RU2629916C1 - Method and device for determining initial coordinates of independent unmanned underwater apparatus - Google Patents

Method and device for determining initial coordinates of independent unmanned underwater apparatus Download PDF

Info

Publication number
RU2629916C1
RU2629916C1 RU2016126371A RU2016126371A RU2629916C1 RU 2629916 C1 RU2629916 C1 RU 2629916C1 RU 2016126371 A RU2016126371 A RU 2016126371A RU 2016126371 A RU2016126371 A RU 2016126371A RU 2629916 C1 RU2629916 C1 RU 2629916C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
auv
antenna
sonar
gapi
anpa
Prior art date
Application number
RU2016126371A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Руслан Касымович Хаметов
Михаил Анатольевич Бородин
Original Assignee
Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство промышленности и торговли Российской Федерации (Минпромторг)
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 Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство промышленности и торговли Российской Федерации (Минпромторг) filed Critical Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство промышленности и торговли Российской Федерации (Минпромторг)
Priority to RU2016126371A priority Critical patent/RU2629916C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2629916C1 publication Critical patent/RU2629916C1/en

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S5/00—Position-fixing by co-ordinating two or more direction or position line determinations; Position-fixing by co-ordinating two or more distance determinations
    • G01S5/02—Position-fixing by co-ordinating two or more direction or position line determinations; Position-fixing by co-ordinating two or more distance determinations using radio waves

Landscapes

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

Abstract

FIELD: measuring equipment.
SUBSTANCE: method and device for determining the initial coordinates of an independent unmanned underwater apparatus (IUUA) is proposed. The device consists of a supply vessel, a remote-controlled unmanned underwater apparatus, an unoccupied unmanned underwater vehicle, a first radio receiving antenna, a first radio navigation receiver, a second radio receiving antenna, a second radio navigation receiver, a hydroacoustic antenna of the hydroacoustic navigation system from an ultrashort base (HANS-USB), HANS-USB apparatus, a first on-board calculator, a control system, a second on-board calculator, a hydroacoustic antenna of the first hydroacoustic information transmitting apparatus (HITA), a first HITA, a hydroacoustic beacon responder, a hydroacoustic antenna of the second HITA, a second HITA, a sector review sonar, a depth gauge, a Doppler hudroacoustic lag, a correction and control system.
EFFECT: conducting effective subglacial studies in high arctic latitudes by means of an independent unmanned underwater apparatus, reducing the error in estimating the initial coordinates of an independent unmanned underwater apparatus.
2 dwg

Description

Настоящее изобретение относится к области подводной навигации и может быть использовано для определения начальных координат автономного необитаемого подводного аппарата (АНПА) после отправки его с обеспечивающего судна (ОС) для выполнения заданной миссии подо льдами в высоких арктических широтах.The present invention relates to the field of underwater navigation and can be used to determine the initial coordinates of an autonomous uninhabited underwater vehicle (AUV) after sending it from a supply vessel (OS) to perform a given mission under the ice in high Arctic latitudes.

После погружения на заданную глубину АНПА необходимо выйти в заданную точку пространства и приступить к выполнению миссии, для этого требуется определить начальные координаты АНПА (начальное местоположение АНПА в водной среде после погружения).After diving to a predetermined depth of the AUV, it is necessary to go to a given point in space and proceed with the mission, for this it is necessary to determine the initial coordinates of the AUV (the initial location of the AUV in the aquatic environment after immersion).

Определение начальных координат АНПА является важным аспектом выполнения миссии, поскольку в последующем координирование АНПА осуществляется бортовой системой счисления пути, требующей периодической коррекции вычисляемых координат.The determination of the initial coordinates of the AUV is an important aspect of the fulfillment of the mission, since the subsequent coordination of the AUV is carried out by the airborne number system, requiring periodic correction of the calculated coordinates.

Для выполнения коррекции используют данные от гидроакустических навигационных систем (ГАНС), однако выполнение процедуры коррекции позволяет устранить лишь часть ошибки, что приводит к ее накоплению.To perform the correction, data from sonar navigation systems (HANS) are used, however, the correction procedure allows you to eliminate only part of the error, which leads to its accumulation.

В случае большой погрешности определения начальных координат АНПА, с учетом накапливающейся ошибки, обусловленной работой бортовой системы счисления, АНПА отклоняется от намеченного маршрута движения, в результате возникают трудности с возвращением АНПА на ОС, а также возможны пропуски при обследовании донной поверхности.In the case of a large error in determining the initial coordinates of the AUV, taking into account the accumulating error due to the operation of the on-board number system, the AUV deviates from the intended route of movement, as a result, difficulties arise with the return of the AUV to the OS, and there may be omissions when examining the bottom surface.

Известен способ подледной навигации АНПА, в котором координаты АНПА (в том числе и начальные) определяют с помощью размещенной на его борту ГАНС с ультракороткой базой (ГАНС-УКБ) путем измерения дальности и пеленга до гидроакустического маяка (ГМ), географические координаты которого известны (Арктические подводные операции / Под ред. Л. Рея: Пер с англ. - Л.: Судостроение, 1989. - С. 263-264). ГМ размещают стационарно на дне или подвешивают через прорубь во льду.There is a known method of under ice navigation AUV, in which the coordinates of the AUV (including the initial ones) are determined using the HANS with an ultrashort base (HANS-UKB) located on its board by measuring the distance and bearing to the sonar beacon (GM), the geographical coordinates of which are known ( Arctic underwater operations / Edited by L. Rey: Translated from English - L .: Shipbuilding, 1989. - S. 263-264). GM is placed stationary at the bottom or suspended through an ice hole in ice.

К недостаткам данного способа-аналога относят зависимость ошибки определения местоположения ГАНС-УКБ от дальности, в результате при дальности более 1 км точность определения местоположения становится недостаточной для решения задачи координирования АНПА. Кроме того, для определения пеленга ГАНС-УКБ оснащается магнитным датчиком курса, имеющего значительную погрешность в высоких арктических широтах.The disadvantages of this analogue method include the dependence of the error in determining the location of the HANS-UKB from the range, as a result, with a range of more than 1 km, the accuracy of determining the location becomes insufficient to solve the coordination problem of the AUV. In addition, to determine the bearing, HANS-UKB is equipped with a magnetic heading sensor, which has a significant error in high Arctic latitudes.

Кроме того, необходимость учета дрейфа ледового поля, на которое устанавливают ГМ, а также отсутствие возможности оперативно менять положение ГМ при обследовании больших акваторий, ограничивают использование указанного способа.In addition, the need to take into account the drift of the ice field on which the GM is installed, as well as the inability to quickly change the position of the GM when examining large water areas, limit the use of this method.

Известен способ подводной навигации АНПА (Щербатюк А.Ф., Дубровин Ф.С. Алгоритмы определения местоположения АНПА на основе информации о дальности до одного мобильного гидроакустического маяка // Информационно-измерительные и управляющие системы. - 2012. - №9. - С. 26-39), в котором координаты АНПА (в том числе и начальные) определяют с помощью ГАНС-УКБ путем измерения дальности и пеленга до ГМ, который перемещают за ОС, по траектории, обеспечивающей минимизацию ошибки оценивания местоположения АНПА.A known method of underwater navigation of the AUV (Scherbatyuk A.F., Dubrovin F.S. Algorithms for determining the location of the AUV on the basis of information about the distance to one mobile sonar beacon // Information-measuring and control systems. - 2012. - No. 9. - C. 26-39), in which the coordinates of the AUV (including the initial ones) are determined using the HANS-UKB by measuring the distance and the bearing to the GM, which is moved behind the OS, along a path that minimizes the error in estimating the location of the AUV.

К недостаткам данного способа следует отнести использование магнитного датчика курса, а также ограниченные маневренные возможности ОС и буксируемого ГМ, что снижает точность определения координат АНПА.The disadvantages of this method include the use of a magnetic heading sensor, as well as the limited maneuverability of the OS and the towed GM, which reduces the accuracy of determining the coordinates of the AUV.

Наиболее близким аналогом к предлагаемому способу является способ подводной навигации АНПА (патент на изобретение РФ №2555479 «Способ высокоточного координирования подводного комплекса в условиях подледного плавания»), в котором: в качестве гидроакустического маяка ГМ используют телеуправляемый необитаемый подводный аппарат (ТНПА), снабженный гидроакустическим маяком-ответчиком (ГМО) и управляемый с обеспечивающего судна (ОС) по кабелю, в водную среду излучают пакет навигационных данных о горизонтальных координатах и глубине нахождения ГМ в локальной системе координат (ЛСК) 0XYZ первой гидроакустической аппаратурой передачи информации (ГАПИ), размещенной на ТНПА, прием данных от ГМ осуществляют второй ГАПИ, размещенной на АНПА, измеряют глубину движения аппарата ZАНПА(tk) в ЛСК с помощью датчика глубины и модуль вектора скорости его движения VАНПА(tk) к моменту времени с помощью доплеровского гидроакустического лага, последовательно принимают акустические импульсы гидроакустической навигационной системой с ультракороткой базой (ГАНС-УКБ), размещенной на ОС, и определяют наклонную дальность от ГМО до фазового центра антенны ГАНС-УКБ и курсовой угол между носовой частью строительной оси ОС и направлением на ГМО, определяют географические координаты ОС первым и вторым радионавигационными приемниками GPS/ГЛОНАСС, которым снабжено ОС, приемные антенны которых размещены вдоль строительной оси ОС в носовой и кормовой части, соответственно, пересчитывают географические координаты ОС в ЛСК, рассчитывают координаты ГМ в ЛСК, после чего производят коррекцию координат АНПА системой коррекции координат, размещенной на АНПА, с помощью которой оценивают горизонтальные координаты АНПА в ЛСК.The closest analogue to the proposed method is the underwater navigation method of AUV (patent for the invention of the Russian Federation No. 2555479 "Method for high-precision coordination of the underwater complex in ice-swimming conditions"), in which: as a hydroacoustic beacon GM use a telecontrolled uninhabited underwater vehicle (TNPA) equipped with hydroacoustic beacon-transponder (GMO) and controlled from a supply vessel (OS) by cable, a packet of navigation data about horizontal coordinates and depth is emitted into the water environment GM in a local coordinate system (LCS) 0XYZ first sonar information transmission apparatus (GAPI) arranged on the ROV, the reception of data, the GM performed second GAPI placed on AUV measured Z AUV (t k) unit movement depth LCS via depth sensor and the magnitude of its velocity V AUV (t k) to the time by using the Doppler sonar lag sequentially receiving acoustic pulses sonar navigation system with ultrashort base (HANS-UCB) arranged on the OS and determines t the inclined range from the GMO to the phase center of the GANS-UKB antenna and the heading angle between the bow of the OS construction axis and the direction to the GMO, determine the geographic coordinates of the OS by the first and second GPS / GLONASS radio navigation receivers, which the OS is equipped with, the receiving antennas of which are placed along the construction axis OS in the bow and stern, respectively, recalculate the geographical coordinates of the OS in the LSC, calculate the coordinates of the GM in the LSC, and then correct the coordinates of the AUV by the coordinate correction system, placed AUV, using which the horizontal coordinates of AUV in LSC are estimated.

Из описания способа-прототипа следует, что этот способ реализован системой, включающей в себя обеспечивающее судно (ОС), на котором установлены первая радиоприемная антенна, первый радионавигационный приемник, вторая радиоприемная антенна, второй радионавигационный приемник, гидроакустическая антенна ГАНС-УКБ, аппаратура ГАНС-УКБ, первый бортовой вычислитель, система управления, также содержащей телеуправляемый необитаемый подводный аппарат (ТНПА), включающий второй бортовой вычислитель, первую ГАПИ, гидроакустическую антенну первой ГАПИ, гидроакустический маяк-ответчик, также содержащей автономный необитаемый подводный аппарат (АНПА), включающий вторую ГАПИ, гидроакустическую антенну второй ГАПИ, датчик глубины, доплеровский гидроакустический лаг, систему коррекции и управления.It follows from the description of the prototype method that this method is implemented by a system including a supporting vessel (OS), on which a first radio receiving antenna, a first radio navigation receiver, a second radio receiving antenna, a second radio navigation receiver, a GANS-UKB hydroacoustic antenna, GANS- equipment are installed UKB, the first on-board computer, a control system also containing a telecontrolled uninhabited underwater vehicle (TNPA), including a second on-board computer, the first GAPI, the hydroacoustic antenna of the first GAPI, a hydroacoustic beacon-transponder, also containing an autonomous uninhabited underwater vehicle (AUV), including a second GAPI, a hydroacoustic antenna of the second GAPI, a depth sensor, a Doppler sonar log, correction and control system.

Существенным недостатком способа-прототипа и реализующей его системы является использование слабонаправленных гидроакустических приемоизлучающих антенн в первой и второй ГАПИ для определения наклонной дальности между АНПА и ТИПА за счет измерения времени распространения навигационного пакета. В результате при работе АНПА и ТНПА вблизи границ раздела сред («лед-вода», «воздух-вода», «вода-дно») возникают переотражения, приводящие к аномальным ошибкам при оценке координат АНПА в ЛСК, также снижается дальность действия канала ГАПИ, поскольку передаваемый сигнал излучается слабонаправленной антенной в значительную часть окружающего ТИПА пространство.A significant disadvantage of the prototype method and its implementing system is the use of weakly directed hydroacoustic receiving-emitting antennas in the first and second GAPI to determine the slant range between the AUV and TIPA by measuring the propagation time of the navigation package. As a result, during the operation of AUV and TNLA near the interface between the media (“ice-water”, “air-water”, “water-bottom”), re-reflections occur, leading to anomalous errors in estimating the coordinates of the AUV in LSC, and the range of the GAPI channel is also reduced , since the transmitted signal is emitted by a weakly directed antenna into a significant part of the surrounding TYPE space.

Кроме того, неучет рефракции акустических волн в воде приводит возрастанию погрешности при оценке наклонной дальности от АНПА до ГМ.In addition, the neglect of refraction of acoustic waves in water leads to an increase in the error in estimating the slant range from AUV to GM.

К недостаткам также можно отнести отсутствие учета расположения зон акустической освещенности в водной среде при координировании АНПА, что может привести к невозможности координирования из-за отсутствия акустического контакта между первой и второй ГАПИ.The disadvantages also include the lack of consideration of the location of the zones of acoustic illumination in the aquatic environment during the coordination of AUV, which may lead to the impossibility of coordination due to the lack of acoustic contact between the first and second GAIP.

Задача изобретения состоит в обеспечении проведения эффективных подледных исследований в высоких арктических широтах с помощью АНПА.The objective of the invention is to provide effective under-ice research in high Arctic latitudes using AUV.

Технический результат заключается в уменьшении погрешности оценки начальных координат АНПА.The technical result consists in reducing the error in estimating the initial coordinates of the AUV.

Для обеспечения указанного технического результата в способ подводной навигации АНПА, в котором в качестве гидроакустического маяка ГМ используют телеуправляемый необитаемый подводный аппарат (ТНПА), снабженный гидроакустическим маяком-ответчиком (ГМО) и управляемый с обеспечивающего судна (ОС) по кабелю, в водную среду излучают пакет навигационных данных о горизонтальных координатах и глубине нахождения ГМ в локальной системе координат (ЛСК) 0XYZ первой гидроакустической аппаратурой передачи информации (ГАПИ), размещенной на ТНПА, прием данных от ГМ осуществляют второй ГАПИ, размещенной на АНПА, измеряют глубину движения аппарата ZАНПА(tk) в ЛСК с помощью датчика глубины и модуль вектора скорости его движения VАНПА(tk) к моменту времени tk с помощью доплеровского гидроакустического лага, последовательно принимают акустические импульсы гидроакустической навигационной системой с ультракороткой базой (ГАНС-УКБ), размещенной на ОС, и определяют наклонную дальность от ГМО до фазового центра антенны ГАНС-УКБ и курсовой угол между носовой частью строительной оси ОС и направлением на ГМО, определяют географические координаты ОС первым и вторым радионавигационными приемниками GPS/ГЛОНАСС, которым снабжено ОС, приемные антенны которых размещены вдоль строительной оси ОС в носовой и кормовой части, соответственно, пересчитывают географические координаты ОС в ЛСК, рассчитывают координаты ГМ в ЛСК, после чего производят коррекцию координат АНПА системой коррекции координат, размещенной на АНПА, с помощью которой оценивают горизонтальные координаты АНПА в ЛСК, введены новые признаки, а именно: сканируют пространство в вертикальной плоскости посредством размещенного на носовой части АНПА гидролокатора секторного обзора (ГСО), антенны которого обеспечивают направленное излучение и прием сигналов в пределах сектора обзора, до момента погружения АНПА рассчитывают зоны акустической освещенности исходя из отстояний ГМ и АНПА от поверхности дна, после погружения на заданную глубину оценивают с помощью ГСО наклонную дальность RАНПА(tk) и направление на ГМ αАНПА(tk) в горизонтальной плоскости, сравнивают значение наклонной дальности RАНПА(tk) с порогом R0, если RАНПА(tk)≤R0, то производят расчет начальных координат АНПА в ЛСК по формулам:To ensure the specified technical result, the AUV underwater navigation method, in which the GM uses a remote-controlled underwater vehicle as a sonar beacon, equipped with a sonar transponder beacon (GMO) and controlled by cable from the supporting vessel (OS), is emitted into the water a package of navigation data on the horizontal coordinates and the depth of the GM in the local coordinate system (LSC) 0XYZ by the first hydroacoustic equipment for transmitting information (GAPI), located at the TNLA, receiving m of data from the GM carry out the second GAIP located on the AUV, measure the depth of movement of the device Z AUV (t k ) in the LSK using a depth sensor and the module of the velocity vector of its movement V AUU (t k ) at time t k using a Doppler sonar lag Acoustic pulses are sequentially received by the hydroacoustic navigation system with an ultrashort base (HANS-UKB) located on the OS, and the oblique distance from the GMO to the phase center of the HANS-UKB antenna and the heading angle between the bow of the OS construction axis and direction are determined GMO location, determine the geographical coordinates of the OS by the first and second GPS / GLONASS radio navigation receivers, which are equipped with the OS, the receiving antennas of which are located along the construction axis of the OS in the bow and stern, respectively, recalculate the geographical coordinates of the OS in the LSC, calculate the coordinates of the GM in the LSC, after which the coordinates of the AUV are adjusted by the coordinate correction system located on the AUV, with the help of which the horizontal coordinates of the AUV are evaluated in LSC, new features are introduced, namely: In the vertical plane, by means of a sector-based sonar (GSO) located on the bow of the AUV, the antennas of which provide directional radiation and reception of signals within the field of view, until the moment the AUV dives, the acoustic illumination zones are calculated based on the distance between the GM and AUV from the bottom surface, after immersion to a predetermined depth measured using GSO AUV slant range R (t k) and the direction of the AUV GM α (t k) in the horizontal plane, the value is compared AUV slant range R (t k) with pore gom R 0 if R AUV (t k) ≤R 0, the calculation produce AUV initial coordinates in the formulas LCS:

Figure 00000001
Figure 00000001

Figure 00000002
Figure 00000002

Figure 00000003
Figure 00000003

где XГМ(tk), YГМ(tk), ZГМ(tk) - координаты ГМ в ЛСК в момент времени tk,where X GM (t k ), Y GM (t k ), Z GM (t k ) - coordinates of the GM in the LSC at time t k ,

если RАНПА(tk)>R0, то выдают команду движителям АНПА пройти расстояние (RАНПА(tk)-R0) в направлении αАНПА(tk) на ТНПА, после прохождения АНПА заданного расстояния с помощью ГСО оценивают наклонную дальность RАНПА(tk+Δt) и направление на ТНПА αАНПА(tk+Δt) в горизонтальной плоскости, где Δt - временной интервал прохождения расстояния (RАНПА(tk)-R0) повторяют процедуру расчета координат ГМ в ЛСК для момента времени tk+Δt, для чего рассчитывают начальные координаты АНПА в ЛСК по формулам:if R ANPA (t k )> R 0 , then give the command to the ANPA drivers to go the distance (R ANPA (t k ) -R 0 ) in the direction α of the ANPA (t k ) to the TNPA, after passing the ANPA of the given distance using the GSO, evaluate the inclined the range R ANPA (t k + Δt) and the direction to TNLA α ANPA (t k + Δt) in the horizontal plane, where Δt is the time interval for passing the distance (R ANPA (t k ) -R 0 ) repeat the procedure for calculating the coordinates of the GM in LSC for a moment of time t k + Δt, for which the initial coordinates of the AUV in LSC are calculated by the formulas:

Figure 00000004
Figure 00000004

Figure 00000005
Figure 00000005

Figure 00000006
Figure 00000006

где XГМ(tk+Δt), YГМ(tk+Δt), ZГМ(tk+Δt) - координаты ГМ в ЛСК в момент времени tk+Δt.where X GM (t k + Δt), Y GM (t k + Δt), Z GM (t k + Δt) are the coordinates of the GM in the LSC at the time t k + Δt.

Технический результат достигается также с помощью устройства, содержащего обеспечивающее судно (ОС), телеуправляемый необитаемый подводный аппарат (ТНПА), автономный необитаемый подводный аппарат (АНПА), первую радиоприемную антенну, первый радионавигационный приемник, вторую радиоприемную антенну, второй радионавигационный приемник, гидроакустическую антенну ГАНС-УКБ, аппаратуру ГАНС-УКБ, первый бортовой вычислитель, систему управления, второй бортовой вычислитель, гидроакустическую антенну первой гидроакустической аппаратуры передачи информации (ГАПИ), первую ГАПИ, гидроакустический маяк-ответчик, гидроакустическую антенну второй ГАПИ, вторую ГАПИ, гидролокатор секторного обзора (ГСО), датчик глубины, доплеровский гидроакустический лаг, систему коррекции и управления, при этом обеспечивающее судно содержит первую радиоприемную антенну, первый радионавигационный приемник, вторую радиоприемную антенну, второй радионавигационный приемник, гидроакустическую антенну гидроакустической навигационной системы с ультракороткой базой (ГАНС-УКБ), аппаратуру ГАНС-УКБ, первый бортовой вычислитель, систему управления, ТНПА содержит второй бортовой вычислитель, гидроакустическую антенну первой ГАПИ, первую ГАПИ, гидроакустический маяк-ответчик, АНПА содержит гидроакустическую антенну второй ГАПИ, вторую ГАПИ, гидролокатор секторного обзора, датчик глубины, доплеровский гидроакустический лаг, систему коррекции и управления, выход первой радиоприемной антенны соединен с входом первого радионавигационного приемника, выход второй радиоприемной антенны соединен с входом второго радионавигационного приемника, выход гидроакустической антенны ГАНС-УКБ соединен с входом аппаратуры ГАНС-УКБ, выходы первого и второго радионавигационных приемников соединены с первым и вторым входами первого бортового вычислителя соответственно, выход аппаратуры ГАНС-УКБ соединен с третьим входом первого бортового вычислителя, выход первого бортового вычислителя соединен с входом системы управления, система управления имеет двухстороннюю связь вторым бортовым вычислителем через его первый вход, выход гидроакустической антенны первой ГАПИ соединен с входом первой ГАПИ, первая ГАПИ имеет двухстороннюю связь со вторым бортовым вычислителем через его второй вход, гидроакустический маяк-ответчик имеет двухстороннюю связь с вторым вычислителем через его третий вход, выход гидроакустической антенны второй ГАПИ соединен с входом второй ГАПИ, выход которой соединен с первым входом системы коррекции и управления, выходы гидролокатора секторного обзора, датчика глубины и доплеровского гидроакустического лага соответственно соединены со вторым, третьим и четверым входами системы коррекции и управления.The technical result is also achieved using a device containing a supporting vessel (OS), remote-controlled uninhabited underwater vehicle (TNPA), autonomous uninhabited underwater vehicle (ANPA), first radio receiving antenna, first radio navigation receiver, second radio receiving antenna, second radio navigation receiver, GANS sonar antenna -UKB, HANS-UKB equipment, first airborne computer, control system, second airborne computer, sonar antenna of the first sonar equipment information transmitters (GAPI), the first GAPI, a sonar beacon responder, a sonar antenna of the second GAPI, a second GAPI, a sector survey sonar (GSO), a depth sensor, a Doppler sonar log, a correction and control system, while the providing vessel contains the first radio receiving antenna, the first radio navigation receiver, the second radio receiving antenna, the second radio navigation receiver, the hydroacoustic antenna of the hydroacoustic navigation system with ultra-short base (HANS-UKB), HANS-UKB equipment, p first on-board computer, control system, TNPA contains a second on-board computer, sonar antenna of the first GAPI, first GAPI, sonar beacon-transponder, AUV contains a sonar antenna of the second GAPI, second GAPI, sonar sector review, depth sensor, Doppler sonar log, correction system and control, the output of the first radio antenna is connected to the input of the first radio navigation receiver, the output of the second radio antenna is connected to the input of the second radio navigation receiver the output of the GANS-UKB hydroacoustic antenna is connected to the input of the GANS-UKB equipment, the outputs of the first and second radio navigation receivers are connected to the first and second inputs of the first on-board computer, respectively, the output of the GANS-UKB equipment is connected to the third input of the first on-board computer, the output of the first on-board computer connected to the input of the control system, the control system has two-way communication with the second on-board computer through its first input, the output of the hydroacoustic antenna of the first GAPI is connected to the input ohm of the first GAPI, the first GAPI has two-way communication with the second on-board computer through its second input, the sonar beacon-transponder has two-way communication with the second computer through its third input, the output of the hydroacoustic antenna of the second GAPI is connected to the input of the second GAPI, the output of which is connected to the first input correction and control systems, the outputs of the sector survey sonar, the depth sensor and the Doppler sonar log are respectively connected to the second, third and fourth inputs of the correction system and a systematic way.

Новыми существенными признаками в заявленном устройстве являются гидролокатор секторного обзора, размещенный в носовой части АНПА и его связь со вторым входом системы управления и коррекции.New significant features in the claimed device are sector-based sonar located in the bow of the AUV and its connection with the second input of the control and correction system.

Таким образом, использование ГСО, антенны которого обеспечивают направленное излучение и прием сигналов в пределах сектора обзора, для оценки дальности от АНПА до ГМ и направления на ГМ позволяет производить селекцию переотражений от границ раздела, а также сближаться АНПА с ГМ, при необходимости, что в совокупности с учетом зон акустической освещенности для обеспечения работы ГМ и АНПА позволяет минимизировать погрешность оценки координат АНПА в ЛСК.Thus, the use of GSO, the antennas of which provide directional emission and reception of signals within the field of view, to estimate the distance from the AUV to the GM and the direction to the GM, allows the selection of rereflections from the interfaces, as well as the AUV approaching the GM, if necessary, which Together, taking into account the zones of acoustic illumination to ensure the operation of GM and AUV, it allows minimizing the error in estimating the coordinates of AUV in LSC.

Поясним достижение технического результата.Let us explain the achievement of the technical result.

Погрешность оценки координат (в том числе и начальных) АНПА в ЛСК складывается из погрешности оценки координат ГМ в ЛСК и погрешности оценки наклонной дальности RАНПА(tk) от АНПА до ГМ и углового направления αАНПА(tk) от АНПА на ГМ в горизонтальной плоскости.The error in estimating the coordinates (including the initial ones) of the AUV in LFV is the sum of the error in estimating the coordinates of the GM in the LFV and the error in estimating the slant range R of the AUV (t k ) from the AUV to the GM and the angular direction α of the AUV (t k ) from the AUV to the GM in horizontal plane.

Погрешность оценки наклонной дальности от АНПА до ГМ складывается из инструментальной и методической погрешностей.The error in estimating the slant range from AUV to GM consists of instrumental and methodological errors.

Использование слабонаправленных гидроакустических антенн в системах ГАНС-УКБ обуславливает многолучевое распространение акустических сигналов в водной среде, выражающееся в переотражениях от границ раздела сред («лед-вода», «воздух-вода», «вода-дно»), в результате возникают дополнительные флуктуации огибающей принимаемых сигналов, что приводит к увеличению случайной составляющей методической погрешности оценки наклонной дальности от АНПА до ГМ.The use of weakly directed hydroacoustic antennas in GANS-UKB systems causes the multipath propagation of acoustic signals in the aquatic environment, which is reflected in reflections from the interfaces (“ice-water”, “air-water”, “water-bottom”), resulting in additional fluctuations the envelope of the received signals, which leads to an increase in the random component of the methodological error in estimating the slant range from the AUV to the GM.

В настоящее время современные ГСО, устанавливаемые на АНПА, обеспечивают относительно высокое разрешение по угловым координатам (0.5°-5° - в вертикальной плоскости и 0.5°-2° - в горизонтальной плоскости) за счет применения направленных антенн, что позволяет выполнять фильтрацию переотражений от границ раздела сред в аппаратуре ГСО, реализующей указанную фильтрацию. В результате уменьшается случайная составляющая методической погрешности оценки наклонной дальности от АНПА до ГМ.Currently, modern GSOs installed on the AUV provide relatively high resolution in angular coordinates (0.5 ° -5 ° in the vertical plane and 0.5 ° -2 ° in the horizontal plane) through the use of directional antennas, which allows filtering of reflections from media interface boundaries in GSO equipment implementing the specified filtration. As a result, the random component of the methodological error in estimating the slant range from AUV to GM decreases.

Кроме того, использование направленных антенн в ГСО обеспечивает большее отношение «сигнал/шум» в точке приема за счет возможности излучения акустических сигналов с большей мощностью, по сравнению с ГАНС-УКБ.In addition, the use of directional antennas in the GSO provides a greater signal-to-noise ratio at the receiving point due to the possibility of emitting acoustic signals with greater power compared to the HANS-UKB.

Из теории гидролокации (Яковлев. А.Н, Каблов Г.П. Гидролокаторы ближнего действия. Л.: Судостроение, 1983. С. 76) известно, что случайная составляющая инструментальной погрешности оценки дальности и оценки угловой координаты для гидролокатора обратно пропорциональны отношению «сигнал/шум», таким образом, в результате использования ГСО также снижается случайная составляющая инструментальной погрешности оценки наклонной дальности от АНПА до ГМ RАНПА(tk) и углового направления αАНПА(tk) от АНПА на ГМ в горизонтальной плоскости.From the theory of sonar (Yakovlev. A.N., Kablov G.P. short-range sonar. L .: Sudostroenie, 1983. P. 76) it is known that the random component of the instrumental error in estimating the range and estimating the angular coordinate for the sonar is inversely proportional to the ratio "signal / noise ”, thus, as a result of using GSO, the random component of the instrumental error in estimating the slant range from AUV to GM R AUU (t k ) and the angular direction α AUU (t k ) from AUU to a GM in the horizontal plane is also reduced.

Суммарная погрешность оценки наклонной дальности в ГСО пропорциональна величине наклонной дальности (Яковлев. А.Н, Каблов Г.П. Гидролокаторы ближнего действия. Л.: Судостроение, 1983. С.74.), поэтому сближение АНПА с ГМ при выполнении условия RАНПА(tk)>R0 (порог) позволяет уменьшить наклонную дальность RАНПА(tk) между ними, тем самым уменьшается и погрешность оценки наклонной дальности между АНПА и ГМ. Значение порога по наклонной дальности R0, определяется исходя из требуемой точности оценки наклонной дальности и фактической зависимости суммарной погрешности оценки наклонной дальности от наклонной дальности.The total error in the estimation of the inclined range in the GSO is proportional to the value of the inclined range (Yakovlev. A.N., Kablov G.P. Short-range sonars. L .: Sudostroenie, 1983. P. 74.), Therefore, the convergence of the AUV with the GM under the condition R of the AUV (t k )> R 0 (threshold) allows decreasing the slope range R of the AUV (t k ) between them, thereby reducing the error in estimating the slant range between the AUA and the GM. The value of the slope threshold R 0 is determined based on the required accuracy of the slant range estimate and the actual dependence of the total slant range estimation error on the slant range.

Предварительный расчет координат зон акустической освещенности позволяет определить положения АНПА и ГМ (ТНПА) по глубине для которых отношение «сигнал/шум» будет обеспечивать заданную погрешность оценки наклонной дальности между АНПА и ГМ, а также углового направления на ГМ для последующего расчета координат АНПА в ЛСК.A preliminary calculation of the coordinates of the zones of acoustic illumination allows you to determine the position of the AUV and GM (TNAA) in depth for which the signal-to-noise ratio will provide a given error in estimating the slant range between the AUV and the GM, as well as the angular direction to the GM for the subsequent calculation of the coordinates of the AUV in LSC .

Нахождение в зоне акустической освещенности АНПА и ГМ также будет обеспечивать передачу информации о расположении ГМ в ЛСК по гидроакустическому каналу связи (первая и вторая ГАПИ и их гидроакустические антенны), в противном случае работа системы координирования АНПА станет невозможной.Being in the acoustic illumination zone of AUV and GM will also ensure the transfer of information about the location of the GM to the LSC via a hydroacoustic communication channel (the first and second GAI and their sonar antennas), otherwise the operation of the AUV coordination system will become impossible.

Расчет координат зон акустической освещенности выполняется по известной методике (Матвиенко В.Н, Тарасюк Ю.Ф. Дальность действия гидроакустических средств. - Л.: Судостроение, 1976. С. 174), с учетом предполагаемых отстояний ГМ и АНПА от поверхности дна, а также вертикального распределения скорости звука по глубине в районе выполнения работ.The calculation of the coordinates of the zones of acoustic illumination is performed according to the well-known method (Matvienko V.N., Tarasyuk Yu.F. Range of action of hydroacoustic means. - L .: Sudostroenie, 1976. P. 174), taking into account the estimated distances of the GM and AUV from the bottom surface, and also the vertical distribution of the speed of sound in depth in the area of work.

Сущность изобретения поясняются фиг. 1 и 2, где на фиг. 1 приведена структурная блок-схема устройства, реализующего предлагаемый способ, а на фиг. 2 показана геометрия задачи оценки координат АНПА, на которой - кабель 4, граница 5 раздела «воздух-вода».The invention is illustrated in FIG. 1 and 2, where in FIG. 1 shows a structural block diagram of a device that implements the proposed method, and in FIG. 2 shows the geometry of the AUV coordinate estimation problem, on which is cable 4, border 5 of the air-water section.

Устройство (фиг. 1) состоит из обеспечивающего судна 1 (ОС), телеуправляемого необитаемого подводного аппарата 2 (ТНПА), автономного необитаемого подводного аппарата 3 (АНПА), первой радиоприемной антенны 7, первого радионавигационного приемника 10, второй радиоприемной антенны 8, второго радионавигационного приемника 11, гидроакустической антенны 9 ГАНС-УКБ, аппаратуры 12 ГАНС-УКБ, первого бортового вычислителя 13, системы 14 управления, второго бортового вычислителя 15, гидроакустической антенны 16 первой ГАПИ, первой ГАПИ 17, гидроакустического маяка-ответчика 18, гидроакустической антенны 19 второй ГАПИ, второй ГАПИ 22, гидролокатора 6 секторного обзора, датчика 20 глубины, доплеровского гидроакустического лага 21, системы 23 коррекции и управления.The device (Fig. 1) consists of a supporting vessel 1 (OS), a remote-controlled uninhabited underwater vehicle 2 (TNLA), an autonomous uninhabited underwater vehicle 3 (AUV), a first radio receiving antenna 7, a first radio navigation receiver 10, a second radio receiving antenna 8, and a second radio navigation receiver 11, GANS-UKB hydroacoustic antenna 9, GANS-UKB equipment 12, first airborne computer 13, control system 14, second airborne computer 15, hydroacoustic antenna 16 of the first GAPI, first GAPI 17, hydroacoustic ma Yak-responder 18, sonar antenna 19 of the second GAI, second GAI 22, sector 6 sonar 6, depth sensor 20, Doppler sonar log 21, correction and control system 23.

Обеспечивающее судно 1 содержит первую радиоприемную антенну 7, первый радионавигационный приемник 10, вторую радиоприемную антенну 8, второй радионавигационный приемник 11, гидроакустическую антенну 9 ГАНС-УКБ, аппаратуру 12 ГАНС-УКБ, первый бортовой вычислитель 13, систему 14 управления, ТНПА 2 содержит второй бортовой вычислитель 15, гидроакустическую антенну 16 первой ГАПИ, первую ГАПИ 17, гидроакустический маяк-ответчик 18, АНПА 3 содержит гидроакустическую антенну 19 второй ГАПИ, вторую ГАПИ 22, гидролокатор 6 секторного обзора, датчик 20 глубины, доплеровский гидроакустический лаг 21, систему 23 коррекции и управления, при этом выход первой радиоприемной антенны 7 соединен с входом первого радионавигационного приемника 10, выход второй радиоприемной антенны 8 соединен с входом второго радионавигационного приемника 11, выход гидроакустической антенны 9 ГАНС-УКБ соединен с входом 12 аппаратуры ГАНС-УКБ, выходы первого и второго радионавигационных приемников 10 и 11 соединены с первым и вторым входами первого бортового вычислителя 13 соответственно, выход аппаратуры 12 ГАНС-УКБ соединен с третьим входом первого бортового вычислителя 13, выход первого бортового вычислителя 13 соединен с входом системы 14 управления, система 14 управления имеет двухстороннюю связь вторым бортовым вычислителем 15 через его первый вход, выход гидроакустической антенны 16 первой ГАПИ соединен с входом первой ГАПИ 17, первая ГАПИ 17 имеет двухстороннюю связь со вторым бортовым вычислителем 15 через его второй вход, гидроакустический маяк-ответчик 18 имеет двухстороннюю связь со вторым вычислителем 15 через его третий вход, выход гидроакустической антенны 19 второй ГАПИ соединен с входом второй ГАПИ 22, выход которой соединен с первым входом системы 23 коррекции и управления, выходы гидролокатора 6 секторного обзора, датчика 20 глубины и доплеровского гидроакустического лага 21 соответственно соединены со вторым, третьим и четверым входами системы 23 коррекции и управления.The supplying vessel 1 comprises a first radio receiving antenna 7, a first radio navigation receiver 10, a second radio receiving antenna 8, a second radio navigation receiver 11, a GANS-UKB hydroacoustic antenna 9, a GANS-UKB equipment 12, a first on-board computer 13, a control system 14, and TNLA 2 contains a second on-board computer 15, sonar antenna 16 of the first GAPI, first GAPI 17, sonar beacon transponder 18, AUV 3 contains a sonar antenna 19 of the second GAPI, the second GAPI 22, sonar 6 sector review, depth sensor 20, Doppler sonar log 21, correction and control system 23, wherein the output of the first radio receiver antenna 7 is connected to the input of the first radio navigation receiver 10, the output of the second radio receiver antenna 8 is connected to the input of the second radio navigation receiver 11, the output of the sonar antenna 9 GANS-UKB is connected to input 12 GANS-UKB equipment, the outputs of the first and second radio navigation receivers 10 and 11 are connected to the first and second inputs of the first on-board computer 13, respectively, the output of the GANS-UKB equipment 12 is connected to t by the third input of the first on-board calculator 13, the output of the first on-board calculator 13 is connected to the input of the control system 14, the control system 14 has two-way communication with the second on-board calculator 15 through its first input, the output of the hydroacoustic antenna 16 of the first GAPI is connected to the input of the first GAPI 17, the first GAPI 17 has two-way communication with the second airborne computer 15 through its second input, the sonar transponder 18 has two-way communication with the second computer 15 through its third input, the output of sonar antennas 19, the second GAPI is connected to the input of the second GAPI 22, the output of which is connected to the first input of the correction and control system 23, the outputs of the sector-based sonar 6, the depth sensor 20 and the Doppler sonar lag 21 are respectively connected to the second, third and fourth inputs of the correction and control system 23 .

В качестве обеспечивающего судна 1 может быть использовано судно ледового класса.As the supporting vessel 1, an ice class vessel may be used.

Вдоль строительной оси ОС 1 в носовой и кормой части размещены первая и вторая радиоприемные антенны 7 и 8, соответственно. На ОС 1 также размещены первый и второй радионавигационные приемники 10 и 11, гидроакустическая антенна 9 ГАНС-УКБ, аппаратура 12 ГАНС-УКБ, бортовой вычислитель 13 и система управления 14.Along the construction axis of OS 1 in the bow and stern are placed the first and second radio receiving antennas 7 and 8, respectively. OS 1 also houses the first and second radio navigation receivers 10 and 11, the hydro-acoustic antenna 9 GANS-UKB, equipment 12 GANS-UKB, on-board computer 13 and control system 14.

В качестве ТНПА 2 может быть использован ТНПА среднего класса Cougar XT фирмы «SeaEye». На ТНПА 2 размещены: гидроакустическая антенна 16 первой ГАПИ, первой ГАПИ 17, гидроакустический маяк-ответчик 18. ТНПА 2 используют в качестве подвижного гидроакустического маяка, управляемого по кабелю 4 с ОС 1.As TNLA 2 can be used TNLA middle class Cougar XT company "SeaEye". On TNPA 2 there are: a sonar antenna 16 of the first GAIP, the first GAIP 17, a sonar transponder 18. The TNLA 2 is used as a mobile sonar beacon controlled via cable 4 from OS 1.

В качестве АНПА 3 может быть использован аппарат Remus 600 фирмы «Hybroid Kongsberg». В носовой части АНПА 3 размещены гидролокатор 6 секторного обзора (ГСО) с возможностью сканирования пространства в вертикальной плоскости, гидроакустическая антенна 19 второй ГАПИ, датчик 20 глубины, доплеровский гидроакустический лаг 21, вторую ГАПИ 22, систему 23 коррекции и управления.As AUV 3, the Remus 600 of the Hybroid Kongsberg company can be used. In the bow of the AUV 3, a sector-based sonar 6 (GSO) with the ability to scan space in a vertical plane, a sonar antenna 19 of the second GAI, a depth sensor 20, a Doppler sonar log 21, a second GAI 22, correction and control system 23 are placed.

В качестве ГСО 6 можно использовать ГСО See-Echo 3264 фирмы «Marine Electronics».As GSO 6, you can use GSO See-Echo 3264 company "Marine Electronics".

В качестве первой радиоприемной антенны 7 и второй радиоприемной антенны 8 можно использовать антенну АСНП-5 фирмы «НИИП КП».As the first radio receiving antenna 7 and the second radio receiving antenna 8, you can use the antenna ASNP-5 company "NIIP KP".

Первый радионавигационный приемник 10 и второй радионавигационный приемник 11 являются известными устройствами (например, аппаратура 1К-181 фирмы АО «РИРВ»).The first radio navigation receiver 10 and the second radio navigation receiver 11 are known devices (for example, equipment 1K-181 of the company RIRV JSC).

Гидроакустическая антенна 9 ГАНС-УКБ и аппаратура 12 ГАНС-УКБ могут быть реализованы с помощью устройства S2CR 42/65 фирмы «Evologic.GmbH».The hydro-acoustic antenna 9 GANS-UKB and the equipment 12 GANS-UKB can be implemented using the device S2CR 42/65 from Evologic.GmbH.

Первый бортовой вычислитель 13 и система 14 управления, а также второй бортовой вычислитель 15 и система 23 коррекции и управления реализуются на базе процессорного модуля СРС-308 фирмы «Fastwel».The first on-board calculator 13 and the control system 14, as well as the second on-board calculator 15 and the correction and control system 23, are implemented on the basis of the Fastwel processor CPC-308 module.

Гидроакустическая антенна 16 первой ГАПИ, первая ГАПИ 17, гидроакустический маяк-ответчика 18 реализуются на базе устройства S2CR 42/65 фирмы «Evologic.GmbH».The hydroacoustic antenna 16 of the first GAPI, the first GAPI 17, the sonar beacon-transponder 18 are implemented on the basis of the S2CR 42/65 device of the Evologic.GmbH company.

Гидроакустическая антенна 19 второй ГАПИ, вторая ГАПИ 22 также реализуются на базе устройства S2CR 42/65 фирмы «Evologic.GmbH».The hydroacoustic antenna 19 of the second GAPI, the second GAPI 22 are also implemented on the basis of the S2CR 42/65 device of the Evologic.GmbH company.

В качестве датчика 20 глубины используют датчик ПДТК-Р-МС-22 фирмы СКТБ «ЭЛПА». В качестве доплеровского гидроакустического лага 21 используют лаг WHN 1200 фирмы «Teledyne RD Instruments».As a depth sensor 20, a PDTK-R-MS-22 sensor from SKTB ELPA is used. As the Doppler sonar lag 21 use log WHN 1200 company "Teledyne RD Instruments".

Описание способа целесообразно совместить с описанием работы устройства.The description of the method should be combined with a description of the operation of the device.

До момента погружения ТНПА 2 и АНПА 3 в первом бортовом вычислителе 13 рассчитывают зоны акустической освещенности, исходя из предполагаемых отстояний ТНПА и АНПА от поверхности дна по известной методике (Матвиенко В.Н, Тарасюк Ю.Ф. Дальность действия гидроакустических средств. - Л.: Судостроение, 1976. С. 174). По кабелю 4 передают координаты зон акустической освещенности во второй бортовой вычислитель 15, размещаемый на ТНПА 2.Prior to the immersion of TNPA 2 and ANPA 3 in the first on-board calculator 13, zones of acoustic illumination are calculated based on the estimated distances of TNPA and ANPA from the bottom surface by a known method (Matvienko V.N., Tarasyuk Yu.F. Range of action of hydroacoustic means. - L. : Shipbuilding, 1976.P. 174). The cable 4 transmit the coordinates of the zones of acoustic illumination in the second on-board computer 15, placed on TNPA 2.

Система 14 управления передает командные импульсы, которые через первый бортовой вычислитель 13 запускают работу первого радионавигационного приемника 10, второго навигационного приемника 11, аппаратуры 12 ГАНС-УКБ.The control system 14 transmits command pulses that, through the first on-board computer 13, start the operation of the first radio navigation receiver 10, the second navigation receiver 11, and the HANS-UKB equipment 12.

Также командные импульсы от системы 14 управления по кабелю 4 (фиг. 2) запускают работу первой ГАПИ 17 и гидроакустического маяка-ответчика 18 через второй бортовой вычислитель 15. Далее гидроакустический маяк-ответчик 18 излучает в водную среду акустические сигналы, которые принимаются гидроакустической антенной 9 ГАНС-УКБ и поступают в первый бортовой вычислитель 13 для оценки координат ТНПА 2 в локальной системе координат (ЛСК) 0XYZ.Also, command pulses from the control system 14 via cable 4 (Fig. 2) start the operation of the first GAI 17 and the sonar beacon-transponder 18 through the second on-board computer 15. Next, the sonar beacon-transponder 18 emits acoustic signals into the aquatic environment that are received by the sonar antenna 9 GANS-UKB and enter the first on-board computer 13 to evaluate the coordinates of TNLA 2 in the local coordinate system (LSC) 0XYZ.

Первая радиоприемная 7 антенна и вторая радиоприемная 8 антенна принимают сигналы от спутников для оценки географических координат ОС 1. Далее обработанные первым и вторым радионавигационными приемниками 10 и 11 сигналы поступают в первый бортовой вычислитель 13 для оценки географических координат ОС, учитываемых при расчете координат ТНПА 2 в ЛСК, который также выполняется в первом бортовом вычислителе 13.The first radio receiver 7 antenna and the second radio receiver 8 antenna receive signals from satellites to estimate the geographic coordinates of OS 1. Next, the signals processed by the first and second radio navigation receivers 10 and 11 are fed to the first on-board computer 13 to estimate the geographic coordinates of the OS, taken into account when calculating the coordinates of TNLA 2 in LSC, which is also performed in the first on-board computer 13.

Далее с помощью первой ГАПИ 17 и гидроакустической антенны 16 первой ГАПИ в водную среду излучают пакет навигационных данных о горизонтальных координатах и глубине нахождения ТНПА 2 в ЛСК.Then, using the first GAPI 17 and the hydroacoustic antenna 16 of the first GAPI, a package of navigation data about the horizontal coordinates and the depth of TNLA 2 in the LSC is emitted into the water environment.

На АНПА 3 принимают пакет навигационных данных с помощью гидроакустической антенны 19 второй ГАПИ и второй ГАПИ 22. Датчиком 20 глубины измеряют глубину в момент времени - tk - ZАНПА(tk), а доплеровским гидроакустическим лагом 21 измеряют скорость движения АНПА3 -VАНПА(tk).On receiving a packet AUV 3 navigation data via hydroacoustic second antenna 19 and second GAPI GAPI 22. Depth sensor 20 measure the depth at time - t k - Z AUV (t k), and a Doppler sonar 21 measure lag speed ANPA3 -V AUV (t k ).

После погружения на заданную глубину ZАНПА(tk) с помощью ГСО 6 последовательно сканируют пространство в вертикальной плоскости с целью обнаружения ГМ (ТНПА). С помощью аппаратуры ГСО 6 обнаруживают сигнал, отраженный от ГМ, по которому оценивают наклонную дальность RАНПА(tk) и направление на ТНПА 2 αАНПА(tk) в горизонтальной плоскости. При этом для снижения погрешности оценки наклонной дальности и углового направления на ТНПА 2 αАНПА(tk) в горизонтальной плоскости отфильтровывают переотражения от границ раздела сред, а также регулируют мощность излучаемого сигнала для обеспечения приемлемого отношения «сигнал/шум».After immersion at a given depth Z, the AUV (t k ) using GSO 6 sequentially scans the space in a vertical plane in order to detect GM (TNAA). Using GSO 6 equipment, a signal reflected from the GM is detected, according to which the slope range R of the AUV (t k ) and the direction to the TNLA 2 α of the AUV (t k ) in the horizontal plane are estimated. At the same time, to reduce the error in estimating the slant range and angular direction at TNLA 2 α ANPA (t k ) in the horizontal plane, reflections from the media interfaces are filtered out, and the power of the emitted signal is adjusted to ensure an acceptable signal-to-noise ratio.

В системе 23 коррекции и управления сравнивают значение наклонной дальности RАНПА(tk) с порогом R0.The correction and control system 23 compares the value of the slant range R AUV (t k ) with a threshold R 0 .

Если RАНПА(tk)≤R0, тогда производят расчет начальных координат АНПА 3 в ЛСК по формулам:If R ANPA (t k ) ≤R 0 , then the initial coordinates of ANPA 3 in LSC are calculated using the formulas:

Figure 00000007
Figure 00000007

Figure 00000008
Figure 00000008

Figure 00000009
Figure 00000009

где ХГМ(tk), YГМ(tk), ZГМ(tk) - координаты ГМ в ЛСК в момент времени tk.where X GM (t k ), Y GM (t k ), Z GM (t k ) are the coordinates of the GM in the LSC at time t k .

Если RAHПA(tk)>R0, тогда система 23 коррекции и управления выдает команду движителям АНПА 3 пройти расстояние (RAHПA(tk)-R0) в направлении αАНПА(tk) на ТНПА 2 для уменьшения погрешности оценки наклонной дальности.If R AHPA (t k )> R 0 , then the correction and control system 23 instructs the ANPA 3 drivers to travel the distance (R AHPA (t k ) -R 0 ) in the direction α of the ANPA (t k ) to TNPA 2 to reduce the estimation error oblique range.

После прохождения АНПА 3 заданного расстояния снова оценивают наклонную дальность RАНПА(tk+Δt) и направление на ТНПА 2 αАНПА(tk+Δt) в горизонтальной плоскости с помощью ГСО 6, где Δt - временной интервал прохождения расстояния (RАНПА(tk)-R0.After passing AUV 3 of a predetermined distance, the oblique range R AUVA (t k + Δt) and the direction to TNPA 2 α AUVA (t k + Δt) in the horizontal plane using GSO 6, where Δt is the time interval of passing a distance (R AUV ( t k ) -R 0 .

Повторяют процедуру расчета координат ГМ в ЛСК для момента времени tk+Δt, для чего рассчитывают начальные координаты АНПА 3 в ЛСК по формулам:Repeat the procedure for calculating the coordinates of the GM in the LSC for the time t k + Δt, for which the initial coordinates of the AUV 3 in the LSC are calculated using the formulas

Figure 00000010
Figure 00000010

Figure 00000011
Figure 00000011

Figure 00000012
Figure 00000012

где ХГМ(tk+Δt), YГМ(tk+Δt), ZГМ(tk+Δt) - координаты ГМ в ЛСК в момент времени tk+Δt.where X GM (t k + Δt), Y GM (t k + Δt), Z GM (t k + Δt) are the coordinates of the GM in LSC at the time t k + Δt.

Предложены способ и устройство определения начальных координат АНПА, позволяют уменьшить погрешность определения начальных координат АНПА в ЛСК.A method and apparatus for determining the initial coordinates of the AUV are proposed, which allow to reduce the error in determining the initial coordinates of the AUV in LSC.

Таким образом, технический результат изобретения достигнут.Thus, the technical result of the invention is achieved.

Claims (13)

1. Способ определения начальных координат автономного необитаемого подводного аппарата (АНПА), в котором в качестве гидроакустического маяка ГМ используют телеуправляемый необитаемый подводный аппарат (ТНПА), снабженный гидроакустическим маяком-ответчиком (ГМО) и управляемый с обеспечивающего судна (ОС) по кабелю, в водную среду излучают пакет навигационных данных о горизонтальных координатах и глубине нахождения ГМ в локальной системе координат (ЛСК) 0XYZ первой гидроакустической аппаратурой передачи информации (ГАПИ), размещенной на ТНПА, прием данных от ГМ осуществляют второй ГАПИ, размещенной на АНПА, измеряют глубину движения аппарата ZАНПА(tk) в ЛСК с помощью датчика глубины и модуль вектора скорости его движения VАНПА(tk) к моменту времени tk с помощью доплеровского гидроакустического лага, последовательно принимают акустические импульсы гидроакустической навигационной системой с ультракороткой базой (ГАНС-УКБ), размещенной на ОС, и определяют наклонную дальность от ГМО до фазового центра антенны ГАНС-УКБ и курсовой угол между носовой частью строительной оси ОС и направлением на ГМО, определяют географические координаты ОС первым и вторым радионавигационными приемниками GPS/ГЛОНАСС, которыми снабжено ОС, приемные антенны которых размещены вдоль строительной оси ОС в носовой и кормовой частях соответственно, пересчитывают географические координаты ОС в ЛСК, рассчитывают координаты ГМ в ЛСК, после чего производят коррекцию координат АНПА системой коррекции координат, размещенной на АНПА, с помощью которой оценивают горизонтальные координаты АНПА в ЛСК, отличающийся тем, что сканируют пространство в вертикальной плоскости посредством размещенного на носовой части АНПА гидролокатора секторного обзора (ГСО), антенны которого обеспечивают направленное излучение и прием сигналов в пределах сектора обзора, до 1. A method for determining the initial coordinates of an autonomous uninhabited underwater vehicle (AUV), in which a telecontrolled uninhabited underwater vehicle (TNAA) equipped with a sonar transponder beacon (GMO) and controlled from a supply vessel (OS) by cable is used as a hydroacoustic beacon GM the aquatic environment emits a package of navigation data on the horizontal coordinates and the depth of the GM in the local coordinate system (LSC) 0XYZ with the first hydroacoustic information transmission equipment (GAPI) located on the VT PA, data reception from the GM is carried out by the second GAPI, located on the AUV, measure the depth of movement of the device Z AUV (t k ) in the LSK using a depth sensor and the module of the velocity vector of its movement V AUU (t k ) at time t k using the Doppler sonar lag, sequentially receive acoustic pulses with a sonar navigation system with an ultrashort base (HANS-UKB) located on the OS, and determine the slant range from the GMO to the phase center of the HANS-UKB antenna and the heading angle between the bow of the OS construction axis direction to the GMO, determine the geographical coordinates of the OS by the first and second GPS / GLONASS radio navigation receivers, which are equipped with the OS, the receiving antennas of which are located along the construction axis of the OS in the fore and aft parts, respectively, recalculate the geographical coordinates of the OS in the LSC, calculate the coordinates of the GM in the LSC, after what is the correction of the coordinates of the AUV by the coordinate correction system located on the AUV, using which evaluate the horizontal coordinates of the AUV in LSC, characterized in that they scan the space in the vertical plane by means of a sector overview sonar (GSO) located on the bow of the AUV, whose antennas provide directional radiation and signal reception within the field of view, up to момента погружения АНПА рассчитывают зоны акустической освещенности исходя из отстояний ГМ и АНПА от поверхности дна, после погружения на заданную глубину оценивают с помощью ГСО наклонную дальность RАНПА(tk) и направление на ГМ αАНПА(tk) в горизонтальной плоскости, сравнивают значение наклонной дальности RАНПА(tk) с порогом R0, если RАНПА(tk)≤R0, то производят расчет начальных координат АНПА в ЛСК по формулам:of the moment of immersion of the AUV, the acoustic illumination zones are calculated based on the distances of the GM and AUV from the bottom surface, after immersion to a given depth, the inclined range R AUU (t k ) and the direction to a GM α AUU (t k ) in a horizontal plane are estimated using a GSO, and the value is compared inclined range R AUV (t k ) with a threshold R 0 , if R AUV (t k ) ≤R 0 , then calculate the initial coordinates of the AUV in LSC using the formulas: XАНПА(tk)=ХГМ(tk)+DAHПA(tk)cos(αAHПA(tk)),X ANPA (t k ) = X GM (t k ) + D AHPA (t k ) cos (α AHPA (t k )), YАНПА(tk)=YГМ((tk)+DАНПА(tk)sin(αАНПА(tk)),Y ANPA (t k ) = Y GM ((t k ) + D ANPA (t k ) sin (α ANPA (t k )),
Figure 00000013
Figure 00000013
 где ХГМ(tk), YГМ(tk), ZГМ(tk) - координаты ГМ в ЛСК в момент времени,where X GM (t k ), Y GM (t k ), Z GM (t k ) - coordinates of the GM in the LSC at a time если RАНПА(tk)>R0, то выдают команду движителям АНПА пройти расстояние (RАНПА(tk)-R0) в направлении αАНПА(tk) на ТНПА, после прохождения АНПА заданного расстояния с помощью ГСО оценивают наклонную дальность RАНПА(tk+Δt) и направление на ТНПА αАНПА(tk+Δt) в горизонтальной плоскости, где Δt - временной интервал прохождения расстояния (RАНПА(tk)-R0), повторяют процедуру расчета координат ГМ в ЛСК для момента времени, для чего рассчитывают начальные координаты АНПА в ЛСК по формулам:if R ANPA (t k )> R 0 , then give the command to the ANPA drivers to go the distance (R ANPA (t k ) -R 0 ) in the direction α of the ANPA (t k ) to the TNPA, after passing the ANPA of the given distance using the GSO, evaluate the inclined the range R ANPA (t k + Δt) and the direction to TNLA α ANPA (t k + Δt) in the horizontal plane, where Δt is the time interval for passing the distance (R ANPA (t k ) -R 0 ), repeat the procedure for calculating the coordinates of the GM in LSC for a point in time, for which the initial coordinates of the AUV in LSC are calculated by the formulas: XAHПA(tk+Δt)=XГМ(tk+Δt)+DАНПА(tk+Δt)cos(αАНПА(tk+Δt)),X AHPA (t k + Δt) = X GM (t k + Δt) + D ANPA (t k + Δt) cos (α ANPA (t k + Δt)), YAHПA(tk+Δt)=YГМ(tk+Δt)+DАНПА(tk+Δt)sin(αАНПА(tk+Δt)),Y AHPA (t k + Δt) = Y GM (t k + Δt) + D ANPA (t k + Δt) sin (α ANPA (t k + Δt)),
Figure 00000014
Figure 00000014
 где XГМ(tk+Δt), YГМ(tk+Δt), ZГМ(tk+Δt) - координаты ГМ в ЛСК в момент времени tk+Δt.where X GM (t k + Δt), Y GM (t k + Δt), Z GM (t k + Δt) are the coordinates of the GM in the LSC at the time t k + Δt. 2. Устройство определения начальных координат АНПА, содержащее обеспечивающее судно (ОС), телеуправляемый необитаемый подводный аппарат (ТНПА), автономный необитаемый подводный аппарат (АНПА), первую радиоприемную антенну, первый радионавигационный приемник, вторую радиоприемную антенну, второй радионавигационный приемник, гидроакустическую антенну ГАНС-УКБ, аппаратуру ГАНС-УКБ, первый бортовой вычислитель, систему управления, второй бортовой вычислитель, гидроакустическую антенну первой гидроакустической аппаратуры передачи информации (ГАПИ), первую ГАПИ, гидроакустический маяк-ответчик, гидроакустическую антенну второй ГАПИ, вторую ГАПИ, гидролокатор секторного обзора, датчик глубины, доплеровский гидроакустический лаг, систему коррекции и управления, при этом обеспечивающее судно содержит первую радиоприемную антенну, первый радионавигационный приемник, вторую радиоприемную антенну, второй радионавигационный приемник, гидроакустическую антенну гидроакустической навигационной системы с ультракороткой базой (ГАНС-УКБ), аппаратуру ГАНС-УКБ, первый бортовой вычислитель, систему управления, ТНПА содержит второй бортовой вычислитель, гидроакустическую антенну первой ГАПИ, первую ГАПИ, гидроакустический маяк-ответчик, АНПА содержит гидроакустическую антенну второй ГАПИ, вторую ГАПИ, гидролокатор секторного обзора, датчик глубины, доплеровский гидроакустический лаг, систему коррекции и управления, выход первой радиоприемной антенны соединен с входом первого радионавигационного приемника, выход второй радиоприемной антенны соединен с входом второго радионавигационного приемника, выход гидроакустической антенны ГАНС-УКБ соединен с входом аппаратуры ГАНС-УКБ, выходы первого и второго радионавигационных приемников соединены с первым и вторым входами первого бортового вычислителя соответственно, выход аппаратуры ГАНС-УКБ соединен с третьим входом первого бортового вычислителя, выход первого бортового вычислителя соединен с входом системы управления,2. A device for determining the initial coordinates of the AUV, containing a supporting vessel (OS), a remote-controlled uninhabited underwater vehicle (TNAA), a stand-alone uninhabited underwater vehicle (AUV), a first radio receiving antenna, a first radio navigation receiver, a second radio receiving antenna, a second radio navigation receiver, and a GANS sonar antenna -UKB, HANS-UKB equipment, first airborne computer, control system, second airborne computer, sonar antenna of the first sonar information transmission equipment radios (GAPI), the first GAPI, a sonar beacon transponder, a sonar antenna of the second GAPI, a second GAPI, a sector survey sonar, a depth sensor, a Doppler sonar log, a correction and control system, while the providing vessel contains the first radio antenna, the first radio navigation receiver, a second radio receiving antenna, a second radio navigation receiver, a hydroacoustic antenna for a hydroacoustic navigation system with an ultrashort base (HANS-UKB), HANS-UKB equipment, the first airborne the numerator, control system, TNPA contains a second on-board computer, a hydroacoustic antenna of the first GAPI, the first GAPI, a hydroacoustic beacon-transponder, AUV contains a hydroacoustic antenna of the second GAPI, the second GAPI, a sector survey sonar, depth sensor, Doppler sonar log, correction and control system, the output of the first radio receiver antenna is connected to the input of the first radio navigation receiver, the output of the second radio receiver antenna is connected to the input of the second radio navigation receiver, the output is hydro the GANS-UKB acoustic antenna is connected to the input of the GANS-UKB equipment, the outputs of the first and second radio navigation receivers are connected to the first and second inputs of the first on-board computer, respectively, the output of the GANS-UKB equipment is connected to the third input of the first on-board computer, the output of the first on-board computer is connected to the input control systems, система управления имеет двухстороннюю связь со вторым бортовым вычислителем через его первый вход, выход гидроакустической антенны первой ГАПИ соединен с входом первой ГАПИ, первая ГАПИ имеет двухстороннюю связь со вторым бортовым вычислителем через его второй вход, гидроакустический маяк-ответчик имеет двухстороннюю связь с вторым вычислителем через его третий вход, выход гидроакустической антенны второй ГАПИ соединен с входом второй ГАПИ, выход которой соединен с первым входом системы коррекции и управления, выходы гидролокатора секторного обзора, датчика глубины и доплеровского гидроакустического лага соответственно соединены со вторым, третьим и четверым входами системы коррекции и управления.the control system has two-way communication with the second airborne computer through its first input, the output of the hydroacoustic antenna of the first GAPI is connected to the input of the first GAPI, the first GAPI has two-way communication with the second airborne computer through its second input, the sonar transponder has two-way communication with the second computer through its third input, the output of the hydroacoustic antenna of the second GAPI is connected to the input of the second GAPI, the output of which is connected to the first input of the correction and control system, the sonar outputs Vectorial viewing, depth sensor and Doppler sonar lag are respectively connected to the second, third and four inputs correction and control system.
RU2016126371A 2016-06-30 2016-06-30 Method and device for determining initial coordinates of independent unmanned underwater apparatus RU2629916C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016126371A RU2629916C1 (en) 2016-06-30 2016-06-30 Method and device for determining initial coordinates of independent unmanned underwater apparatus

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016126371A RU2629916C1 (en) 2016-06-30 2016-06-30 Method and device for determining initial coordinates of independent unmanned underwater apparatus

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2629916C1 true RU2629916C1 (en) 2017-09-04

Family

ID=59797591

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2016126371A RU2629916C1 (en) 2016-06-30 2016-06-30 Method and device for determining initial coordinates of independent unmanned underwater apparatus

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2629916C1 (en)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2687844C1 (en) * 2018-09-04 2019-05-16 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем морских технологий Дальневосточного отделения Российской академии наук (ИПМТ ДВО РАН) Method for navigation-information support of autonomous unmanned underwater vehicle of large autonomy performing extended underwater crossing
RU2722065C1 (en) * 2019-09-24 2020-05-26 Российская Федерация, от имени которой выступает ФОНД ПЕРСПЕКТИВНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ Method of saving electric power reserve of an autonomous unmanned underwater vehicle
RU2728515C1 (en) * 2019-05-14 2020-07-30 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования Иркутский государственный университет путей сообщения (ФГБОУ ВО ИрГУПС) Acoustic phase-finder
RU2732893C1 (en) * 2020-03-20 2020-09-24 Акционерное общество "Национальное РадиоТехническое Бюро" (АО "НРТБ") Range determination method
RU201786U1 (en) * 2018-06-09 2021-01-13 Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Военный учебно-научный центр Военно-Морского Флота "Военно-морская академия им. Адмирала Флота Советского Союза Н.Г. Кузнецова" AUTOMATIC DEVICE FOR SPATIAL ORIENTATION OF A MOVING UNDERWATER OBJECT

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0968575A (en) * 1995-08-31 1997-03-11 Kaijo Corp Measurement system for underwater data
RU2084923C1 (en) * 1995-01-11 1997-07-20 Институт проблем морских технологий Дальневосточного отделения РАМ Hydroacoustic long-range navigation system
EP1275012B1 (en) * 2000-03-03 2010-09-08 Atlas Elektronik Gmbh Methods and systems for navigating under water
RU2488842C1 (en) * 2011-12-20 2013-07-27 Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство промышленности и торговли РФ More precise positioning in underwater navigation space formed by randomly arranged hydroacoustic transponder beacons
RU2555479C2 (en) * 2013-11-26 2015-07-10 Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство промышленности и торговли Российской Федерации (Минпромторг) High-precision coordination of underwater complex for underwater navigation

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2084923C1 (en) * 1995-01-11 1997-07-20 Институт проблем морских технологий Дальневосточного отделения РАМ Hydroacoustic long-range navigation system
JPH0968575A (en) * 1995-08-31 1997-03-11 Kaijo Corp Measurement system for underwater data
EP1275012B1 (en) * 2000-03-03 2010-09-08 Atlas Elektronik Gmbh Methods and systems for navigating under water
RU2488842C1 (en) * 2011-12-20 2013-07-27 Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство промышленности и торговли РФ More precise positioning in underwater navigation space formed by randomly arranged hydroacoustic transponder beacons
RU2555479C2 (en) * 2013-11-26 2015-07-10 Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство промышленности и торговли Российской Федерации (Минпромторг) High-precision coordination of underwater complex for underwater navigation

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU201786U1 (en) * 2018-06-09 2021-01-13 Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Военный учебно-научный центр Военно-Морского Флота "Военно-морская академия им. Адмирала Флота Советского Союза Н.Г. Кузнецова" AUTOMATIC DEVICE FOR SPATIAL ORIENTATION OF A MOVING UNDERWATER OBJECT
RU2687844C1 (en) * 2018-09-04 2019-05-16 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем морских технологий Дальневосточного отделения Российской академии наук (ИПМТ ДВО РАН) Method for navigation-information support of autonomous unmanned underwater vehicle of large autonomy performing extended underwater crossing
RU2728515C1 (en) * 2019-05-14 2020-07-30 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования Иркутский государственный университет путей сообщения (ФГБОУ ВО ИрГУПС) Acoustic phase-finder
RU2722065C1 (en) * 2019-09-24 2020-05-26 Российская Федерация, от имени которой выступает ФОНД ПЕРСПЕКТИВНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ Method of saving electric power reserve of an autonomous unmanned underwater vehicle
RU2732893C1 (en) * 2020-03-20 2020-09-24 Акционерное общество "Национальное РадиоТехническое Бюро" (АО "НРТБ") Range determination method

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US6501704B2 (en) Underwater object positioning system
RU2629916C1 (en) Method and device for determining initial coordinates of independent unmanned underwater apparatus
US9223002B2 (en) System and method for determining the position of an underwater vehicle
US11899104B2 (en) Navigation system for underwater vehicles
CN109870694B (en) High-precision long baseline positioning system based on multiple unmanned boat platforms
JP6425133B2 (en) Relative position control method and relative position control system of underwater vehicle
US7447112B2 (en) Test method for a method for passively obtaining target parameters
JP2018204970A (en) Underwater acoustic positioning system and method
JP2011163930A (en) Position calibration method of underwater vessel
JP2018084445A (en) Underwater acoustic positioning system
RU2303275C2 (en) Method for determination of co-ordinates of submerged objects
RU2702700C1 (en) Method of positioning underwater objects
RU2008128804A (en) METHOD FOR SUITABLE RECEIVING OF SIGNALS OF SATELLITE NAVIGATION SYSTEMS WHEN LOCATING AN UNDERWATER OBJECT AT THE SWIMMING HORIZON AND THE DEVICE FOR ITS IMPLEMENTATION USING A HYDROACOUSTIC TRANSFER CHANNEL
CN111537946A (en) Underwater beacon directional positioning system and method
RU2555479C2 (en) High-precision coordination of underwater complex for underwater navigation
JP7390366B2 (en) Methods for determining depth or water depth profiles based on average sound velocity profiles, methods for determining such velocity profiles, and associated sonar systems
RU2691217C1 (en) Method of positioning underwater objects
CN212301847U (en) Underwater beacon directional positioning system
CN113608168B (en) Real-time self-calibration system and method for position of underwater sound receiver for water surface movable platform
RU2752018C1 (en) Method for determining coordinates of underwater object in shelf-deep sea transition zone
RU2737166C1 (en) Method of high-speed underwater vehicle coordinates determination using doppler effect
RU2568071C1 (en) Hydroacoustic positioning system
RU2529207C1 (en) Navigation system for towed underwater vehicle
JPH07270519A (en) Positioning method for underwater working machine, etc.
RU2792922C1 (en) Method for positioning an autonomous underwater vehicle in the deep sea