RU2078353C1

RU2078353C1 - Method of determination of diving depth of underwater object of known geometric dimensions

Info

Publication number: RU2078353C1
Application number: RU93047422A
Authority: RU
Inventors: Юрий Константинович Павлов
Original assignee: Юрий Константинович Павлов
Priority date: 1993-09-23
Filing date: 1993-09-23
Publication date: 1997-04-27

Abstract

FIELD: underwater acoustics. SUBSTANCE: acoustic signal is emitted into area of possible presence of object, emission and reception of signals are conducted in wide band of frequencies. Frequency on which effect of shadowing of projector by object disappears is determined and by these data depth of object is found. To determine depth of object having periodic structure one chooses wave length exceeding distance between composite parts of object but commensurable with total dimensions of the latter. EFFECT: enhanced reliability of method. 2 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к области гидроакустики, в частности к определению глубины погружения подводного объекта при известных его геометрических размерах в горизонтальной плоскости гидроакустическими методами. The invention relates to the field of hydroacoustics, in particular to determining the immersion depth of an underwater object with its known geometric dimensions in the horizontal plane by hydroacoustic methods.

Широко известно в волновой теории явление дифракции волн [1] которое проявляется в огибании объекта волнами при определенном соотношении длины волны и геометрических размеров объекта. При этом может быть измерена такая длина волны, при которой исключается полностью явление затенения объективом источника волны, если этот объект расположен между источником и приемником. It is widely known in the wave theory that the phenomenon of wave diffraction [1] is manifested in the envelope of an object by waves at a certain ratio of wavelength and geometric dimensions of the object. In this case, such a wavelength can be measured at which the phenomenon of shadowing of the wave source by the lens is completely eliminated if this object is located between the source and the receiver.

Предлагаемое изобретение направлено на решение задачи определения глубины погружения сплошных и имеющих периодическую структуру подводных объектов и их положения на линии, соединяющей излучатель с приемником, если излучатель находится вблизи поверхности, то приемник расположен на дне, а объект находится между ними. The present invention is aimed at solving the problem of determining the immersion depth of continuous and having a periodic structure of underwater objects and their position on the line connecting the emitter to the receiver, if the emitter is near the surface, the receiver is located at the bottom, and the object is located between them.

Сущность заявляемого изобретения состоит в том, что при использовании явления дифракции в условиях, описанных выше, измерение звукового давления на приемнике производится в широком диапазоне частот. При этом фиксируют значения частоты и определяют соответствующую ее длину волны, при которой эффект затенения объектом излучаемого сигнала исчезает, и по этой частоте определяют глубину погружения объекта. Если измеряется глубина погружения несплошного объекта, то измерения производят на частотах, при которых длина волны превышает расстояние между отдельными частями объекта. The essence of the claimed invention is that when using the diffraction phenomenon under the conditions described above, the sound pressure at the receiver is measured in a wide frequency range. In this case, the frequency values are fixed and its corresponding wavelength is determined at which the shadowing effect of the emitted signal disappears by the object, and the immersion depth of the object is determined from this frequency. If the immersion depth of a non-continuous object is measured, then measurements are made at frequencies at which the wavelength exceeds the distance between the individual parts of the object.

На фиг. 1a представлено общее расположение объекта, излучателя и приемника в процессе измерения (1 приемник-гидрофон; 2 излучатель; 3 - подводный объект). На фиг. 1б представлена схема, поясняющая принцип измерения глубины, основанный на явлении дифракции звуковых волн при встрече их с объектом (h глубина объекта; D горизонтальный геометрический размер объекта; Δθ отклонение звукового луча вследствие дифракции; L₀ - расстояние от объекта до приемника, при котором дифрагирующие лучи сходятся; W отклонение дифрагирующих лучей на расстоянии L₀; H глубина водоема). На фиг. 2 представлена блок-схема измерительного тракта для реализации предложенного способа (1 гидрофон; 2 широкополосный усилитель; 3 анализатор спектра).In FIG. 1a shows the general arrangement of the object, emitter and receiver during the measurement process (1 receiver-hydrophone; 2 emitter; 3 - underwater object). In FIG. 1b is a diagram explaining the principle of measuring depth based on the phenomenon of diffraction of sound waves when they meet an object (h is the depth of the object; D is the horizontal geometric size of the object; Δθ is the deviation of the sound beam due to diffraction; L ₀ is the distance from the object to the receiver at which the diffracting rays converge; W deviation of diffracting rays at a distance L ₀ ; H depth of the reservoir). In FIG. 2 shows a block diagram of a measuring path for implementing the proposed method (1 hydrophone; 2 broadband amplifier; 3 spectrum analyzer).

Осуществление способа возможно, если использовать явление дифракции, состоящее в огибании объекта звуковыми волнами. При этом, чем больше отношение длины волны l к размеру объекта D, тем больше отклоняется луч, заходя в область тени. На расстоянии L₀ лучи, огибающие объект, сойдутся в одной точке. Это будет соответствовать отклонению W=D/2 и частоте, при которой явление тени исчезает (F₀).The implementation of the method is possible if you use the phenomenon of diffraction, which consists in the bending of an object by sound waves. Moreover, the larger the ratio of wavelength l to the size of the object D, the more the beam is deflected, entering the shadow region. At a distance L _{0 the} rays enveloping the object converge at one point. This will correspond to the deviation W = D / 2 and the frequency at which the shadow phenomenon disappears (F ₀ ).

Из фиг. 1б следует:

где C скорость звука в воде.From FIG. 1b follows:

where C is the speed of sound in water.

В свою очередь L₀ H-h. Тогда глубина погружения объекта при его известных размерах рассчитывается по формуле:

.In turn, L ₀ Hh. Then the immersion depth of the object with its known dimensions is calculated by the formula:

.

Излучатель 2 (фиг. 1) используется широкополосный и размещается вблизи поверхности. Излучаемые им звуковые колебания в зависимости от отношения длины волны к размерам объекта отражаются последним или огибают его. Последние принимаются гидрофоном 1 (фиг. 1а,б), усиливаются широкополосным усилителем 2 (фиг. 2) и регистрируются анализатором спектра 3 (фиг. 2). С его помощью и определяют частоту, начиная с которой исчезает эффект затенения. The emitter 2 (Fig. 1) is used broadband and is located near the surface. Sound vibrations emitted by him, depending on the ratio of the wavelength to the size of the object, are reflected last or go around it. The latter are received by the hydrophone 1 (Fig. 1a, b), amplified by the broadband amplifier 2 (Fig. 2) and recorded by the spectrum analyzer 3 (Fig. 2). With its help, the frequency is determined, starting with which the shading effect disappears.

Если подводный объект имеет в горизонтальной плоскости периодическую структуру (решетка, косяк рыб), то волны длиной менее расстояния между частями объекта будут свободно проникать через структуру. Тогда для определения глубины объекта необходимо использовать волны, длина которых превышает расстояние между частями объекта, т. е. использовать свойства дифракционной решетки. При этом длина волны должна быть соизмерима с общими размерами объекта. If the underwater object has a horizontal structure in the horizontal plane (lattice, school of fish), then waves less than the distance between the parts of the object will freely penetrate the structure. Then, to determine the depth of the object, it is necessary to use waves whose length exceeds the distance between the parts of the object, i.e., use the properties of the diffraction grating. Moreover, the wavelength should be commensurate with the overall size of the object.

Claims

1. A method for determining the immersion depth of an underwater object of known geometric dimensions, based on the use of the phenomenon of wave diffraction, comprising emitting a sound signal into a body of water, passing through the region of presence of an underwater object, receiving and measuring a signal, characterized in that the radiation and reception are carried out in a wide band frequencies, determine the frequency at which the shadowing effect of the object of the emitter disappears, and the immersion depth of the object is calculated from this frequency.

2. The method according to claim 1, characterized in that when determining the depth of an object having a periodic structure, a frequency range is used for measurement, at which the wavelength exceeds the distance between the solid component parts of the object and is comparable with the overall dimensions of the latter.