RU2032187C1 - Sonar synchronous range-finding navigation system - Google Patents
Sonar synchronous range-finding navigation system Download PDFInfo
- Publication number
- RU2032187C1 RU2032187C1 SU5058302A RU2032187C1 RU 2032187 C1 RU2032187 C1 RU 2032187C1 SU 5058302 A SU5058302 A SU 5058302A RU 2032187 C1 RU2032187 C1 RU 2032187C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- output
- distance
- inputs
- sonar
- receiver
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Measurement Of Velocity Or Position Using Acoustic Or Ultrasonic Waves (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к гидроакустике и может быть использовано при разработке гидроакустических навигационных систем повышенной точности, работающих при наличии отражающих границ раздела, т.е. при волноводных условиях распространения. The invention relates to sonar and can be used in the development of sonar navigation systems of high accuracy, operating in the presence of reflecting interfaces, i.e. under waveguide propagation conditions.
Известна гидроакустическая дальномерная навигационная система [1], состоящая из М гидроакустических маяков-ответчиков, устанавливаемых в районе работы объекта навигации и размещенных на объекте гидроакустического передатчика, опрашивающего маяки-ответчики на частоте fо, М-канального приемника, принимающего ответы маяков-ответчиков на частотах f1, f2, ..., fм, и вычислителя координат объекта навигации.Known sonar rangefinder navigation system [1], consisting of M sonar beacons-transponders installed in the area of operation of the navigation object and located on the site of the sonar transmitter, interrogating beacons-responders at a frequency f o , M-channel receiver that receives responses from beacons-responders to frequencies f 1 , f 2 , ..., f m , and a position calculator of the navigation object.
В дальномерной навигационной системе такого типа координаты определяются по набору дистанций, каждая из которых определяется через измеренное время задержки ответа t по формуле r = Ct/2, где: С - средняя скорость звука для заданного района работы. In a rangefinder navigation system of this type, the coordinates are determined by a set of distances, each of which is determined through the measured response delay time t according to the formula r = Ct / 2, where: C is the average speed of sound for a given area of work.
Недостатком такой навигационной системы является большая погрешность определения координат, связанная с непостоянством скорости звука в реальной морской среде, а также с явлением многолучевости распространения звука при наличии отражающих границ раздела. The disadvantage of such a navigation system is the large error in determining the coordinates associated with the inconstancy of the speed of sound in a real marine environment, as well as with the multipath phenomenon of sound propagation in the presence of reflecting interfaces.
Наиболее близким к предлагаемому техническим решением является гидроакустическая навигационная система [2], содержащая донную навигационную базу из М гидроакустических приемоответчиков с различными частотами ответа и размещенные на объекте навигации гидроакустический передатчик, вход которого соединен с выходом генератора синхроимпульсов, М-канальный приемник, выходы которого подключены к входам М измерителей времени распространения гидроакустических сигналов до приемоответчика, работающего на частоте этого канала и обратно, вторые входы которых соединены с выходом генератора синхроимпульсов, N (по числу видов возможных траекторий лучей в каждом из М каналов) блоков преобразования временных интервалов в дистанции, входы которых подключены к выходу измерителя времени распространения соответствующего канала, и блок выбора максимального значения дистанции, вход которого подключен к выходам N блоков преобразования временных интервалов в дистанции данного канала, а выходы блоков выбора максимального значения дистанции всех М каналов соединены с входами вычислителя координат объекта навигации. Closest to the proposed technical solution is a hydroacoustic navigation system [2], containing a bottom navigation base of M hydroacoustic transponders with different response frequencies and a hydroacoustic transmitter located at the navigation object, the input of which is connected to the output of the clock generator, an M-channel receiver, the outputs of which are connected to the inputs of the M meters of the propagation time of hydroacoustic signals to a transponder operating at the frequency of this channel and vice versa the input inputs of which are connected to the output of the clock generator, N (by the number of types of possible ray paths in each of the M channels) of the blocks for converting time intervals into distances, the inputs of which are connected to the output of the propagation time meter of the corresponding channel, and the unit for selecting the maximum distance value, the input of which connected to the outputs of N blocks for converting time intervals in the distance of a given channel, and the outputs of blocks for selecting the maximum distance value of all M channels are connected to the inputs I coordinate the navigation object.
Включение в навигационную систему N блоков преобразования измеренных временных интервалов в дистанции в каждом из приемных каналов позволяет учесть в рамках какой-либо расчетной модели, например лучевой, как рефракцию лучей, связанную с непостоянством скорости звука, так и многолучевость процесса распространения, связанную с наличием отражающих границ раздела. The inclusion in the navigation system of N blocks of conversion of the measured time intervals in the distance in each of the receiving channels allows one to take into account, within the framework of some calculation model, for example, the ray refraction associated with the inconstancy of the speed of sound, as well as the multipath propagation process associated with the presence of reflecting section boundaries.
Недостатком такой навигационной системы также является достаточно большая погрешность определения координат, связанная с тем, что используется при обработке только часть информации о времени прихода сигнала, а именно, его переднего фронта, а также с определенной вероятностью появления помехи в канале приема, которая будет воспринята как полезный сигнал, если время ее прихода меньше времени прихода полезного сигнала. В этом случае измеритель времени распространения, который срабатывает от первого из принятых сигналов, зафиксирует время прихода, отличающееся от реального, что в конечном счете приведет к неконтролируемой погрешности определения координат объекта. A disadvantage of such a navigation system is also a sufficiently large error in determining the coordinates, due to the fact that only part of the information about the time of arrival of the signal, namely, its leading edge, and also with a certain probability of interference in the receiving channel, which is perceived as useful signal if its arrival time is less than the arrival time of the useful signal. In this case, the propagation time meter, which is triggered from the first of the received signals, will record the arrival time that differs from the real one, which ultimately will lead to an uncontrolled error in determining the coordinates of the object.
Цель изобретения - разработать такую гидроакустическую синхронную дальномерную навигационную систему, позволяющую уменьшить погрешность определения координат объекта навигации. The purpose of the invention is to develop such a sonar synchronous rangefinder navigation system that allows to reduce the error in determining the coordinates of the navigation object.
Для этого в гидроакустической синхронной дальномерной навигационной системе, содержащей донную навигационную базу из М гидроакустических приемоответчиков с различными частотами ответа и размещенные на объекте навигации гидроакустический передатчик, генератор синхроимпульсов, М-канальный приемник, М измерителей времени распространения гидроакустических сигналов до приемоответчиков и обратно, M˙ N блоков преобразования временных интервалов в дистанции по N в каждом из М каналов, М блоков выбора максимального значения дистанций из N значений и вычислитель координат объекта навигации, введены в каждый из М каналов N-1 дополнительных измерителей времени распространения, N-1 мультивибраторов задержки, N-1 мультивибраторов строб-импульса, N-1 селекторов, причем первые входы N-1 измерителей времени распространения соединены с выходом генератора синхроимпульсов, вторые входы соединены с первыми выходами соответствующих селекторов, а выходы - c N˙M входами блока преобразования временных интервалов в дистанции, первый вход каждого из селекторов соединен с выходом соответствующего мультивибратора строб-импульса, второй вход - с выходом соответствующего канала приемника, вход первого мультивибратора задержки соединен с выходом соответствующего канала приемника, а вход каждого последующего мультивибратора задержки соединен с вторым выходом соответствующего селектора. For this, in a hydroacoustic synchronous rangefinder navigation system containing a bottom navigation base of M hydroacoustic transponders with different response frequencies and a hydroacoustic transmitter, a clock generator, an M-channel receiver, M measuring instruments for the propagation time of hydroacoustic signals to and from transponders, M˙ N blocks for converting time intervals in the distance by N in each of the M channels, M blocks for selecting the maximum distance values from N s The values and the coordinate calculator of the navigation object are introduced into each of the M channels N-1 of additional propagation time meters, N-1 delay multivibrators, N-1 strobe multivibrators, N-1 selectors, the first inputs of N-1 propagation time meters with the output of the clock generator, the second inputs are connected to the first outputs of the corresponding selectors, and the outputs are with N˙M inputs of the unit for converting time intervals to distances, the first input of each of the selectors is connected to the output of the corresponding about the strobe multivibrator, the second input is with the output of the corresponding receiver channel, the input of the first delay multivibrator is connected to the output of the corresponding receiver channel, and the input of each subsequent delay multivibrator is connected to the second output of the corresponding selector.
В каждый из М каналов введены по числу видов N лучевых траекторий N˙(N - 1) дополнительных блоков преобразования временных интервалов в дистанции, N-1 блоков выбора максимального значения дистанции и усреднитель дистанций, причем входы каждого из N-1 наборов по N блоков преобразования временных интервалов в дистанции соединены с соответствующими выходами N-1 дополнительных измерителей временных интервалов, а выходы - с входами N-1 блоков выбора максимального значения, выходы всех блоков выбора максимального значения соединены с N входами усреднителя дистанций, а выход усреднителя дистанций соединен с входом вычислителя координат объекта навигации. According to the number of types of N ray paths, N˙ (N - 1) additional blocks for converting time intervals into distances, N-1 blocks for selecting the maximum distance value and a distance averager are introduced into each of the M channels, the inputs of each of the N-1 sets of N blocks conversions of time intervals in the distance are connected to the corresponding outputs N-1 of additional time interval meters, and the outputs are connected to the inputs of N-1 blocks for selecting the maximum value, the outputs of all blocks for selecting the maximum value are connected to N inputs distance meter, and the output of the distance averager is connected to the input of the coordinates calculator of the navigation object.
Такое конструктивное исполнение гидроакустической синхронной дальномерной навигационной системы позволило при многолучевом распространении сигнала принимать приемником целую серию импульсов, каждый из которых соответствует одной из возможных лучевых траекторий, и каждое из измеренных времен прихода этих импульсов ti,n может быть использовано для определения искомого расстояния. Эта избыточность информации и используется для уменьшения погрешности определения дистанции и координат объекта навигации.Such a design of a hydroacoustic synchronous rangefinder navigation system allowed the receiver to receive a series of pulses during multipath signal propagation, each of which corresponds to one of the possible ray paths, and each of the measured arrival times of these pulses t i, n can be used to determine the desired distance. This redundancy of information is used to reduce the error in determining the distance and coordinates of the navigation object.
Так, например, при использовании N импульсов, соответствующих различным лучевым траекториям, погрешность определения расстояния уменьшается в раз в сравнении с прототипом.So, for example, when using N pulses corresponding to different ray paths, the error in determining the distance decreases in times in comparison with the prototype.
При попадании в канал приема помехи, предшествующей появлению полезного сигнала, она также вызывает ложное срабатывание, однако, за последующие N-1 циклов селекции полезного сигнала он будет принят селектором и N-1 значение измеренных времен прихода ti,n будут использоваться для определения искомого расстояния. При усреднении всего набора N измеренных дистанций усреднителем 12i удельный вес одного ошибочного измерения будет существенно уменьшен, а погрешность измерения дистанции при наличии помехи будет уменьшена в N раз.If the interference channel preceding the appearance of the useful signal gets into the receiving channel, it also causes a false alarm, however, for the next N-1 cycles of selecting the useful signal, it will be accepted by the selector and N-1 value of the measured arrival times t i, n will be used to determine the desired distance. When averaging the entire set of N measured distances by
Для того, чтобы после прихода помехи полезный сигнал попал в интервал селекции τ1 его длительность должна равняться максимальному ожидаемому времени прихода полезного сигнала tмакс, увеличенному на время уширения сигнала за счет дисперсии
τ1 = tмакс(1 + Δ C/C); Δ C = Cгр - С, где: С - скорость звука в среде; Сгр - скорость звука в грунте.In order for the useful signal to fall into the selection interval τ 1 after the interference arrives, its duration should be equal to the maximum expected useful signal arrival time t max , increased by the signal broadening time due to dispersion
τ 1 = t max (1 + Δ C / C); Δ C = C gr - C, where: C is the speed of sound in the medium; With gr - the speed of sound in the ground.
Таким образом, предлагаемая навигационная система в новой совокупности существенных признаков по своим характеристикам превосходит по уровню техники известные аналогичные навигационные системы, а совокупность существенных признаков изобретения имеет причинно-следственную связь с достигнутым техническим результатом. Thus, the proposed navigation system in a new set of essential features in its characteristics exceeds the prior art similar analogous navigation systems, and the set of essential features of the invention has a causal relationship with the achieved technical result.
На фиг. 1 изображена структурная схема навигационной системы; на фиг. 2 показаны временные соотношения между принятыми сигналами и работа временных селекторов. In FIG. 1 is a structural diagram of a navigation system; in FIG. 2 shows the temporal relationships between the received signals and the operation of the time selectors.
На фиг. 1, 2 показаны приемоответчики 1, i i-го канала, i = 1 - M; передатчик 2 акустических импульсов; М-канальный приемник 3; блок 4iизмерения времен распространения гидроакустических сигналов; измеритель 4i,n времени распространения n импульса в i-ом канале, n = 1 - N; мультивибратор 5i-K задержки i-го канала, K = 1 - (N - 1); мультивибратор 6i,k строб-импульса i-го канала, K = 1 - (N - 1); селектор 7i,K i-го канала, K = 1 - (N - 1); блок 8i,n выбора максимальных значений в i-ом канале, n = 1 - N; блок 9 преобразования временных интервалов в дистанции i-го канала; блок 9i(n,n') преобразования временного интервала в дистанцию для лучевой траектории n', n = 1 - N, n' = 1 - N; вычислитель 10 координат объекта; генератор 11 синхроимпульсов; усреднитель 12i дистанций.In FIG. 1, 2 shows
Система работает следующим образом. The system operates as follows.
Генератор 11 синхроимпульсов запускает передатчик 2 акустических импульсов и обнуляет M . N измерителей 4i,n (i = 1 - M, n= 1 - N) времени распространения гидроакустических сигналов до приемоответчиков.
В момент запуска передатчик 2 излучает акустический сигнал запроса на частоте fo, который распространяясь в водной среде, принимается приемоответчиками 1i (i = 1 - M). Каждый из приемоответчиков излучает в момент прихода на него сигнала запроса акустический сигнал ответа на частоте fi (i = 1 - M). Сигналы, излученные приемоответчиками, распространяясь в воде, принимаются М-канальным приемником 3 гидроакустических сигналов. Каждый из каналов приемника 3i настроен на одну из частот f1 и принимает сигнал ответа, излученный соответствующим приемоответчиком 1i. Усиленные и продетектированные в приемнике сигналы с выхода каждого из каналов поступают в блок 4i измерения времени распространения гидроакустических сигналов.At the time of starting, the
Сигнал с первого выхода i-го канала приемника 3i поступает на запирающий вход измерителя времени 4i,1 и запирает своим передним фронтом интегратор от импульсов меток времени генератора 11 синхроимпульса в момент времени ti,1 (фиг. 2). В момент формирования генератором 11 синхроимпульсов следующего синхронизирующего импульса происходит передача в цифровом коде информации о числе меток времени, сосчитанных (накопленных) измерителем времени 4i,1, характеризующем величину времени распространения сигнала от объекта навигации до соответствующего приемоответчика и обратно по наикратчайшей траектории из N лучевых траекторий из первого интегратора в первые N блоков 9i(1,n') (n' = 1 - N) преобразования временного интервала ti,1 в дистанции τi , 1n'. Различные блоки преобразования 9i(1,n'), соответствующие различным n', преобразуют временной интервал ti,1 в N различных дистанций, соответствующих различным типам лучевых траекторий, каждая из которых характеризуется числом точек заворота или отражений от границ раздела. Найденные в блоках преобразования 9i(1,n') N значений дистанций τi,n' поступают на входы блока выбора максимального значения дистанций 8i,1, с выхода которого максимальное значение дистанции поступает на первый вход усреднителя 12i дистанций.The signal from the first output of the ith channel of the
Сигнал со второго выхода i-го канала приемника 3i поступает на вход мультивибратора задержки 5i,1, который, открываясь, вырабатывает импульс задержки, длительность которого равна длительности излученного сигнала τ . Задний фронт этого импульса открывает мультивибратор строб-импульса 6i,1, который, открываясь, вырабатывает импульс, длительность которого τ1 определяется заранее с учетом максимальнaго уширения рабочего сигнала при его распространении за счет многолучевости. Строб-импульс длительностью τ поступает на первый вход селектора 7i,1 и открывает его. При поступлении с третьего выхода i-го канала приемника на второй вход селектора 7i,1 полезного сигнала на его выходе появится та часть полезного сигнала, которая лежит в интервале селекции τ1 , причем полезный сигнал с первого выхода селектора 7i,1 поступает на запирающий вход измерителя 4i,2 времени распространения и запирает его в момент времени ti,2 (фиг. 2), а со второго выхода - на вход мультивибратора задержки 5i,2 и открывает его на время τ. Задний фронт импульса мультивибратора задержки 5i,2 открывает мультивибратор строб-импульса, при этом продолжается процесс селекции оставшейся части полезного сигнала N раз по числу селектируемых возможных лучевых траекторий и соответствующих им времен распространения ti,n, n = 1 - N.The signal from the second output of the ith channel of the
Все измеренные времена распространения ti,n поступают на входы соответствующих блоков преобразования временных интервалов в дистанции 9i (n, n'), в которых каждое значение ti,n преобразуется в набор возможных дистанций τi,n n'(n' = 1 - N), значения которых поступают на входы соответствующих блоков выбора максимальных значений 8i,n, с выходов которых все максимальные значения дистанций τi,n (n = 1 - N) поступают на соответствующие входы усреднителя 12i дистанций.All measured propagation times t i, n are supplied to the inputs of the corresponding blocks for converting time intervals to distances 9 i (n, n '), in which each value t i, n is converted into a set of possible distances τ i, n n' (n '= 1 - N), the values of which go to the inputs of the corresponding blocks for choosing the maximum values of 8 i, n , from the outputs of which all the maximum values of the distances τ i, n (n = 1 - N) go to the corresponding inputs of the
С выходов усреднителей дистанций 12i найденные значения средних дистанций поступают на вход вычислителя 10 координат объекта навигации.From the outputs of the
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU5058302 RU2032187C1 (en) | 1992-08-10 | 1992-08-10 | Sonar synchronous range-finding navigation system |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU5058302 RU2032187C1 (en) | 1992-08-10 | 1992-08-10 | Sonar synchronous range-finding navigation system |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2032187C1 true RU2032187C1 (en) | 1995-03-27 |
Family
ID=21611388
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
SU5058302 RU2032187C1 (en) | 1992-08-10 | 1992-08-10 | Sonar synchronous range-finding navigation system |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2032187C1 (en) |
Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2444759C1 (en) * | 2010-09-21 | 2012-03-10 | Юрий Николаевич Жуков | Navigation method of underwater object by means of hydroacoustic navigation system |
RU2451300C1 (en) * | 2010-11-30 | 2012-05-20 | Василий Алексеевич Воронин | Hydroacoustic navigation system |
RU2624980C1 (en) * | 2016-08-08 | 2017-07-11 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Тихоокеанский океанологический институт им. В.И. Ильичева Дальневосточного отделения Российской академии наук (ТОИ ДВО РАН) | Hydroacoustic rho-rho navigation system |
RU2629689C1 (en) * | 2016-06-22 | 2017-08-31 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем морских технологий Дальневосточного отделения Российской академии наук (ИПМТ ДВО РАН) | Hydroacoustic complex for detecting moving source sound, measuring azimuthal angle to source and horizon source of sound in fine sea |
RU2634786C1 (en) * | 2016-07-04 | 2017-11-03 | Акционерное Общество "Концерн "Океанприбор" | Method for determining noisy object maneuver |
RU2649073C1 (en) * | 2016-12-19 | 2018-03-29 | Акционерное Общество "Концерн "Океанприбор" | Method for determining coordinates of the underwater object by the hydroacoustic system of underwater navigation with an alignment beacon |
-
1992
- 1992-08-10 RU SU5058302 patent/RU2032187C1/en active
Non-Patent Citations (2)
Title |
---|
1. A high - resolution pulse - Dopplec underusatoc acoustic navigation System IEEE Jornal of oceanie chgineering, 1976, N 1, N 1 p.6-13 * |
2. Авторское свидетельство СССР N 713278, кл. G 01S 15/08, 1978. * |
Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2444759C1 (en) * | 2010-09-21 | 2012-03-10 | Юрий Николаевич Жуков | Navigation method of underwater object by means of hydroacoustic navigation system |
RU2451300C1 (en) * | 2010-11-30 | 2012-05-20 | Василий Алексеевич Воронин | Hydroacoustic navigation system |
RU2629689C1 (en) * | 2016-06-22 | 2017-08-31 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем морских технологий Дальневосточного отделения Российской академии наук (ИПМТ ДВО РАН) | Hydroacoustic complex for detecting moving source sound, measuring azimuthal angle to source and horizon source of sound in fine sea |
RU2634786C1 (en) * | 2016-07-04 | 2017-11-03 | Акционерное Общество "Концерн "Океанприбор" | Method for determining noisy object maneuver |
RU2624980C1 (en) * | 2016-08-08 | 2017-07-11 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Тихоокеанский океанологический институт им. В.И. Ильичева Дальневосточного отделения Российской академии наук (ТОИ ДВО РАН) | Hydroacoustic rho-rho navigation system |
RU2649073C1 (en) * | 2016-12-19 | 2018-03-29 | Акционерное Общество "Концерн "Океанприбор" | Method for determining coordinates of the underwater object by the hydroacoustic system of underwater navigation with an alignment beacon |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US5673697A (en) | High-resolution three, dimensional ultrasound imaging device | |
RU2000126837A (en) | METHOD AND SYSTEM FOR MEASURING RADAR REFLECTIVE ABILITY AND DOPPLER SHIFT BY MEANS OF A PULSE RADAR | |
KR100195576B1 (en) | Apparatus for measuring the velocity of moving body | |
US5379270A (en) | Acoustic-optic sound velocity profiler | |
US3388372A (en) | Determination of ocean sound velocity profiles | |
RU2032187C1 (en) | Sonar synchronous range-finding navigation system | |
CA1103489A (en) | Digital type ultrasonic holography apparatus | |
CA2516796A1 (en) | An apparatus and method for distance measurement with controlled modulation of emitted pulses | |
US3863198A (en) | Doppler sonar utilizing period measurement with thresholded receivers | |
US5121125A (en) | Optimum matched illumination waveform design process | |
US3500302A (en) | Sonar bathymetry system transmit-receive sequence programmer | |
US3852705A (en) | Sonar depth tracking system | |
CN107272011A (en) | Time point discrimination method, time point discriminator circuit system and LDMS | |
RU2158431C1 (en) | Sonar synchronous distance-measuring navigation system for hollow sea | |
JPS6349196B2 (en) | ||
JP2837484B2 (en) | Doppler speed detector | |
RU713278C (en) | Hydraulic-acoustic synchronous navigation rho-rho system | |
JPS6359114B2 (en) | ||
JPH06100654B2 (en) | Ultrasonic rangefinder | |
Zedel et al. | Single beam, high resolution pulse-to-pulse coherent Doppler profiler | |
RU2468388C2 (en) | Synchronous hydroacoustic range-finding navigation system | |
US20210341579A1 (en) | System and method for generating very long ppm waveforms | |
Frazer | Some statistical properties of lake surface reverberation | |
JPH0829530A (en) | Fishfinder | |
JP2856042B2 (en) | Radar equipment for vehicles |