometric sidescan sonar
RU2691217C1 (en) Method of positioning underwater objects

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20180425