RU2115136C1 - Method of underwater navigation when determining coordinates of artificial water opening - Google Patents
Method of underwater navigation when determining coordinates of artificial water opening Download PDFInfo
- Publication number
- RU2115136C1 RU2115136C1 RU96123364A RU96123364A RU2115136C1 RU 2115136 C1 RU2115136 C1 RU 2115136C1 RU 96123364 A RU96123364 A RU 96123364A RU 96123364 A RU96123364 A RU 96123364A RU 2115136 C1 RU2115136 C1 RU 2115136C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- coordinates
- wormwood
- beacons
- time
- signals
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Measurement Of Velocity Or Position Using Acoustic Or Ultrasonic Waves (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области физических измерений, а именно к способам и измерительным средствам (пеленгаторам) для определения направления, с которого поступают инфразвуковые, звуковые и ультразвуковые колебания, не имеющие выраженной направленности. The invention relates to the field of physical measurements, and in particular to methods and measuring tools (direction finders) for determining the direction from which infrasound, sound and ultrasonic vibrations that do not have a pronounced directivity arrive.
Искусственную полынью создают для обеспечения аварийного всплытия подводного аппарата (подводной лодки) при подводном плавании в районах арктических морей, покрытых сплошным ледовым покровом. Способы создания искусственной полыньи описаны, например, в авт. св. N 312318 от 03.05.90. Artificial wormwood is created to provide emergency ascent of an underwater vehicle (submarine) during scuba diving in areas of the Arctic seas covered by continuous ice cover. Ways to create artificial wormwood are described, for example, in ed. St. N 312318 from 03.05.90.
Вместе с тем при осуществлении всплытия подводной лодки в искусственной полынье сложной задачей является определение ее координат и, главное, конфигурации, ибо в момент образования полыньи подводная лодка находится на достаточно большом удалении от нее, обеспечивающем безопасность подводной лодки, а оптимальные условия для всплытия в полынье реализуются, когда траектория подводной лодки проходит по диаметру полыньи при круговой форме полыньи или по отрезку максимальной длины полыньи при более сложной форме полыньи. Поэтому актуальной задачей является разработка такого способа подводной навигации, который обеспечивал бы выход подводной лодки на полынью по оптимальной траектории, исключающей необходимость многократного прохода под ней для определения ее конфигурации. At the same time, when floating a submarine in an artificial wormwood, it is a difficult task to determine its coordinates and, most importantly, its configuration, because at the time of the formation of a wormwood, the submarine is at a sufficiently large distance from it, ensuring the safety of the submarine, and the optimal conditions for floating in the wormwood realized when the trajectory of the submarine passes along the diameter of the wormwood with a circular shape of the wormwood or along a segment of the maximum length of the wormwood with a more complex shape of the wormwood. Therefore, the urgent task is to develop such a method of underwater navigation, which would ensure that the submarine enters the wormwood along an optimal trajectory, eliminating the need for multiple passage under it to determine its configuration.
Известны способы подводной навигации, включающие измерение времени между излучением сигнала-запроса и приходом ответных сигналов от одиночных гидроакустических маяков-ответчиков, установленных на дне акватории в точках с известными координатами, вычисление дальности до маяков-ответчиков по измеренному времени и измерение пеленгов на маяки-ответчики с помощью специальной акустической антенны, установленной на подводном аппарате и состоящей из нескольких, расположенных определенным образом приемников, образующих "базу" (см. А.Л.Простаков. Электронный ключ к океану. Л.: Судостроение 1986, с. 30). Такой способ навигации называют способом навигации с использованием системы с короткой базой. Known methods for underwater navigation, including measuring the time between the emission of the request signal and the arrival of response signals from single sonar beacons-transponders installed at the bottom of the water at points with known coordinates, calculating the distance to the transponder beacons from the measured time and measuring bearings to the transponder beacons using a special acoustic antenna mounted on an underwater vehicle and consisting of several receivers arranged in a certain way and forming a “base” (see A.L. Prost Cove. The electronic key to the ocean. L .: Shipbuilding 1986, p. 30). Such a navigation method is called a navigation method using a short base system.
Для определения координат искусственной полыньи при использовании данного способа навигации после определения координат подводного аппарата необходимо обследовать полынью с помощью имеющихся на подводной лодке навигационных определителей разводьев (НОР) или навигационных определителей круговых (НОК), для чего необходимо пройти под полыньей и "присвоить" полынье координаты подводной лодки. To determine the coordinates of an artificial wormwood when using this navigation method, after determining the coordinates of the underwater vehicle, it is necessary to examine the wormwood using the navigation detectors of the scatter (NOR) available on the submarine or the navigation identifiers of circular (NOC), for which it is necessary to go under the wormwood and “assign” the wormwood to the coordinates submarine.
Основным достоинством способа является предельная простота определения места подводного аппарата относительно маяка-ответчика, сводящегося к нанесению на карту пеленга и дистанции по этому пеленгу. Системы с короткой базой широко используются при навигации подводных аппаратов, ведении подводных буровых работ, удержании места плавучими буровыми установками и во многих других случаях. Этот способ подводной навигации при базовом расстоянии порядка 10 м и при нахождении подводного аппарата в пределах окружности радиусом порядка 10% от глубины места под аппаратом обеспечивает погрешность определения места подводного аппарата относительно маяка-ответчика, не превышающую 1% от глубины установки маяка (см. А.Л.Простаков. Электронный ключ к океану. Л.: Судостроение, 1986, с. 30). The main advantage of the method is the extreme simplicity of determining the location of the underwater vehicle relative to the beacon-responder, which is reduced to applying a bearing on the map and the distance along this bearing. Short-base systems are widely used for navigating underwater vehicles, conducting underwater drilling operations, holding space with floating drilling rigs, and in many other cases. This method of underwater navigation with a base distance of about 10 m and when the underwater vehicle is within a circle with a radius of about 10% of the depth below the vehicle provides an error in determining the location of the underwater vehicle relative to the responder beacon, not exceeding 1% of the beacon installation depth (see A .L. Prostakov. Electronic Key to the Ocean. L .: Shipbuilding, 1986, p. 30).
Однако решения-аналоги обладают следующими недостатками. Дальность удаления подводного аппарата от маяка-ответчика существенным образом влияет на точность определения координат аппарата, и при больших глубинах моря такой способ навигации становится неприемлемым для подводных лодок, глубина погружения которых ограничена. Кроме того, решения-аналоги не позволяют определить координаты искусственной полыньи без непосредственного обследования ее навигационным определителем разводьев, что требует прохода подводного аппарата под полыньей. However, analog solutions have the following disadvantages. The range of removal of the underwater vehicle from the defendant beacon significantly affects the accuracy of determining the coordinates of the vehicle, and at large depths of the sea this navigation method becomes unacceptable for submarines, the depth of which is limited. In addition, the analog solutions do not allow to determine the coordinates of the artificial wormwood without a direct examination of its navigational determinant of stains, which requires an underwater vehicle to pass under the wormwood.
Отмеченные недостатки частично устранены в способе подводной навигации с использованием навигационной системы с гидроакустическими маяками с длинной базой (см. А.Л.Простаков. Электронный ключ к океану. Л.: Судостроение, 1986, с. 29) - прототип. Способ основан на запросе с подводного аппарата на одной частоте нескольких маяков-ответчиков, установленных на значительном расстоянии друг от друга в пределах 1-3 миль и от подводного аппарата на расстоянии дальности действия маяков-ответчиков (до 10 миль), и выдаче ответных сигналов маяками на присвоенных им частотах. Промежутки времени между излучением сигнала запроса и приходом ответных сигналов пропорциональны расстояниям от запросчика - подводного аппарата - до соответствующих маяков-ответчиков. The noted drawbacks were partially eliminated in the method of underwater navigation using a navigation system with long-base sonar beacons (see A.L. Prostakov. Electronic key to the ocean. L .: Sudostroenie, 1986, p. 29) - prototype. The method is based on the request from the underwater vehicle at the same frequency of several beacon-transponders installed at a considerable distance from each other within 1-3 miles and from the underwater vehicle at a distance of the range of beacons-responders (up to 10 miles), and the issuance of response signals by beacons at the frequencies assigned to them. The time intervals between the emission of the request signal and the arrival of the response signals are proportional to the distances from the interrogator - the underwater vehicle - to the corresponding transponder beacons.
Принадлежность сигнала определенному маяку-ответчику обозначается его частотой. Полученные замеры расстояний используются для определения места подводного аппарата (подводной лодки) относительно системы маяков-ответчиков, географические координаты которых были определены в ходе их постановки. The belonging of a signal to a particular beacon-transponder is indicated by its frequency. The obtained distance measurements are used to determine the location of the underwater vehicle (submarine) relative to the system of transponder beacons, the geographical coordinates of which were determined during their setting.
Отсутствие необходимости измерения пеленга на маяк-ответчик и наличие нескольких отметок дальностей до соответствующих маяков-ответчиков в точке "обсервация" существенно увеличивают точность определения координат подводного аппарата при большой дальности до маяков-ответчиков, что позволяет применять такой способ подводной навигации при любой глубине места. The absence of the need to measure the bearing to the responder beacon and the presence of several range marks to the corresponding responder beacons at the “observation” point significantly increase the accuracy of determining the coordinates of the underwater vehicle at long range to the responder beacons, which makes it possible to use this method of underwater navigation at any depth of place.
Однако недостаток, связанный с невозможностью дистанционно, не проходя под искусственной полыньей, определить с подводного аппарата координаты и конфигурацию этой полыньи, по-прежнему в указанном техническом решении не устраняется, что ограничивает технические возможности подводных аппаратов (подводных лодок) и не обеспечивает безопасность их плавания под тяжелыми паковыми льдами. However, the disadvantage associated with the inability to remotely, without passing under an artificial wormwood, to determine the coordinates and configuration of this wormwood from the underwater vehicle is still not eliminated in the indicated technical solution, which limits the technical capabilities of underwater vehicles (submarines) and does not ensure their safety under heavy pack ice.
Задачей изобретения является устранение отмеченных недостатков, а именно обеспечение в процессе подводной навигации определения координат и конфигурации искусственной полыньи для аварийного всплытия подводного аппарата в ней без предварительного прохода под ней для обследования полыньи, в частности, с помощью навигационного определителя разводьев или навигационного определителя кругового. The objective of the invention is to eliminate the noted drawbacks, namely, providing in the process of underwater navigation the determination of the coordinates and configuration of the artificial wormwood for the emergency ascent of the underwater vehicle in it without first passing under it to examine the wormwood, in particular, using a navigational guide pin or circular navigation key.
Технический результат достигается выполнением новых операций и иной, отличной от решения-прототипа, последовательностью выполнения операций в способе подводной навигации, включающем измерение времени между излучением сигнала запроса и приходом ответных сигналов от системы маяков-ответчиков с известными координатами и частотами излучений, вычисление дальностей до маяков по измеренному времени и определение места подводного аппарата относительно маяков по вычисленным дальностям, а именно тем, что дополнительно определяют время начала и окончания образования полыньи, до начала образования полыньи определяют пеленги на маяки, расположенные за предполагаемым местом образования полыньи на безопасном удалении от него, после чего ведут счисление координат лучей, по которым распространяются сигналы от маяков до подводного аппарата, и время распространения сигналов, после образования полыньи многократно идентифицируют лучи в процессе движения подводного аппарата и посылок сигналов запроса по разнице времени прихода ответных сигналов и счисленным временем их прихода, в результате чего определяют координаты элементарных объемов воды, пересекаемых лучами, и определяют область полыньи путем селектирования элементарных объемов, пересекаемых лучами, по которым сигналы маяков регистрировались с искажениями во всех идентификациях, по координатам совокупности отселектированных элементарных объемов воды определяют координаты границ и центра искусственной полыньи. The technical result is achieved by performing new operations and another, different from the prototype solution, sequence of operations in the method of underwater navigation, including measuring the time between the emission of the request signal and the arrival of response signals from the system of beacon-responders with known coordinates and frequencies of radiation, calculating the distances to the beacons from the measured time and determining the location of the underwater vehicle relative to the beacons from the calculated ranges, namely the fact that they additionally determine the start time At the end of the ice-hole formation, before the beginning of the ice-hole formation, bearings are determined on the beacons located behind the supposed place of the ice-hole formation at a safe distance from it, after which the coordinates of the rays along which the signals propagate from the lighthouses to the underwater vehicle are calculated, and the signal propagation time, after wormwood formations repeatedly identify the rays during the movement of the underwater vehicle and sending request signals according to the difference in the arrival time of the response signals and the calculated time of their arrival, As a result, the coordinates of the elementary volumes of water intersected by the rays are determined and the area of the wormwood is determined by selecting the elementary volumes intersected by the rays, according to which the lighthouse signals were recorded with distortions in all identifications, the coordinates of the boundaries and the center of the artificial wormwood are determined by the coordinates of the set of selected elementary volumes of water.
В основе предложенного технического решения лежит идея регистрации неоднородностей водной среды, примыкающей к искусственной полынье, созданной подводным ядерным взрывом, и определения координат этих неоднородностей. При этом регистрация неоднородностей в предлагаемом решении осуществляется на основе методов гидроакустической реконструктивной томографии для конечного множества излучателей, в качестве которых используются гидроакустические маяки-ответчики, и одного приемника - гидроакустической станции подводного аппарата, принимающего излучения маяков-ответчиков в нескольких точках известной траектории подводного аппарата. The proposed technical solution is based on the idea of detecting inhomogeneities of the aquatic environment adjacent to the artificial wormwood created by an underwater nuclear explosion and determining the coordinates of these inhomogeneities. In this case, the registration of inhomogeneities in the proposed solution is carried out on the basis of hydroacoustic reconstructive tomography methods for a finite set of emitters, which are used as sonar transponder beacons, and one receiver - a hydroacoustic station of an underwater vehicle that receives radiation from transponder beacons at several points of the known trajectory of the underwater vehicle.
Так как распространение акустических колебаний в воде зависит от ее плотности и вязкости, являющихся функциями температуры, солености и насыщенности воды пузырьками воздуха и других газов, то в предлагаемом решении времени прохождения сигнала-запроса и сигналов маяков-ответчиков через водные слои, прилегающие к искусственной полынье, будут резко отличаться от прогнозируемого времени прохождения этих сигналов, рассчитанного для условий невозмущенных слоев воды. Критерием наличия на трассах прохождения сигналов после образования полыньи неоднородностей водной среды, принадлежащих области искусственной полыньи, является отличие времени прохождения сигналов, регистрируемого гидроакустической станцией подводного аппарата, от расчетного времени, определяемого в результате счисления в процессе движения подводного аппарата по известной траектории. Since the propagation of acoustic vibrations in water depends on its density and viscosity, which are functions of temperature, salinity and water saturation with air bubbles and other gases, in the proposed solution, the time of the request signal and the signals of the responder beacons through the water layers adjacent to the artificial wormwood , will sharply differ from the predicted transit time of these signals, calculated for the conditions of unperturbed layers of water. The criterion for the presence on the signal paths after the formation of a polynya of water inhomogeneities belonging to the artificial polynyas region is the difference in the signal propagation time recorded by the hydroacoustic station of the underwater vehicle from the estimated time determined as a result of calculating the underwater vehicle along a known trajectory.
Интенсивное перемешивание воды при всплытии и пульсациях парогазового пузыря подводного ядерного взрыва, прогрев слоев воды, соприкасающихся с поверхностью пульсирующего парогазового пузыря, температура внутри которого в первые секунды после взрыва достигает миллионы градусов, а давление - сотни тысяч атмосфер, насыщение этих слоев газами, прорывающимися через границу раздела "парогазовый пузырь-вода", а также воздухом и обломками льда при обрушении взрывного султана - факторы, способствующие образованию под искусственной полыньей области существенной неоднородности параметров водной среды, резко контрастирующей на фоне невозмущенной водной среды вне этой области. Поэтому область неоднородностей параметров водной среды легко идентифицируется методами гидроакустической томографии. Intensive mixing of water during the ascent and pulsation of a gas-vapor bubble of an underwater nuclear explosion, heating of water layers in contact with the surface of a pulsating gas-vapor bubble, the temperature inside which reaches millions of degrees in the first seconds after the explosion, and the pressure reaches hundreds of thousands of atmospheres, saturation of these layers with gases breaking through the "gas-vapor bubble-water" interface, as well as air and ice fragments during the collapse of the explosive sultan - factors that contribute to the formation of artificial ice areas of significant heterogeneity of the parameters of the aquatic environment, sharply contrasting with the unperturbed aquatic environment outside this area. Therefore, the region of heterogeneity of the parameters of the aquatic environment is easily identified by methods of hydroacoustic tomography.
Указанная область существования значительных градиентов температуры, солености и насыщенности воды пузырьками газов ограничена в горизонтальной плоскости размерами майны искусственной полыньи, так как размер майны соответствует размерам парогазового пузыря в момент его последней пульсации. По глубине данная область простирается от поверхности до глубины подрыва ядерного заряда - несколько десятков-сотен метров в зависимости от мощности взрыва. Диаметр горизонтального сечения области неоднородностей водной среды составляет порядка 200-500 м. The indicated region of existence of significant temperature, salinity, and water saturation gradients by gas bubbles is limited in the horizontal plane by the dimensions of the artificial wormwood lane, since the size of the lane corresponds to the size of a gas-vapor bubble at the time of its last pulsation. In depth, this region extends from the surface to the depth of the nuclear charge detonation - several tens to hundreds of meters depending on the power of the explosion. The diameter of the horizontal section of the region of heterogeneity of the aquatic environment is about 200-500 m.
Разрешающая способность системы гидроакустических буев ДИБУС, предназначенной для измерения флуктуаций амплитуды, фазы и времени распространения гидроакустических сигналов, вызванных наличием неоднородностей на пути их распространения, как известно, позволяет регистрировать различия параметров водной среды, составляющие всего доли градусов для температуры и доли промилле для солености (см. Л.А.Простаков. Электронный ключ к океану. Л.: Судостроение, 1986, с. 90). В предложенном же решении различия в параметрах водной среды могут быть на два порядка выше, нежели различия, выявляемые вышеуказанной системой буев ДИБУC, что указывает на возможность работы предлагаемого решения в более благоприятных условиях и, следовательно, с большей эффективностью. The resolution of the DIBUS sonar buoys system, designed to measure fluctuations in the amplitude, phase and propagation time of sonar signals caused by the presence of inhomogeneities in the path of their propagation, is known to record differences in the parameters of the aquatic environment, which are only a fraction of degrees for temperature and a fraction of ppm for salinity ( see L. A. Prostakov. Electronic Key to the Ocean. L .: Shipbuilding, 1986, p. 90). In the proposed solution, the differences in the parameters of the aquatic environment can be two orders of magnitude higher than the differences revealed by the above system of DIBUS buoys, which indicates the possibility of the proposed solution working under more favorable conditions and, therefore, with greater efficiency.
Покажем существенность отличительных признаков. We show the materiality of the distinguishing features.
Операции определения времени начала и окончания образования полыньи в решениях-аналогах и решении-прототипе не выполняются. Их выполнение в предлагаемом решении обеспечивает возможность определения разделения периода времени, соответствующего времени образования полыньи, когда шумы, источниками которых являются подводный ядерный взрыв, пульсация парогазового пузыря, ломающийся лед и обрушивающийся султан, столь интенсивны, что заглушают любые полезные сигналы, которые могли бы быть зарегистрированы гидроакустической станцией подводного аппарата. Кроме того, определение времени начала образования полыньи обеспечивает определение предельного времени существования невозмущенной водной среды в предполагаемом месте образования полыньи, в течение которого еще возможно вычисление "базовых" значений времени распространения сигналов от маяков-ответчиков до подводного аппарата в невозмущенной водной среде и их последующее счисление в процессе движения подводного аппарата. Возобновление излучения сигналов-запросов и прием ответных сигналов от маяков-ответчиков сразу после момента окончания образования полыньи обеспечивают возможность уменьшения ошибок счисления координат лучей, по которым распространяются сигналы, а также позволяют идентифицировать лучи, пересекающие область полыньи при максимальных градиентах изменения в ней параметров водной среды. The operations for determining the time of the beginning and end of the formation of wormwood in the solutions-analogues and solution-prototype are not performed. Their implementation in the proposed solution makes it possible to determine the separation of the period of time corresponding to the time of the formation of a wormwood, when the noise generated by an underwater nuclear explosion, the pulsation of a gas-vapor bubble, breaking ice and collapsing sultan are so intense that they drown out any useful signals that could be registered by the sonar station of the underwater vehicle. In addition, determining the start time of the formation of wormwood provides a definition of the time limit for the existence of an undisturbed aquatic environment at the proposed site of the formation of wormwood, during which it is still possible to calculate the "base" values of the propagation time of signals from beacon transponders to an underwater vehicle in an unperturbed water environment and their subsequent calculation during the movement of the underwater vehicle. The resumption of the emission of interrogation signals and the reception of response signals from the responder beacons immediately after the end of the formation of wormwood provides the opportunity to reduce the errors in the number of coordinates of the rays along which the signals propagate, and also allow you to identify the rays crossing the area of the wormwood at the maximum gradients of changes in the water environment .
Определение пеленгов на маяки-ответчики в решении-прототипе не выполняется, хотя после определения места подводного аппарата при известных координатах маяков-ответчиков эта операция может быть выполнена автоматически. Определение пеленгов на маяки-ответчики до начала образования полыньи в предлагаемом решении обеспечивает возможность определения координат лучей, по которым распространяются сигналы маяков-ответчиков до подводного аппарата, и их последующее счисление. The determination of bearings for responder beacons in the prototype solution is not performed, although after determining the location of the underwater vehicle with the known coordinates of the responder beacons, this operation can be performed automatically. The determination of bearings on the responder beacons before the start of ice formation in the proposed solution makes it possible to determine the coordinates of the rays along which the signals of the responder beacons propagate to the underwater vehicle, and their subsequent numbering.
Маяки-ответчики для определения места подводного аппарата в решениях-аналогах и прототипе выбираются произвольно, лишь бы дальность их действия обеспечивала надежный прием их сигнала. В предлагаемом решении искусственная полынья должна находиться между маяками-ответчиками и подводным аппаратом, чтобы лучи, по которым распространяются сигналы маяков-ответчиков до подводного аппарата, как можно чаще проходили через трубку траекторий частиц воды, захватываемых всплывающим парогазовым пузырем. Именно эта трубка траекторий и является областью неоднородностей параметров водной среды. Beacons-responders to determine the location of the underwater vehicle in the solutions-analogues and prototype are chosen arbitrarily, so long as their range ensures reliable reception of their signal. In the proposed solution, artificial wormwood should be between the transponder beacons and the underwater vehicle so that the rays along which the transponder beacon signals propagate to the underwater vehicle pass as often as possible through the tube of trajectories of water particles trapped by the pop-up gas-vapor bubble. It is this tube of trajectories that is the region of heterogeneity of the parameters of the aquatic environment.
Отличительным признакам предлагаемого решения является и выбор маяков-ответчиков, не поражаемых факторами подводного взрыва, осуществляемого для образования полыньи. A distinctive feature of the proposed solution is the choice of respondent beacons that are not affected by the factors of an underwater explosion carried out to form a wormwood.
Счисление координат лучей, по которым распространяются сигналы от маяков-ответчиков до подводного аппарата и времени их распространения в процессе движения подводного аппарата, - операция для решений-аналогов и прототипа новая, хотя эта операция выполняется при моделировании процессов распространения акустических сигналов в водной среде [см., например, В.М. Матвиенко и Ю.Ф.Тарасюк. Дальность действия гидроакустических средств. Л.: Судостроение, 1976, с. 133]. В предложенном решении выполнение этой операции позволяет "сохранить" в памяти гидроакустической станции подводного аппарата времена распространения сигналов от маяков-ответчиков применительно к невозмущенной водной среде для любой точки траектории подводного аппарата, когда эту среду уже "возмутили" факторы, сопутствующие образованию искусственной полыньи, а также в этих условиях пеленги на маяки-ответчики, включая и те из них, от которых сигналы приходят с искажениями или вовсе не регистрируются. The calculation of the coordinates of the rays along which signals propagate from transponder beacons to the underwater vehicle and the time of their propagation during the movement of the underwater vehicle is a new operation for analog solutions and a prototype, although this operation is performed when modeling the processes of propagation of acoustic signals in an aqueous medium [see ., for example, V.M. Matvienko and Yu.F. Tarasyuk. Range of action of hydroacoustic means. L .: Shipbuilding, 1976, p. 133]. In the proposed solution, the implementation of this operation allows you to "save" in the memory of the sonar station of the underwater vehicle the propagation times of signals from the transponder beacons as applied to the undisturbed aquatic environment for any point on the trajectory of the underwater vehicle, when the environment was already "outraged" by the factors associated with the formation of artificial wormwood, and also in these conditions, bearings on transponder beacons, including those from which signals come with distortions or are not recorded at all.
Операция многократного идентифицирования лучей в процессе движения подводного аппарата и посылок сигналов запроса по разнице времени прихода ответных сигналов и счисления временем их прихода, осуществляемая после образования полыньи, обеспечивает выявление лучей, пересекающих возмущенную область водной среды, то есть область, примыкающую к полынье. The operation of multiple identification of rays during the movement of the underwater vehicle and sending request signals according to the difference in the arrival time of the response signals and reckoning the time of their arrival, carried out after the formation of wormwood, identifies the rays crossing the perturbed region of the aquatic environment, that is, the region adjacent to the wormwood.
Операция определения координат элементарных объемов воды, пересекаемых лучами, является новой при проведении подводной навигации. Выполнение этой операции обеспечивает локализацию области возможных положений искусственной полыньи в границах, образуемых проекциями на поверхность моря траектории подводного аппарата, линии, соединяющей маяки-ответчики, и пеленгов на крайние маяки-ответчики на момент окончания образования полыньи. The operation of determining the coordinates of elementary volumes of water intersected by rays is new in underwater navigation. Performing this operation ensures the localization of the region of possible positions of artificial polynya within the boundaries formed by projections onto the sea surface of the trajectory of the underwater vehicle, the line connecting the responder beacons, and bearings to the extreme responder beacons at the time the polynya is formed.
Определение области полыньи путем селектирования элементарных объемов, пересекаемых лучами, по которым сигналы маяков регистрировались с искажениями во всех идентификациях, является новой операцией для решений-аналогов и прототипа. Ее выполнение обеспечивает последовательное, по идентификациям, исключение из области возможных положений полыньи, определенной в результате выполнения предыдущей операции, областей "чистой", не возмущенной водной среды, пересекаемых лучами, по которым сигналы от маяков-ответчиков приходят без искажений. The determination of the area of the wormwood by selecting elementary volumes intersected by the rays, according to which the lighthouse signals were recorded with distortions in all identifications, is a new operation for analog solutions and prototype. Its implementation provides a consistent, by identification, exclusion from the area of possible positions of the wormwood, determined as a result of the previous operation, the areas of a "clean", undisturbed aquatic environment, intersected by rays, through which the signals from the transponder beacons come without distortion.
Операция определения по координатам совокупности отселектированных элементарных объемов воды координат границ и центра горизонтального сечения области полыньи для прикладной математики операция известная, но она является новой для решений-аналогов и прототипа. Ее выполнение обеспечивает определение местоположения полыньи и ее конфигурации. The operation of determining the coordinates of the boundaries and the center of the horizontal section of the wormwood region from the coordinates of a set of selected elementary volumes of water for applied mathematics is a well-known operation, but it is new for analog solutions and prototype. Its implementation provides the location of the wormwood and its configuration.
На фиг. 1 представлен процесс определения координат полыньи; на фиг. 2 показаны операции идентификации лучей, по которым распространяются сигналы от маяков-ответчиков, и операция определения области полыньи в процессе движения подводного аппарата и селектирования лучей, по которым сигналы регистрировались с искажениями; на фиг. 3 изображена принципиальная блок-схема решения. In FIG. 1 shows the process of determining the coordinates of a wormwood; in FIG. Figure 2 shows the operations of identifying beams along which signals from transponder beacons propagate, and the operation of determining the area of a wormwood during the movement of an underwater vehicle and selecting beams for which signals were recorded with distortions; in FIG. 3 shows a schematic block diagram of a solution.
Принципиальная блок-схема предложенного решения, представленная на фиг. 3, содержит следующие блоки, характеризующие операции, выполняемые в прототипе: блок 1 - выбор маяков-ответчиков для определения координат подводного аппарата, блок 2 - излучение сигнала запроса гидроакустической станцией подводного аппарата, блок 3 - прием ответных сигналов от маяков-ответчиков на частотах, соответствующих частотам, присвоенным маякам-ответчикам, блок 4 - регистрация времени приема ответных сигналов и определение расстояний до маяков-ответчиков по известной скорости распространения звука в воде в данном районе моря, блок 5 - определение координат подводного аппарата как координаты точки пересечения окружностей с центрами в известных точках местонахождения маяков-ответчиков и с радиусами, соответствующими расстояниям до маяков-ответчиков. The principal block diagram of the proposed solution, shown in FIG. 3, contains the following blocks characterizing the operations performed in the prototype: block 1 — selection of responder beacons for determining the coordinates of the underwater vehicle, block 2 — emission of a request signal from the hydroacoustic station of the underwater vehicle, block 3 — reception of response signals from responder beacons at frequencies, corresponding to the frequencies assigned to the responder beacons, block 4 - recording the time of receiving response signals and determining the distances to the responder beacons by the known speed of sound propagation in water in a given area of the sea, block 5 - determination of the coordinates of the underwater vehicle as the coordinates of the point of intersection of the circles with the centers at the known locations of the defendant beacons and with radii corresponding to the distances to the defendant beacons.
Дополнительно к указанным операциям в предложенном техническом решении выполняются следующие операции, представленные на фиг. 3 блоками. In addition to these operations in the proposed technical solution, the following operations are performed, presented in FIG. 3 blocks.
Блок 6 - выбор маяков-ответчиков для определения координат полыньи. Маяки-ответчики выбираются с таким расчетом, чтобы подводный аппарат и маяки-ответчики находились по разные стороны относительно предполагаемого места образования полыньи. Кроме того, выбираются маяки, находящиеся на безопасном расстоянии от места образования полыньи (см. фиг. 1). Block 6 - selection of responder beacons for determining the coordinates of a wormwood. Lighthouses-responders are selected so that the underwater vehicle and the lighthouses-responders are on opposite sides relative to the proposed site of the formation of wormwood. In addition, beacons located at a safe distance from the place of formation of the wormwood are selected (see Fig. 1).
Блок 7 - определение времени начала и времени окончания образования полыньи. При этом время начала образования полыньи определяется из соотношения
Tн = Dстр/Vт,
где
Tн - время начала образования полыньи, c;
Dстр - дальность хода торпеды до взрыва ее боевой части, м;
Vт - средняя скорость торпеды, м/с.Block 7 - determining the start time and end time of the formation of wormwood. In this case, the onset of wormwood formation is determined from the ratio
T n = D p / V t
Where
T n - the onset of wormwood, s;
D p - the range of the torpedo before the explosion of its warhead, m;
V t - the average speed of a torpedo, m / s.
Время окончания образования полыньи может быть определено из соотношения
Tк = Tн + 2,4 q1/6, (2)
где
Tк - время окончания образования полыньи, с;
q - мощность боевой части торпеды, т.The end time of the formation of wormwood can be determined from the ratio
T c = T n + 2.4 q 1/6 , (2)
Where
T to - the end time of the formation of wormwood, s;
q - power of the warhead of the torpedo, t.
С целью получения максимальных размеров полыньи взрыв боевой части торпеды осуществляют на глубине Hопт[м], определяемой из соотношения
Блок 8 - определение пеленгов на маяки-ответчики. Эти пеленги могут быть определены из соотношения
где
α - истинный пеленг, град;
λПА,λМ - соответственно широта точки местонахождения подводного аппарата и маяка-ответчика, град;
λПА,λМ - соответственно долгота точки местонахождения подводного аппарата и маяка-ответчика.In order to obtain maximum sizes of wormwood, the explosion of the warhead of a torpedo is carried out at a depth of H opt [m], determined from the ratio
Block 8 - determination of bearings for beacons responders. These bearings can be determined from the relation
Where
α - true bearing, deg;
λ PA , λ M - respectively, the latitude of the location point of the underwater vehicle and the defendant beacon, deg;
λ PA , λ M - respectively, the longitude of the location point of the underwater vehicle and the transponder beacon.
Блок 9 - счисление координат лучей, по которым распространяются сигналы маяков-ответчиков, и времени приема сигналов. Block 9 - calculation of the coordinates of the rays along which the signals of the beacon-transponders are distributed, and the time of reception of the signals.
Координатами лучей, по которым распространяются сигналы от маяков-ответчиков, очевидно, являются текущие пеленги на соответствующие маяки-ответчики и расстояния до них. При этом пеленги вычисляются по зависимости (4) для изменяющихся по мере движения подводного аппарата текущих его координат (φПA-λПА) , определяемых гироинерциальной системой управления подводного аппарата. Расстояния до маяков-ответчиков могут быть определены, в частности, из соотношения
где
D - расстояние до маяка-ответчика, км;
(φМ-φПА) - разность широт маяка-ответчика подводного аппарата, угловые минуты.The coordinates of the rays along which the signals from the transponder beacons propagate are obviously current bearings on the corresponding transponder beacons and their distances. In this case, bearings are calculated according to dependence (4) for current coordinates that vary with the movement of the underwater vehicle (φ PA- λ PA ), determined by the gyroinertial control system of the underwater vehicle. The distances to the respondent beacons can be determined, in particular, from the relation
Where
D is the distance to the respondent beacon, km;
(φ M -φ PA ) - the difference of latitudes of the beacon-responder of the underwater vehicle, angular minutes.
Счисленное время приема сигнала от маяка-ответчика может быть определено из соотношения
tс = 2D/Vзв, (6)
где
tс - счисленное (прогнозируемое) время регистрации сигнала (после излучения сигнала запроса), с;
Vзв - скорость звука в воде, км/с.The calculated time of signal reception from the responder beacon can be determined from the ratio
t s = 2D / V sv , (6)
Where
t s - calculated (predicted) time of signal registration (after emission of the request signal), s;
V sv is the speed of sound in water, km / s.
Блок 10 - регистрация времен прихода сигналов от маяков-ответчиков. Block 10 - registration of times of arrival of signals from beacons-responders.
Блок 11 - идентификация лучей по разнице времени приема сигналов и счисленного времени. Block 11 - identification of the rays by the difference in the time of reception of signals and the calculated time.
Если время приема сигнала совпадает со счисленным временем, то принимается, что сигнал пришел без искажения. Если же эти времена не совпадают (в том числе, и если ответный сигнал не был зарегистрирован), то принимается, что сигнал пришел с искажениями. If the signal reception time coincides with the calculated time, it is assumed that the signal arrived without distortion. If these times do not coincide (including, and if the response signal was not registered), then it is assumed that the signal came with distortions.
Блок 12 - определение координат элементарных объемов воды, пересекаемых лучами (см. фиг. 2). Block 12 - determination of the coordinates of elementary volumes of water intersected by rays (see Fig. 2).
Блок 13 - определение элементарных объемов воды, пересекаемых лучами, по которым сигналы распространяются без искажений. Block 13 - determination of elementary volumes of water intersected by rays through which signals propagate without distortion.
Блок 14 - определение элементарных объемов воды, пересекаемых лучами, по которым сигналы распространяются с искажениями. Совокупность таких элементарных объемов воды, оставшаяся после последней идентификации лучей, и будет являться областью, принадлежащей полынье. Block 14 - determination of elementary volumes of water intersected by rays through which the signals propagate with distortion. The totality of such elementary volumes of water remaining after the last identification of the rays will be the area that belongs to the wormwood.
Блок 15 - определение координат границ и центра полыньи. Block 15 - determination of the coordinates of the boundaries and the center of the wormwood.
При этом координаты центра искусственной полыньи могут быть определены из соотношений
где
λцп и φцп - соответственно долгота и широта центра полыньи, град;
Si - площадь горизонтального сечения отселектированного i-го элементарного объема воды, принадлежащего области полыньи, м2;
λi и φi - соответственно долгота и широта i-го элементарного объема воды, град.The coordinates of the center of artificial wormwood can be determined from the relations
Where
λ and φ nn nn - longitude and latitude, respectively, the center hole in the ice, hail;
S i - the horizontal sectional area of the selected i-th elementary volume of water belonging to the area of wormwood, m 2 ;
λ i and φ i - respectively, the longitude and latitude of the i-th elementary volume of water, deg.
Координаты границ полыньи, то есть ее конфигурация, определяются путем определения координат огибающих область полыньи отселектированных элементарных объемов воды. The coordinates of the wormwood borders, that is, its configuration, are determined by determining the coordinates of the selected elementary volumes of water enveloping the wormwood region.
Блок 16 - сравнение текущего времени с временем начала образования полыньи.
Блок 17 - сравнение текущего времени с временем окончания образования полыньи. Block 17 - comparison of the current time with the end time of the formation of wormwood.
Схема на фиг. 3 функционирует следующим образом. В условиях подледного плавания, когда поверхность воды покрыта тяжелыми льдами, препятствующими всплытию подводного аппарата, и имеется необходимость всплытия, на подводном аппарате посредством выполнения новых операций осуществляют выбор маяков-ответчиков для определения координат искусственно созданной полыньи (блок 6) и определяют время начала и окончания образования этой полыньи (блок 7). Далее до момента начала образования полыньи определяют координаты подводного аппарата, как это осуществляют и в решении-прототипе (то есть выполняют операции, представленные блоками 1-5). Возможность выполнения этих операций обеспечивается наличием сигнала на втором входе первого логического блока И в любое время, за исключением периода, когда Tн ≤ t ≤ Tк.The circuit of FIG. 3 operates as follows. In conditions of ice swimming, when the surface of the water is covered with heavy ice, which prevents the underwater vehicle from ascending, and there is a need to emerge, on the underwater vehicle, by means of new operations, beacons are selected to determine the coordinates of the artificially created wormwood (block 6) and the start and end times are determined the formation of this wormwood (block 7). Further, until the beginning of the formation of wormwood, the coordinates of the underwater vehicle are determined, as is the case in the prototype solution (that is, they perform the operations represented by blocks 1-5). The ability to perform these operations is provided by the presence of a signal at the second input of the first logical block AND at any time, except for the period when T n ≤ t ≤ T k .
При этом для определения координат подводного аппарата возможно использование любых маяков-ответчиков, находящихся на расстоянии их "слышимости" (задействуются оба входа первого логического блока ИЛИ). Далее выполняются новые операции, представленные на фиг. 3 блоками 8 и 9. При текущем времени, превышающем значение времени окончания образования полыньи, на втором входе второго логического блока И присутствует сигнал. Поэтому возможно выполнение новых операций, представленных на фиг. 3 блоками 10-13. При каждом выполнении операций по идентификации лучей (блок 11) и определению элементарных объемов, пересекаемых этими лучами (блоки 13 и 14), из области, принадлежащей полынье, исключаются элементарные объемы чистой невозмущенной воды (на вход блока 14 поступает сигнал только в том случае, когда на выходе блока 13 сигнал отсутствует). После последней идентификации лучей (см. фиг. 2) в блоке 14 "остается" совокупность элементарных объемов воды, считающаяся принадлежащей области искусственной полыньи. In this case, to determine the coordinates of the underwater vehicle, it is possible to use any beacon-transponders located at the distance of their "hearing" (both inputs of the first logical OR block are involved). Next, the new operations shown in FIG. 3 by
В блоке 15 определяются координаты центра тяжести плоской фигуры сложной формы по известной математической зависимости (7). Этот центр тяжести и принимается за центр искусственной полыньи. Координаты линии, образованной "огибающими" область полыньи элементарными объемами воды, принимаются за координаты границы полыньи. In
Таким образом, на основе анализа структуры и функционирования схемы предложенного решения можно заключить, что способ, в котором реализовано данное решение, обладает преимуществами, отвечающими цели изобретения. Thus, based on the analysis of the structure and functioning of the scheme of the proposed solution, we can conclude that the method in which this solution is implemented has advantages that meet the objectives of the invention.
Предложение реализовано в виде имитационной модели, подтвердившей при ее испытании возможность определения координат границ и центра искусственной полыньи дистанционно из подводного аппарата без предварительного прохода аппаратом под полыньей для определения ее параметров. The proposal was implemented in the form of a simulation model, which, when tested, confirmed the possibility of determining the coordinates of the boundaries and the center of the artificial wormwood remotely from the underwater vehicle without first passing the apparatus under the wormwood to determine its parameters.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU96123364A RU2115136C1 (en) | 1996-12-10 | 1996-12-10 | Method of underwater navigation when determining coordinates of artificial water opening |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU96123364A RU2115136C1 (en) | 1996-12-10 | 1996-12-10 | Method of underwater navigation when determining coordinates of artificial water opening |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2115136C1 true RU2115136C1 (en) | 1998-07-10 |
| RU96123364A RU96123364A (en) | 1998-10-10 |
Family
ID=20187990
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU96123364A RU2115136C1 (en) | 1996-12-10 | 1996-12-10 | Method of underwater navigation when determining coordinates of artificial water opening |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2115136C1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2449326C2 (en) * | 2010-02-24 | 2012-04-27 | Открытое акционерное общество "Газпром" | Method of determining state of ice cover |
-
1996
- 1996-12-10 RU RU96123364A patent/RU2115136C1/en active
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| Простаков А.Л. Электронный ключ к океану.-Л.: Судостроение, 1986, с. 29,3 0,90. * |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2449326C2 (en) * | 2010-02-24 | 2012-04-27 | Открытое акционерное общество "Газпром" | Method of determining state of ice cover |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US4446538A (en) | Marine cable location system | |
| CN117213448B (en) | Ocean secondary mesoscale frontal surface investigation method | |
| US4513401A (en) | Marine cable location system | |
| Bachman et al. | Geoacoustic databases for matched‐field processing: Preliminary results in shallow water off San Diego, California | |
| RU2702700C1 (en) | Method of positioning underwater objects | |
| RU2115136C1 (en) | Method of underwater navigation when determining coordinates of artificial water opening | |
| RU2196931C2 (en) | Method of detection of break in underwater pipe line | |
| Wang et al. | The Application Of Acoustic Detection Technology In The Investigation Of Submarine Pipelines | |
| Liu et al. | Underwater positioning study of flight recorder | |
| RU2789714C1 (en) | Method for checking the accuracy of navigation of an autonomous uninhabited underwater vehicle | |
| RU2282217C1 (en) | Method of determining comprehensive data on ocean condition | |
| Baker et al. | A new procedure for simultaneous navigation of multiple auv's | |
| RU2786847C2 (en) | Method for determination of spatial position of pipeline at underwater transition section | |
| Jacops | Analyses of high resolution bathymetric data in the Eltanin impact area | |
| RU2598622C1 (en) | System and method of collecting seismic data | |
| McCartney | Underwater acoustic positioning systems: state of the art and applications in deep water | |
| RU2794526C1 (en) | Method for navigational orientation of underwater floating vehicle on route of underwater cable or pipeline | |
| Dall’Osto | Taking the Pulse of Our Ocean World | |
| RU2136020C1 (en) | Method for detection and tracking of electrical conducting extended underwater object from board the underwater search mount | |
| RU2736231C1 (en) | Method for determining sound velocity distribution | |
| SU1481698A1 (en) | Device for determining sound velocity in sea sediments | |
| RU19160U1 (en) | COMPREHENSIVE STAND FOR DETERMINING THE RANGE OF DETECTION OF OBJECT DETECTION BY HYDROACOUSTIC MEANS OF THE EVENTUAL OBSERVER | |
| Lee et al. | Development of advanced sonar sensor model for underwater terrain mapping based on occupancy grids | |
| Busby | Ocean surveying from manned submersibles | |
| Perry | Scientific and hydrographic use of the Bathymetric Swath Survey System |