RU156050U1

RU156050U1 - Устройство для съемки рельефа дна акватории с управляемой шкалой дальности

Info

Publication number: RU156050U1
Application number: RU2015108628/28U
Authority: RU
Inventors: Михаил Анатольевич Бородин
Priority date: 2015-03-11
Filing date: 2015-03-11
Publication date: 2015-10-27

Abstract

Устройство для съемки рельефа дна акватории, содержащее излучающую и приемную антенны, образующие пару, в которой антенны расположены Т-образно и размещены в днище судна, причем излучающая антенна расположена в диаметральной плоскости, а приемная - в траверзной плоскости, также содержащее передающий блок, приемный блок, блок цифровой обработки сигналов, блок управления, блок хранения, блок вычисления поправок, индикатор, при этом выход блока управления соединен с входами передающего и приемного блоков, блока цифровой обработки сигналов, индикатором и блоком хранения, выход передающего блока соединен с входом излучающей антенны, выход приемной антенны соединен с входом приемного блока, выход которого соединен с входом блока цифровой обработки сигналов, выход которого соединен с входами блока хранения и индикатора, выход блока вычисления поправок соединен с входом блока цифровой обработки сигналов, отличающееся тем, что в него дополнительно введен блок управления шкалой дальности, причем вход блока управления шкалой дальности соединен с выходом блока цифровой обработки сигналов, выход блока управления шкалой дальности соединен с входом блока управления.

Description

Настоящая полезная модель относится к области гидроакустики и может быть использована в гидрографических исследованиях.

При выполнении съемки рельефа дна акватории гидроакустическими средствами важной задачей является корректная установка диапазона измеряемых дальностей до дна (шкалы дальности) из имеющегося набора, которая возлагается на оператора. Каждая шкала дальности характеризуется максимальным значением измеряемой дальности.

В случае, когда установка шкалы дальности некорректна - дальность до дна превышает максимальное значение измеряемой дальности, данные о рельефе дна полностью или частично могут быть потеряны, что потребует выполнения дополнительных галсов и увеличивает себестоимость выполнения съемки рельефа дна акватории. Таким образом, возникает необходимость повышения надежности управления гидроакустическими средствами в части автоматизации процесса установки шкалы дальности.

Разработка устройств с автоматическим управлением позволяет исключить оператора из процесса принятия решения.

Известно устройство для съемки рельефа дна акватории (Патент US №4873676, МПК G01S 15/08, 1989), содержащее приемоизлучающую антенну, передающий блок, приемоизмерительный блок, блок управления, блок сбора и обработки информации о рельефе дна, дисплей для отображения полученной информации.

Недостатком данного устройства является использование для съемки рельефа дна акватории однолучевого эхолота с гидроакустической приемо-излучающей антенной, имеющей узкую характеристику направленности. В результате за один цикл зондирования получается только одно значение глубины, что ограничивает производительность съемки рельефа дна и увеличивает ее стоимость.

Кроме того, смена шкалы дальности в данном устройстве производится по результату сравнения измеренного в текущем цикле зондирования значения глубины с порогом 1 и порогом 2. Значения порогов 1 и 2 устанавливаются для каждой шкалы дальности до выполнения съемки и хранятся в памяти устройства для съемки рельефа дна акватории. Если измеренное значение глубины в текущем цикле зондирования меньше порога 1, тогда на следующем цикле зондирования устанавливается шкала дальности с меньшим максимальным значением измеряемой дальности. Если измеренное значение глубины в текущем цикле зондирования больше порога 2, тогда на следующем цикле зондирования устанавливается шкала дальности с большим максимальным значением измеряемой дальности. Если измеренное значение глубины в текущем цикле зондирования находится в диапазоне между порогом 1 и порогом 2, тогда смена шкалы дальности на следующий цикл зондирования не производится. Такой подход имеет существенный недостаток, заключающийся в неоправданной смене шкалы дальности при наличии ошибочной оценки глубины.

Наиболее близким аналогом к предлагаемому устройству является многолучевой эхолот SeaBat 8101 фирмы «Reson» (адрес сайта в интернете http://www.reson.com./).

Указанный многолучевой эхолот содержит Т-образно расположенные излучающую и приемную антенны, образующие пару и размещенные в днище судна, причем излучающая антенна расположена в диаметральной плоскости, а приемная - в траверзной плоскости, передающий блок, приемный блок, блок цифровой обработки сигналов, блок управления, блок хранения, блок вычисления поправок, индикатор, при этом выход блока управления соединен с входами передающего и приемного блоков, блока цифровой обработки сигналов, индикатором и блоком хранения, выход передающего блока соединен с входом излучающей антенны, выход приемной антенны соединен с входом приемного блока, выход которого соединен с входом блока цифровой обработки сигналов, причем выход последнего соединен с входами блока хранения и индикатора, а выход блока вычисления поправок соединен с входом блока цифровой обработки сигналов.

Устройство-прототип обладает существенным недостатком, заключающемся в том, что смена шкалы дальности возлагается на оператора, который имеет относительно низкое быстродействие и не всегда может принять правильные решения (например, в случае сложного характера рельефа дна), что может привести к частичной потере информации о рельефе дна. Часто оператор устанавливает шкалу дальности с большим запасом по максимальному значению измеряемой дальности, в результате увеличивается размер файла получаемых гидроакустических данных, записываемых на накопитель, также оказывается негативное влияние на алгоритмы оценки глубины из-за необходимости фильтрации эхосигналов двукратного отражения от дна.

Задачей полезной модели является разработка устройства для съемки рельефа дна акватории с опцией автоматической установки шкалы дальности.

Технический результат заключается в повышении надежности управления процессом установки шкалы дальности при съемке рельефа дна акватории.

Для достижения указанного технического результата в известное устройство для съемки рельефа дна, содержащее Т-образно расположенные излучающую и приемную антенны, образующие пару и размещенные в днище судна, причем излучающая антенна расположена в диаметральной плоскости, а приемная - в траверзной плоскости, также содержащее передающий блок, приемный блок, блок цифровой обработки сигналов, блок управления, блок хранения, блок вычисления поправок, индикатор, при этом выход блока управления соединен с входами передающего и приемного блоков, блока цифровой обработки сигналов, индикатором и блоком хранения, первый выход передающего блока соединен с входом первой излучающей антенны, выход первой приемной антенны соединен с входом первого приемного блока, выход которого соединен с входом блока цифровой обработки сигналов, а выход последнего соединен с входами блока хранения и индикатора, при этом выход блока вычисления поправок соединен с входом блока цифровой обработки сигналов, введены следующие новые признаки:

- дополнительно введен блок управления шкалой дальности, причем вход блока управления шкалой дальности соединен с выходом блока цифровой обработки сигналов, выход блока управления шкалой дальности соединен с входом блока управления.

Поясним достижение технического результата.

Использование блока управления шкалой дальности, реализующего функции фильтрации и предсказания, позволяет минимизировать влияние ошибок измерения глубины, а также учитывать характер рельефа дна при выполнении съемки в процессе управления, что обеспечивает смену шкалы дальности в автоматическом режиме, а также позволяет минимизировать участие оператора и повысить надежность управления процессом установки шкалы дальности.

Сущность полезной модели поясняется фиг. 1-5.

На фиг. 1 представлена структурная блок-схема устройства съемки рельефа дна.

На фиг. 2 представлен приемный блок, на фиг. 3 -передающий блок, на фиг. 4 - блок цифровой обработки сигналов.

Устройство (фиг. 1) состоит из пары Т-образно расположенных приемной антенны 1 и излучающей антенны 2, приемного блока 3, передающего блока 4, блока 5 цифровой обработки сигналов, блока 6 управления шкалой дальности, блока 7 управления, блока 8 вычисления поправок, блока 9 хранения, индикатора 10.

Вход излучающей антенны 2 соединен с выходом передающего блока 4, выход приемной антенны 1 соединен с входом приемного блока 3, выход которого соединен с входом блока 5 цифровой обработки эхосигналов, выход блока 5 соединен с входами блока 6 управления шкалой дальности, блока 9 хранения и индикатора 10, выход блока 6 соединен с входом блока 7 управления, выход блока 5 соединен с входом блока 8. Выход блока 7 управления соединен с входом приемного блока 3 и передающего блока 4, блока 5, блока 6, блока 8, блока 9 и индикатора 10.

Т-образное расположение приемной и излучающей антенн необходимо для формирования полосы обзора многолучевого эхолота, образуемой в результате пространственного перекрытия характеристик направленности излучающей и приемной антенн.

Приемный блок 3 (фиг. 2) состоит из полосового фильтра 11, усилителя 12, аналогово-цифрового преобразователя 13, устройства 14 контроля.

Передающий блок 4 (фиг. 3) состоит из генератора 15, усилителя 16 мощности, устройства 17 согласования генератора с антеннами, преобразователя 18 напряжения питания, устройства 19 контроля.

Блок 5 цифровой обработки сигналов (фиг. 4) состоит из интерфейсного блока 20, согласованного фильтра 21, цифрового формирователя 22 веера приемных характеристик направленности, блока 23 расчета наклонных дальностей, блока 24 пересчета наклонных дальностей в истинные глубины с учетом поправок, интерфейсного блока 25 упаковки полученных данных для отображения и хранения.

Блок 6 управления шкалой дальности (фиг. 5) состоит блока 26 накопления, блока 27 фильтрации, блока 28 предсказания, решающего устройства 29.

Блок 7 управления состоит из процессорного устройства, оперативного запоминающего устройства и кварцевого генератора.

Блок 8 вычисления поправок состоит из микроконтроллера и программируемой логической интегральной схемы.

Блок хранения 9 представляет собой постоянное запоминающее устройство емкостью не менее 8 Гб.

Индикатор 10 представляет собой жидкокристаллический дисплей с диагональю 12 дюймов.

Устройство работает следующим образом. По командным импульсам, вырабатываемым блоком 7 управления, в передающем блоке 4 (фиг. 3) осуществляется формирование электрического импульса, который преобразуется в акустический импульс излучающей антенной 2 и излучается в сторону дна. Прием и преобразование в электрические сигналы осуществляется приемной антенной 1. Принятые электрические сигналы от приемной антенны 1, поступают на приемный блок 3 (фиг. 2), где выполняется полосовая фильтрация, усиление и аналого-цифровое преобразование. Далее оцифрованные данные поступают в блок 5 цифровой обработки сигналов (фиг. 4), где выполняется согласованная фильтрация, формирование веера приемных характеристик направленности электронным способом, расчет наклонных дальностей, пересчет их в истинные глубины с учетом поправок, рассчитанных в блоке 8 вычисления поправок.

С выхода блока 5 данные (истинные глубины и их геодезические координаты) поступают в блок 9 хранения и на индикатор 10 для отображения, а также в блок 6 управления шкалой дальности.

Поясним работу блока 6.

В блоке 26 накопления производится накопление профилей рельефа дна, полученных за текущий цикл зондирования и М предыдущих (число М из имеющегося набора значений заранее задает оператор исходя из априорных сведений о характере рельефа дна, скорости съемки). Профиль рельефа дна состоит из К значений оценок глубины, полученных по К приемным характеристикам направленности (число К является технической характеристикой многолучевого эхолота). В блоке 27 фильтрации выполняется разделение каждого р-ого профиля рельефа дна на N групп по Ni значений и фильтрация оценок глубины в каждой группе:

где

N=K/N₁ - зависит от числа формируемых приемных характеристик направленности;

р - номер текущего цикла зондирования.

В блоке 28 предсказания по формулам (2)-(5) производится расчет коэффициентов линейной регрессии для каждой из групп оценок глубины по наколенным данным на текущий р-ый цикл зондирования:

где n - номер группы оценок глубины в профиле рельефа дна.

Далее выполняется расчет предсказания глубины для каждой n-ой группы оценок глубины на следующий р+1 цикл зондирования по формуле:

В решающем устройстве 29 производится анализ полученных предсказаний для принятия решения о смене шкалы дальности на следующий цикл зондирования согласно набору условий:

Если d₁₀<d_1,p+1(n)<d₂₀ для

, тогда смена шкалы дальности на следующий цикл зондирования не производится.

Если d_1,p+1(n)≤d₁₀, для любых N₂=0.8N значений n из имеющихся N, тогда шкала дальности на следующем цикле зондирования, характеризующаяся максимальным значением измеряемой дальности D_max меняется на шкалу дальности с максимальным значением измеряемой дальности

Если d_1,p+1(n)≥d₂₀, для любых N₂=0.8N значений n из имеющихся N, тогда шкала дальности на следующем цикле зондирования, характеризующаяся максимальным значением измеряемой дальности D_max меняется на шкалу дальности с максимальным значением измеряемой дальности

Значения d₁₀=0.6D_max и d₂₀=0.9D_max рассчитываются заранее для каждой шкалы дальности с максимальным значением измеряемой дальности D_max и хранятся в решающем устройстве.

В результате анализа предсказаний решающее устройство 29 по набору условий вырабатывает решение о необходимости смены шкалы дальности на следующий цикл зондирования для последующей выдачи в блок 7 управления.

Одновременно по командным импульсам блока 7 управления осуществляется прием информации от судовой радионавигационной системы, гидроакустического лага, курсоуказателя, измерителей составляющих качки, измерителя скорости звука для расчета соответствующих поправок в блоке 8 и выдачи их в блок 5.

Предложенное устройство съемки рельефа дна акватории позволяет в автоматическом режиме изменять шкалу дальности, что обуславливает повышение надежности управления процессом установки шкалы дальности при съемке рельефа дна, таким образом, технический результат полезной модели достигнут.