RU2254600C1 - Method and device for conducting timely research of atmosphere, earth surface and ocean - Google Patents
Method and device for conducting timely research of atmosphere, earth surface and ocean Download PDFInfo
- Publication number
- RU2254600C1 RU2254600C1 RU2004107177/28A RU2004107177A RU2254600C1 RU 2254600 C1 RU2254600 C1 RU 2254600C1 RU 2004107177/28 A RU2004107177/28 A RU 2004107177/28A RU 2004107177 A RU2004107177 A RU 2004107177A RU 2254600 C1 RU2254600 C1 RU 2254600C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- capsule
- frequency
- parameters
- information
- module
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Position Fixing By Use Of Radio Waves (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области измерений, а более конкретно к способам оперативного мониторинга за состоянием окружающей обстановки по измеренным физическим параметрам.The invention relates to the field of measurements, and more particularly to methods for operational monitoring of the state of the environment according to the measured physical parameters.
Известен способ измерения физических полей [1], включающий пропускание через контролируемую зону зондирующих сигналов, которые затем подвергаются обработке, включающей томографическое восстановление распределения параметров физического поля в пределах контролируемой зоны, в котором зондирующие сигналы пропускают через измерительные каналы, которые предварительно формируют в контролируемой зоне, при этом в качестве зондирующих сигналов используют когерентное световое излучение, при этом из светодиодов формируют основную и дополнительную измерительные сети, для чего световоды основной измерительной сети размещают по меньшей мере по двум направлениям предпочтительно таким образом, чтобы каждый светодиод одного направления пересекал все светодиоды другого направления.A known method of measuring physical fields [1], including passing through a controlled area probing signals, which are then processed, including tomographic reconstruction of the distribution of physical field parameters within the controlled area, in which the probing signals are passed through measuring channels that are previously formed in the controlled area, in this case, coherent light radiation is used as probing signals, while the main and additional Yelnia measuring network, which network measuring core fibers arranged in at least two directions, preferably so that each LED in one direction crossing the direction of all other LEDs.
Данный способ имеет ограниченное применение, так как его эффективность обусловлена выполнением условия, заключающегося в том, что каждый световод одного направления должен пересекать все светодиоды другого направления. Выполнение данного условия возможно только при жесткой привязке световодов, что может быть обеспечено только в условиях земной поверхностиThis method has limited application, since its effectiveness is due to the fulfillment of the condition that each fiber in one direction must intersect all the LEDs in the other direction. The fulfillment of this condition is possible only with a rigid binding of the optical fibers, which can be ensured only in the conditions of the earth's surface
Известен также способ оперативного исследования атмосферы, земной поверхности и океана [2], включающий транспортировку к области исследования по баллистической или орбитальной траектории диагностического модуля, отделение от него за границами атмосферы спускаемых капсул, снабженных радиозондами, доставку спускаемых капсул к исследуемой области, измерение с помощью радиозондов во время их спуска и после приземления или приводнения параметров атмосферы, земной поверхности и океана, передачу информации от радиозондов на пункты приема, в котором от диагностического модуля отделяют комплект спускаемых капсул, количество капсул в котором удовлетворяет условию заполнения всей исследуемой области, после истечения заданного временного интервала осуществляют разведение спускаемых капсул, обеспечивая заданное распределение их в пространстве и доставку их к верхней границе исследуемой области, при этом от диагностического модуля последовательно с заданными временными интервалами отделяют несколько комплектов спускаемых капсул.There is also known a method for operational research of the atmosphere, the Earth’s surface and the ocean [2], which includes transporting to the study area along the ballistic or orbital trajectory of the diagnostic module, separating the capsules equipped with radiosondes from the atmosphere outside the atmosphere, delivering the capsules to the study area, measuring with radiosondes during their descent and after landing or landing parameters of the atmosphere, the Earth’s surface and the ocean, the transmission of information from radiosondes to reception points, in which a set of descent capsules is separated from the diagnostic module, the number of capsules in which satisfies the condition of filling the entire test area, after the expiration of a predetermined time interval, the capsules are diluted, providing a predetermined distribution in space and their delivery to the upper boundary of the test area, while from the diagnostic module sequentially at predetermined time intervals, several sets of capsules are lowered.
Данный способ по сравнению с известным способом [1] позволяет производить оперативное исследование с приемлемой степенью точности, получение исходной информации за счет того, что он включает транспортировку к области исследования диагностического модуля, отделение от него спускаемых капсул, снабженных радиозондами, измерение физических параметров и передачу их на пункты приема, при этом от диагностического модуля отделяют комплект спускаемых капсул, количество которых удовлетворяет условию заполнения всей исследуемой области с обеспечением заданного их распределения в пространстве.This method in comparison with the known method [1] allows for operational research with an acceptable degree of accuracy, obtaining initial information due to the fact that it includes transportation to the research area of the diagnostic module, separation from it of releasable capsules equipped with radiosondes, measurement of physical parameters and transmission they are at reception points, while a set of descent capsules is separated from the diagnostic module, the number of which meets the condition of filling the entire studied area with echeniem predetermined distribution in space.
Однако при использовании данного способа для оперативного исследования океана при воздействии взволнованной водной поверхности происходит нарушение заданного распределения капсул. Данный фактор особенно негативно сказывается при проведении исследований, связанных с обеспечением высокоточного координирования при спуске капсул и при их дрейфе после приводнения в океане.However, when using this method for the operational study of the ocean when exposed to an agitated water surface, a predetermined distribution of capsules is violated. This factor is especially negative for studies related to the provision of high-precision coordination during capsule descent and during drift after splashing in the ocean.
Известные способы мониторинга за состоянием окружающей обстановки по измеренным физическим параметрам включают доставку измерительной аппаратуры в исследуемый район, ее размещение, измерение физических параметров, характеризующих окружающую обстановку, передачу информации об измеренных физических параметрах на приемный пункт для последующей обработки и анализа.Known methods for monitoring the state of the environment according to the measured physical parameters include the delivery of measuring equipment to the study area, its placement, the measurement of physical parameters characterizing the environment, the transmission of information about the measured physical parameters to a reception center for subsequent processing and analysis.
В качестве измерительной аппаратуры используются различные датчики измерения физических величин, устанавливаемые как стационарно в виде световодов [1], буев [3-7], вех [8], так и размещаемых на носителях, преимущественно на летательных аппаратах [9-13].As measuring equipment, various sensors for measuring physical quantities are used, installed both stationary in the form of optical fibers [1], buoys [3-7], milestones [8], and placed on carriers, mainly on aircraft [9-13].
Известные способы и устройства не в полной мере обеспечивают требования по оперативности выполнения мониторинга состояния окружающей обстановки в конкретно заданном районе, что обусловлено следующими факторами.Known methods and devices do not fully meet the requirements for the efficiency of monitoring environmental conditions in a specific area, due to the following factors.
Выполнение мониторинга посредством датчиков, устанавливаемых стационарно, позволяет производить мониторинг только в зоне их первоначальной установки.Monitoring using stationary sensors allows monitoring only in the area of their initial installation.
Выполнение мониторинга посредством измерительных датчиков, установленных на летательных аппаратах, имеющих ограничения по высоте полета, требует получения существенного объема статистических данных для обеспечения необходимой достоверности измеряемых физических параметров [14], что значительно повышает трудоемкость таких работ. Кроме того, использование летательных аппаратов ограничено погодными условиями, что уменьшает степень оперативности исследования конкретных районов.Monitoring using measuring sensors installed on aircraft with flight altitude restrictions requires a significant amount of statistical data to provide the necessary reliability of the measured physical parameters [14], which significantly increases the complexity of such work. In addition, the use of aircraft is limited by weather conditions, which reduces the efficiency of research in specific areas.
Наиболее близким по своей технической сущности к заявляемому техническому решению является способ оперативного исследования атмосферы, земной поверхности и океана [2].The closest in its technical essence to the claimed technical solution is a method of operational research of the atmosphere, the earth's surface and the ocean [2].
Задачей настоящего предложения является повышение точности получения исходной информации об окружающей обстановке по измеренным физическим параметрам при оперативном исследовании конкретно заданного района, преимущественно атмосферы и океана, а также расширение функциональных возможностей устройства, предназначенного для реализации способа оперативного исследования атмосферы, земной поверхности и океана.The objective of this proposal is to increase the accuracy of obtaining source information about the environment from the measured physical parameters during the operational study of a specific area, mainly the atmosphere and the ocean, as well as expanding the functionality of a device designed to implement a method for the operational study of the atmosphere, the earth's surface and the ocean.
Поставленная задача достигается за счет того, что в способе оперативного исследования атмосферы, земной поверхности и океана и устройстве для его осуществления, включающем транспортировку к области исследования диагностического модуля, отделение от него спускаемых капсул, снабженных измерительной аппаратурой, доставку спускаемых капсул к исследуемой области, измерение с помощью измерительной аппаратуры физических параметров атмосферы, земной поверхности и океана, передачу измеренных физических параметров на пункты приема с отделением в заданные временные интервалы от диагностического модуля спускаемых капсул, количество которых удовлетворяет условию заполнения всей исследуемой области с обеспечением заданного распределения в исследуемой области, обеспечение заданного распределения в исследуемой области осуществляется путем определения координат местоположения капсул, сравнения их с заданными координатами, и при превышении заданного отклонения формируют сигнал для перемещения капсулы в заданную точку, а посредством измерительной аппаратуры, имеющей непересекающиеся энергетические спектры, дополнительно определяют горизонтальные составляющие скорости и параметры вертикального движения капсулы с определением высоты и периода волн 3% обеспеченности с включением этих параметров в состав информационного сообщения, передаваемого на пункты приема через искусственный спутник Земли с полосой частот в диапазоне дециметровых волн, а спускаемая капсула, содержащая корпус с измерительной аппаратурой, парашютную систему и информационный блок связи, корпус которой выполнен в форме цилиндра с торцевым сферическим днищем и конической крышкой с плоским днищем и снабжен стабилизаторами, которая еще снабжена движителем, спутниковым навигационно-измерительным модулем, гидроакустическим модулем, информационно связанными между собой.The problem is achieved due to the fact that in the method of operational research of the atmosphere, the earth’s surface and the ocean and the device for its implementation, which includes transporting the diagnostic module to the research area, separating the capsules supplied with measuring equipment from it, delivering the capsules to the study area, measuring using measuring equipment of the physical parameters of the atmosphere, the earth's surface and the ocean, transfer of the measured physical parameters to reception points from the department we take in predetermined time intervals from the diagnostic module of the releasable capsules, the number of which satisfies the condition of filling the entire test area with a given distribution in the test area, ensuring a given distribution in the test area by determining the coordinates of the location of the capsules, comparing them with the given coordinates, and if the specified deviations form a signal for moving the capsule to a predetermined point, and by means of measuring equipment having a nepe cutting-off energy spectra additionally determine the horizontal velocity components and parameters of the capsule’s vertical movement with the determination of the wave height and period of 3% coverage with the inclusion of these parameters in the information message transmitted to reception points via an artificial Earth satellite with a frequency band in the decimeter wavelength range, and the descent a capsule containing a housing with measuring equipment, a parachute system and a communication information unit, the housing of which is made in the form of a cylinder with the front spherical bottom and a conical cover with a flat bottom and is equipped with stabilizers, which is also equipped with a propulsion, satellite navigation and measuring module, sonar module, informationally interconnected.
Обеспечение заданного распределения в исследуемой области путем определения координат местоположения капсул, сравнение этих координат с заданными координатами и при превышение заданного отклонения - формирование сигнала для перемещения капсулы в заданную точку, а измерение физических параметров посредством аппаратуры, имеющей не пересекающие энергетические спектры, позволяет дополнительно определять горизонтальные составляющие скорости и параметры вертикального движения капсулы с определением высоты и периода волн 3% обеспеченности с включением этих параметров в состав информационного сообщения, передаваемого на пункты приема через искусственный спутник Земли с полосой частот в диапазоне дециметровых волн, с выполнением спускаемой капсулы, содержащей корпус с измерительной аппаратурой и парашютную систему, корпус которой выполнен в форме цилиндра с торцевым сферическим днищем и конической крышкой с плоским днищем и снабженной стабилизаторами, движителем, спутниковым навигационно-измерительным модулем, гидроакустическим модулем, информационно связанными между собой, позволяет повысить точность определения исходных физических параметров и расширить функциональные возможности известного способа.Providing a given distribution in the study area by determining the coordinates of the capsule location, comparing these coordinates with the given coordinates and if the specified deviation is exceeded - generating a signal to move the capsule to a given point, and measuring physical parameters using equipment that does not intersect the energy spectra allows you to additionally determine horizontal speed components and parameters of the vertical movement of the capsule with the determination of the height and period of the waves 3% provided with the inclusion of these parameters in the information message transmitted to reception points via an artificial Earth satellite with a frequency band in the decimeter wavelength range, with the launching of a descent capsule containing a housing with measuring equipment and a parachute system, the housing of which is made in the form of a cylinder with a spherical end face and a conical cover with a flat bottom and equipped with stabilizers, propulsion, satellite navigation and measuring module, sonar module, information related ezhdu itself, improves the accuracy of baseline physical parameter and extend the functionality of the known method.
Совокупность новых признаков из известного уровня техники не выявлена, что позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого решения условию патентоспособности "изобретательский уровень".A set of new features from the prior art has not been identified, which allows us to conclude that the proposed solution meets the patentability condition "inventive step".
Сущность заявляемого способа заключается в следующем.The essence of the proposed method is as follows.
К области исследования, например, ограниченной координатами акватории, посредством летательного аппарата транспортируют капсулы, снабженные измерительной аппаратурой. Отделяют от него спускаемые капсулы, которые посредством парашютной системы доставляются в исследуемую область.Capsules equipped with measuring equipment are transported to the research area, for example, limited by the coordinates of the water area, by means of an aircraft. Descent capsules are separated from it, which are delivered via the parachute system to the study area.
При отделении спускаемых капсул запускают измерительную аппаратуру, в частности радиозонд и спутниковый навигационно-измерительный модуль, а после приводнения по радиосигналу с летательного аппарата или в момент отрыва парашюта запускают дополнительную измерительную аппаратуру. Посредством спутникового навигационно-измерительного модуля контролируют траекторию движения спускаемых капсул, а после приводнения уточняют координаты местоположения по гидроакустическому модулю. При отклонении значений координат от заданных формируют сигнал на движитель для перемещения капсулы в точку с заданными координатами. В процессе проведения исследований координаты капсулы контролируются непрерывно. Передача измеряемых параметров на пункты приема осуществляется через искусственные спутники Земли с полосой частот в диапазоне дециметровых волн. При этом измерительная аппаратура имеет непересекающиеся энергетические спектры и обеспечивает измерение горизонтальных составляющих скорости и параметры вертикального движения капсулы с определением высоты и периода волн 3% обеспеченности с включением этих параметров в состав информационного сообщения, передаваемого на пункты приема.When separating the descent capsules, the measuring equipment is launched, in particular, the radio probe and satellite navigation and measuring module, and after splashing down on the radio signal from the aircraft or at the time of separation of the parachute, additional measuring equipment is launched. Using the satellite navigation and measuring module, the trajectory of the descent capsules is monitored, and after the landing, the coordinates of the location are determined using the sonar module. When the coordinate values deviate from the given ones, a signal is generated on the mover to move the capsule to a point with the given coordinates. During the research, the coordinates of the capsule are continuously monitored. The transmission of measured parameters to receiving points is carried out through artificial Earth satellites with a frequency band in the decimeter wave range. At the same time, the measuring equipment has disjoint energy spectra and provides the measurement of the horizontal velocity components and the parameters of the vertical movement of the capsule with the determination of the height and wave period of 3% of security with the inclusion of these parameters in the information message transmitted to the reception points.
Устройство, посредством которого реализуется заявляемый способ, иллюстрируется чертежами, где на фиг.1 изображена спускаемая капсула, на фиг.2 изображен парашют, на фиг.3 изображена камера парашютной системы, на фиг.4 изображена схема действия парашютной системы, на фиг.5 изображена блок-схема измерительной аппаратуры, на фиг.6 изображена схема блока передачи информации, на фиг.7 изображена схема антенного блока, на фиг.8 изображена блок-схема системного блока, на фиг.9 изображена схема приемоиндикатора, на фиг.10 изображена блок-схема спутникового навигационно-измерительного модуля, на фиг.11 изображена схема узкополосного следящего фильтра, на фиг.12 изображена схема гидроакустического модуля, на фиг.13 изображена блок-схема измерения составляющих скорости относительного дна, на фиг.14 изображена блок-схема циклического скоростемера.The device by which the inventive method is implemented is illustrated by drawings, in which Fig. 1 shows a descent capsule, Fig. 2 shows a parachute, Fig. 3 shows a camera of a parachute system, Fig. 4 shows a diagram of an action of a parachute system, Fig. 5 shows a block diagram of measuring equipment, FIG. 6 shows a diagram of an information transmission unit, FIG. 7 shows a diagram of an antenna unit, FIG. 8 shows a block diagram of a system unit, FIG. 9 shows a diagram of a receiver indicator, FIG. 10 shows satellite block diagram th
Спускаемая капсула (фиг.1) представляет собой корпус 1 цилиндрической формы с торцевым сферическим днищем 2 и конической крышкой 3 с плоским днищем и стабилизаторами 4.The descent capsule (Fig. 1) is a cylindrical-
Оболочные элементы корпуса 1 выполнены из алюминиевого сплава АМГ-6, обладающего удовлетворительной коррозийной стойкостью и высокими прочностными характеристиками.The shell elements of the
Парашютная система спускаемой капсулы состоит из парашюта (фиг.2) и парашютной камеры (фиг.3).The parachute system of the descent capsule consists of a parachute (figure 2) and a parachute chamber (figure 3).
Парашют состоит из купола 5, стабилизирующего кольца 6, строп 7, удлинительного звена 8, выполненного как продолжение строп 7, состроченных вместе с тремя коушами 9 на конце, резака 10 и шнура рифления 11.The parachute consists of a
Парашютная камера состоит из основы камеры 12, кармана 13, ленты 14, металлического кольца 15, нижних петель 16, шнура 17.The parachute chamber consists of the base of the
Парашютная система и спускаемая капсула размещаются в парашютном контейнере. При сбрасывании капсулы с летательного аппарата (фиг.4) отделение от носителя и ввод в действие осуществляется принудительно с помощью вытяжного звена 18, которое металлическим кольцом крепится на летательном аппарате, а другим концом крепится к уздечке купола парашюта 19. Вытяжное звено 18 полностью выходит из кармана 13 камеры 20, раскрывает камеру и, вытянув парашют 21, обрывается по разрывной ленте 14. При этом выдергиваются боевые чеки резаков 10 и они приводятся в действие.The parachute system and the descent capsule are placed in a parachute container. When dropping the capsule from the aircraft (Fig. 4), separation from the carrier and commissioning is carried out forcefully using the
Аппаратура, размещаемая в спускаемой капсуле включает (фиг.5) радиозонд 22, спутниковый навигационно-измерительный модуль 23, гидроакустический модуль 24, блок формирования сигнала для запуска и остановки движителя 25, блок передачи информации 26.The equipment placed in the descent capsule includes (Fig. 5) a
Блок передачи информации 26 включает (фиг.6) антенный блок 27, устанавливаемый на капсуле в местах прямой видимости искусственного спутника Земли, содержащий морскую ненаправленную антенну 28 спирального типа с антенным кабелем и комплектом для установки антенны, системный блок 29 и приемоиндикатор GPS 30, устанавливаемые в объеме капсулы.The
Антенна 28 не требует применения систем ориентации и стабилизации по направлению на искусственный спутник Земли и может работать на прием и передачу при сильной качке капсулы.
Передача данных производится по специально выделенным каналам на компьютерные терминалы приемных пунктов со скоростью 600 бит/с через искусственный спутник Земли.Data is transmitted via dedicated channels to the computer terminals of the receiving points at a speed of 600 bit / s via an artificial Earth satellite.
Обмен данными осуществляется в режиме коммутации сообщений с промежуточным хранением информации.Data is exchanged in message switching mode with intermediate information storage.
Передача информации со спутников на приемные пункты осуществляется в полосе частот диапазона дециметровых волн, что позволяет уменьшить потери при распространении радиоволн и разместить на капсуле типы антенн, не требующих системы наведения и пространственной стабилизации.Information is transmitted from satellites to receiving points in the decimeter wave band frequency band, which allows to reduce losses during the propagation of radio waves and place antenna types on the capsule that do not require a guidance system and spatial stabilization.
В качестве антенны 28 использована резонансная спиральная антенна, имеющая высоту 440 мм, диаметр 136 мм и массу 0,5 кг. Ширина диаграммы направленности антенны 28 в вертикальной плоскости составляет не менее 150 градусов, а в горизонтальной плоскости - 360 градусов при коэффициенте эллиптичности 0,8 и коэффициенте усиления не менее 1 дБ.As the
Для обеспечения надежного функционирования устройства на взволнованной морской поверхности в условиях затенения, заныривания и заливания при жестких ограничениях на энергетику радиолинии применен соответствующий алгоритм передачи информации, который заключается в следующем.To ensure reliable operation of the device on an agitated sea surface under conditions of shading, diving and flooding under severe restrictions on the energy of the radio link, the corresponding information transfer algorithm is applied, which is as follows.
Сообщение объемом до 1532 бит, предназначенное для передачи, первоначально разбивается на блоки по 100 бит. Затем сформированные блоки за счет избыточного помехоустойчивого кодирования увеличиваются до 140 бит.A message of up to 1532 bits, intended for transmission, is initially divided into blocks of 100 bits. Then, the generated blocks are increased to 140 bits due to excessive noise-resistant coding.
Излучаемый сигнал с блока 26 с модуляцией и скоростью 1200 бит/с принимается приемной антенной спутника, где приемный тракт с регенерацией сигнала на борту фильтрует и демодулирует принятый сигнал, с прямой ретрансляцией переносит сигнал без изменения его структуры на соответствующую частоту передачи. При этом на выходе бортового демодулятора с вероятностью ошибки не более 10-2 на бит восстанавливается цифровая последовательность сообщения, передаваемого блоком 26. Затем сигнал излучается в направлении приемного пункта. Принятый и выделенный канальным приемником приемного пункта сигнал подается на вход канального декодера, на выходе которого вероятность ошибки уменьшается до значения 10-5, на блок, в котором находится 100 информационных бит.The emitted signal from the
Восстановленные декодером блоки поступают на устройство восстановления и вывода сообщений, которое осуществляет накопление, восстановление и мажоритарную поблочную обработку принятых сигналов. После поблочного декодирования производится запись восстановленного сообщения в оконечное запоминающее устройство. После этого сообщение готово для дальнейшей обработки.The blocks restored by the decoder are sent to the message recovery and output device, which performs the accumulation, restoration, and majority block processing of the received signals. After block decoding, the recovered message is written to the terminal memory. After that, the message is ready for further processing.
Блок 26 осуществляет передачу независимо от наличия в данный момент в зоне видимости спутника и может передавать до 32 результатов измерений различных величин. Длительность одного сообщения не более 1 с. Интервалы между моментами передачи 40-60 с или 100-200 с. Передаваемое сообщение содержит опознавательный номер капсулы и значение отсчета данных. Передаваемое с блока 26 сообщение принимается на борту спутника, при этом для каждого принятого сообщения фиксируется время приема и измеряется доплеровский сдвиг частоты. Кроме того, на борту спутника производится демодуляция принятой информации от капсулы. Далее информация приводится к определенному виду (кадру) и храниться на борту спутника до момента ее сброса на один из приемных пунктов. Информация считывается из памяти спутника при каждом пролете над одним из приемных пунктов, где рассчитываются координаты капсул и обрабатываются измеренные измерительной аппаратурой физические параметры.
Разделение сообщений от различных капсул достигается во времени за счет отсутствия синхронизации моментов начала излучения от блоков 26 различных капсул и за счет различных периодов повторения, а по частоте за счет различного сдвига несущей частоты различных капсул, вызванного доплеровским эффектом.Separation of messages from different capsules is achieved in time due to the lack of synchronization of the moments of the onset of radiation from
Дальность передачи данных в режиме реального времени до 5 тыс.км, а дальность передачи данных по всем районам Мирового океана с задержкой до 3 часов не ограничена.The real-time data transmission range is up to 5 thousand km, and the data transmission range for all areas of the World Ocean with a delay of up to 3 hours is not limited.
Информативность бортовой спутниковой системы составляет за период 12 часов, прием и передача информации от 16 000 капсул. В зоне одновременного приема - до 920 капсул. Определение координат - до 4000 за сутки. Период повторения сеансов связи составляет 40-200 с, а скорость передачи информации составляет 400 бит/с.The information content of the onboard satellite system for a period of 12 hours, the reception and transmission of information from 16,000 capsules. In the zone of simultaneous administration - up to 920 capsules. Determination of coordinates - up to 4000 per day. The repetition period of communication sessions is 40-200 s, and the information transfer rate is 400 bit / s.
Антенна 28 установлена на верхней крышке антенного блока 27, представляющего собой блок сверхвысокой частоты, состоящий из корпуса и плат, которые установлены внутри корпуса. Блок содержит (фиг.7) малошумящий усилитель 31, фильтр 32, усилитель сверхвысотной частоты 33, смеситель 34, умножитель 35 и плату усиления промежуточной частоты 36, состоящую из входного фильтра низкой частоты 37, усилителя промежуточной частоты 38, разделительного фильтра 39 и усилителя-ограничителя 40.
Малошумящий усилитель 31 выполнен двухкаскадным на транзисторах 2Т313А-2, каждый каскад которого обеспечивает усиление сигнала в диапазоне частот 1570-1620 МГц до 10 дБ.The low-
Фильтр 32 выполнен в микрополосковом исполнении и состоит из пяти резисторов. Для подстройки амплитудно-частотных характеристик предусмотрены две подстроечные пластины из поликора толщиной 1 мм, положение которых подбирается при регулировке фильтра.The
Усилитель сверхвысокой частоты 33 выполнен по балансной схеме на четырех транзисторах 2Т313А1-2. Общее усиление УСВЧ составляет 20 дБ в диапазоне 1570-1620 МГц.The
Смеситель 34 выполнен на базе СВЧ микросборки М43209 и обеспечивает преобразование сигналов в диапазоне частот 1570-1620 МГц в сигналы промежуточной частоты в диапазоне 15-65 МГц при частоте гетеродина 1555 МГц, поступающей с платы умножителя 35, который выполнен на четырех транзисторах 2Т3132А-2. Первый и второй транзисторы обеспечивают усиление и ограничение сигнала 311 МГц. Четвертый транзистор работает в режиме отсечки тока и усиливает все гармоники, полученные на третьем транзисторе. Выделение пятой гармоники с частотой 1555 МГц обеспечивает трехрезонаторный микрополосковый фильтр, расположенный на той же плате, что и транзисторы.The
Входной фильтр низкой частоты 37 выполнен на трех конденсаторах и двух катушках индуктивности и имеет частоту среза 70 МГц. Усилитель промежуточной частоты 38 выполнен трехкаскадным на шести транзисторах по двухконтактной схеме. Усилитель-ограничитель 40 выполнен на транзисторе, а разделительный фильтр 39 выполнен на катушке индуктивности, конденсаторе и резисторе.The input low-
Антенный блок 27 при приеме сигнала работает следующим образом. Сигнал навигационного космического аппарата в полосе частот 1570-1620 МГц, принятый антенной, через выходной объем антенны поступает на входной блок сверхвысокой частоты на малошумящий усилитель 31, который обеспечивает усиление сигнала до 20 дБ при коэффициенте шума не более 4 дБ. Усиленный сигнал подается на вход фильтра 32, который имеет полосу пропускания не более 20 дБ. Параметрами фильтра 32 определяются амплитудно-частотные характеристики высокочастотного тракта. С выхода фильтра 32 сигнал подается на вход усилителя сверхвысокой частоты 33, который обеспечивает усиление сигнала до 20 дБ. С выхода блока 33 сигнал поступает на смеситель 34, где происходит его преобразование в полосу частот 15-65 МГц. На вход гетеродина смесителя 34 поступает частота 1553 МГц с выхода умножителя 35. В режиме преобразования смеситель 34 имеет коэффициент передачи минус 9 дБ.
С выхода смесителя 34 сигнал поступает на плату усилителя промежуточной частоты 36, где происходит фильтрация и усиление сигнала на 35 дБ. Для развязки по питанию, опорной частоте и сигналу на плате 36 установлен разделительный фильтр 39, который обеспечивает выделение опорной частоты 311 МГц, которая затем передается на усилитель-ограничитель 40, который переходит в режим ограничения при входном уровне гетеродина на входе блока сверхвысокой частоты более 250 мВ и обеспечивает нормальную работу антенного блока 27 при коротком фидере между антенным блоком 27 и приемоиндикатором 30.From the output of the
С выхода усилителя 40 платы усилителя промежуточной частоты 36 частота 311 МГц поступает на умножитель частоты 35, который производит усиление частоты 311 МГц до необходимого уровня, ограничивает его и выделяет пятую гармонику, равную 1555 МГц.From the output of the
Системный блок 29 (фиг.8) состоит из преобразователя частоты приемного тракта 41, 42, приемника 43, блока демодуляторов 44, интерфейса модема 45, синтезатора частот 46, кварцевого генератора 47, преобразователя цифра - код 48, возбудителя передатчика 49, интерфейса оконечных устройств 50. Приемоиндикатор 30 (фиг.9) состоит из двух плат синтезаторов 51, 52, трех плат канальных 53, 54 и 55, платы вычислителя 56, платы контролера 57, междупроцессорного интерфейса 58, канала управления 59, блока сопряжения 60.The system unit 29 (Fig. 8) consists of a frequency converter of the receiving
Платы синтезаторов 51 и 52 предназначены для формирования опорных гетеродинных частот высокой стабильности, усиления сигнала промежуточной частоты, формирования отсчетов псевдодальностей, формирования шины управления платами канальными, слежения за сигналом, изменяющимся в пределах доплеровскнх сдвигов частот от 5,0 до минус 5,0 кГц, обработки информации сигнала навигационного космического аппарата на протяжении всего интервала слежения, формирования метки системного времени.
Платы канальные 53, 54, 55 предназначены для свертки сигнала, поступающего с синтезатора, псевдослучайной последовательности конкретного навигационного космического аппарата, преобразования сигнала и получения второй промежуточной частоты 420 кГц, содержащей информацию о доплеровском сдвиге, усиления этой частоты, оцифровки значения доплеровского сдвига частоты, выделения эфемерической информации выработки сигналов для получения псевдодальностей.
Плата вычислителя 56 предназначена для приема, хранения и преобразования информации, поступающей с плат синтезаторов 51, 52 и плат канальных 53, 54, 55, решения задачи определения координат места, счисления и скорости.The
Плата контролера 57 предназначена для управления приемоиндикатором для обмена информацией этих устройств с процессором, для формирования последовательного канала по NMEA 0183, а также для ведения календаря.The
Блок сопряжения 60 предназначен для приема и обработки информации, поступающей от радиозонда и гидроакустического модуля выдачи этой информации по каналу NMEA 0183 на приемоиндикатор 30, и трансляции сигналов на движитель. Электрическая связь с движителем осуществляется через вращающиеся трансформаторы типа ВТ-5 и сельсины. Блок также содержит аналого-цифровой преобразователь и сетевой адаптер.The
В целом приемоиндикатор 30 работает следующим образом. После запуска аппаратуры в приемоиндикатор вводят исходные данные (широта, долгота, высота антенны над уровнем моря, скорость и курс от гидроакустического модуля) и выполняют программу поиска навигационного космического аппарата, при этом если в оперативно-запоминающем устройстве приемоиндикатора 30 есть сохраненный альманах о навигационном космическом аппарате, то поиск и наведение производится только на навигационный космический аппарат, находящийся в зоне видимости. При отсутствии альманаха процессор приемоиндикатора 30 через платы синтезаторов записывает в каждый канал, канальных плат, номера навигационных космических аппаратов системы "NAVSTAR", a также цифровой код литерной частоты навигационных космических аппаратов системы "Глонасс" и разрешает поиск навигационного космического аппарата по дальности. Принятый антенный сигнал навигационного космического аппарата в диапазоне частот 1570-1620 МГц усиливается и преобразуется в сигнал промежуточной частоты в полосе 15-65 МГц. Сигнал промежуточной частоты с антенного блока 27 поступает на плату синтезатора системы "NAVSTAR" и подается на платы канальные и плату синтезатора системы "Глонасс". С платы синтезатора системы "NAVSTAR" в антенный усилитель подается сигнал первой гетеродинной частоты 311 МГц для получения промежуточной частоты. В канальных платах, в каждом канале, происходит свертка сигнала псевдослучайной последовательности кодом конкретного навигационного космического аппарата, преобразование сигнала промежуточной частоты 420 КГц. Сигнал этой частоты содержит информацию об эфемеридах, а также информацию о доплеровском сдвиге частоты. Для повышения точности отсчетов измерение доплеровского сдвига частоты производится на частоте 3,36 МГц, а эфемеридная информация преобразуется в шестиразрядный код и по каналу межпроцессорного интерфейса передается на плату вычислителя вместе со значением доплеровской частоты. Кроме того, в процессор передаются признаки наличия навигационного космического аппарата на данном канале и признак его захвата, а также информация о рассогласовании шкал времени между бортовым временем навигационного космического аппарата и системным временем приемоиндикатора 30.In general, the
Вся информация с канальной платы системы "Глонасс" поступает в процессор с прерыванием, с частотой 20 Гц (500 мс), а с канальной платы системы "NAVSTAR" - с частотой 10 Гц (100 мс), которые являются метками времени и используются для ведения счета времени. Частоты 10 и 20 Гц являются высокостабильными и вырабатываются на плате синтезатора частоты системы "Глонасс" путем деления опорной частоты 1 кГц.All information from the channel board of the GLONASS system enters the processor with an interruption, with a frequency of 20 Hz (500 ms), and from the channel board of the NAVSTAR system, with a frequency of 10 Hz (100 ms), which are time stamps and are used for maintaining time bills. Frequencies of 10 and 20 Hz are highly stable and are produced on the synthesizer board of the GLONASS system by dividing the reference frequency of 1 kHz.
Кроме того, с каждого канала на плату синтезатора системы "NAVSTAR" поступает тактовая частота псевдослучайной последовательности кода и сигнал начала кодовой последовательности - "эпоха" кода. Находящийся на плате синтезатора системы "NAVSTAR" дальномер раз в секунду подключается к каждому каналу и по информации, по тактовой частоте кода и "эпохе" кода производит измерение псевдослучайной дальности до навигационного космического аппарата. Выдача информации в процессор производится по прерываниям с частотой 10 Гц.In addition, the clock frequency of the pseudo-random code sequence and the beginning signal of the code sequence — the “epoch” of the code — are received from the channel on the synthesizer board of the “NAVSTAR” system. The range finder located on the synthesizer board of the "NAVSTAR" system connects to each channel once a second and, based on information, the clock frequency of the code and the "era" of the code, measures the pseudorandom range to the navigation spacecraft. Information is transmitted to the processor by interruptions with a frequency of 10 Hz.
Информация, поступающая с плат синтезаторов и канальных плат, накапливается в оперативно запоминающем устройстве 61, находящемся на плате вычислителя 56.Information coming from synthesizer boards and channel boards is accumulated in random access memory 61 located on the
Спутниковый навигационно-измерительный модуль 23 (фиг.10) предназначен для измерения параметров волнения и состоит из контроллера 62, α-БИХ фильтра 63 и узкополосного следящего по частоте фильтра 2-го порядка астатизма 64. Контроллер 62 представляет собой однокристальную ЭВМ и обеспечивает включение питания приемоиндикатора 30 по внутреннему таймеру или внешней команде, сглаживание по времени (на интервале 15 минут) горизонтальных составляющих скорости капсул и передачу этих сглаженных значений в блок информационного сообщения, а также обработку оценок вертикального движения капсулы и передачу результатов (высота волны, ее период) в блок информационного сообщения. Оценка вертикального движения капсулы осуществляется путем совместной обработки текущих значений высоты и вертикальной скорости, вырабатываемых с секундным темпом обновления в соответствии с зависимостьюThe satellite navigation and measuring module 23 (Fig. 10) is designed to measure wave parameters and consists of a
Для восстановления профиля параметр сглаживания α выбирают ~0,1-0,2,To restore the profile, the smoothing parameter α is chosen to be ~ 0.1-0.2,
где 
Vhi - измеренное значение вертикальной скорости капсулы в момент ti,V hi is the measured value of the vertical velocity of the capsule at time t i ,
hi - измеренное значение текущей высоты волны в момент ti.h i - the measured value of the current wave height at time t i .
Для восстановления профиля hi вычисляют оценку среднего значения высоты волны на интервале ~15 минут:To restore the profile h i calculate the average value of the wave height in the interval ~ 15 minutes:
где N - количество измерений.where N is the number of measurements.
Оценку среднего квадратического отклонения волнения определяют по формулеThe estimate of the mean square deviation of the waves is determined by the formula
Затем вычисляют оценку высоты волны 3% обеспеченности по формуле h3%=5,28σh.Then calculate the estimate of the wave height of 3% of security by the formula h 3% = 5.28σ h .
Восстановленный профиль волнения hi обрабатывают в следящем фильтре 64 с коэффициентом сглаживания α=10-3 при собственной частоте следящего фильтра 64, равной ωо≈2π/6, что позволяет на выходе фильтра 64 получить сглаженную первичную волну, так как все вторичные волны через фильтр 64 не проходят, что позволяет подсчитать число периодов волны на заданном интервале.The reconstructed wave profile h i is processed in a
Следящий фильтр 64 (фиг.11) состоит из накапливающих сумматоров 65 и 66, умножителей 67 и 68, блока суммирования 69. Сумматор 65 имеет инверсный вход 70. Применение узкополосного следящего фильтра обусловлено тем, что период морской волны определяется как промежуток времени между прохождением через одну и ту же точку на поверхности моря двух следующих друг за другом гребней волн. При этом в известных устройствах для подавления вторичных колебаний и выделения основного применяют согласованный полосовой фильтр. Однако точное значение выделяемого периода (частоты) основного колебания неизвестно, что снижает достоверность определения периода колебания по измеренным параметрам.The servo filter 64 (Fig. 11) consists of accumulating
Использование узкополосного следящего фильтра позволяет выделить самую низкочастотную компоненту волнограммы с достаточным подавлением более высокочастотной компоненты, что достигается при выполнении условия α<ωo (где α - параметр затухания; ωo - частота собственных колебаний фильтра).Using a narrow-band servo filter allows you to select the lowest-frequency component of the waveform with sufficient suppression of the higher-frequency component, which is achieved when the condition α <ω o is fulfilled (where α is the attenuation parameter; ω o is the filter's natural vibration frequency).
Выходной сигнал следящего фильтра 64 имеет значения ωo=10 и α=0,6. Поскольку оценка приращения координаты Z формируется в спутниковых приемниках из высокочастотных фазовых измерений с субмиллиметровой точностью, то следящий узкополосной фильтр 64 оптимальным образом сглаживает кодовые измерения фазовыми:The output signal of the follow-
где Ziизм - текущее значение измерения;where Z iizm is the current measurement value;
α - коэффициент передачи фильтра (α<1);α is the transmission coefficient of the filter (α <1);
Определение высоты волны 3% обеспеченности и периода волн осуществляется в следующей последовательности.The determination of the wave height of 3% coverage and the wave period is carried out in the following sequence.
После включения питания приемоиндикатора по внутреннему таймеру (или по внешней команде) эпизодически на 15-20 минут он автоматически осуществляет поиск сигналов спутников, измерения и обработку радионавигационных параметров с выдачей по внешнему интерфейсу типа RS-232 трех координат и трех проекций скорости, привязанных к оцифрованному времени с темпом обновления 1 секунда, включение координат по команде в состав информационного сообщения для передачи по каналу связи, сглаживание по времени (на интервале ~15 минут) горизонтальных составляющих скорости капсулы и передачу этих сглаженных значений в состав информационного сообщения.After turning on the power of the transceiver by the internal timer (or by an external command), it periodically for 15-20 minutes automatically searches for satellite signals, measures and processes radio navigation parameters with the output of three coordinates and three velocity projections linked to the digitized via an external RS-232 interface time with a refresh rate of 1 second, the inclusion of coordinates on command in the information message for transmission over the communication channel, smoothing by time (on the interval ~ 15 minutes) of the horizontal component the speed of the capsule and the transfer of these smoothed values into the information message.
Обработка оценок вертикального движения капсулы и передача результатов (высота волны и ее период) в состав информационного сообщения включает:Processing estimates of the vertical movement of the capsule and transferring the results (wave height and its period) as part of the information message includes:
1. Сглаживание оценок текущей высоты Hi оценками вертикальной скорости Vнi, полученными от α-БИХ фильтра 63 с α=0,1 с.1. Smoothing estimates of the current height H i estimates of the vertical speed V ni obtained from the α-
2. Вычисление оценки средней квадратической погрешности и высоты волны 3% обеспеченности:2. The calculation of the estimate of the mean square error and wave height of 3% coverage:
h3%=5,28/nΣHii.h 3% = 5.28 / nΣH ii .
3. Глубокое сглаживание восстановленной волнограммы следящим фильтром 2-го порядка астатизма (ωо=10-3; α=0,6).3. Deep smoothing of the reconstructed waveogram with a second-order tracking filter of astatism (ω о = 10 -3 ; α = 0.6).
4. Подсчет интервала времени ΔТn для целого числа N периодов этих сильно зафильтрованных колебаний (N=20-30) и вычисление периодов волн: T=ΔTn/N.4. Calculation of the time interval ΔT n for an integer N of periods of these highly filtered oscillations (N = 20-30) and the calculation of the wave periods: T = ΔT n / N.
Совместная обработка вертикальных и горизонтальных перемещений капсулы основана на том, что вариации горизонтальной скорости движения капсулы в направлении распространения волны сильно коррелированны с его вертикальным движением. Эти вариации имеют колебательный характер с периодом, равным периоду волны, но сдвинуты по фазе относительно вертикального движения в силу инерционности капсулы. Силы, возбуждающие горизонтальные колебания капсулы (скатывание и орбитальное движение), пропорциональны вертикальной скорости и ординате профиля волны соответственно (сдвинуты по фазе на 90°).Joint processing of vertical and horizontal movements of the capsule is based on the fact that variations in the horizontal velocity of the capsule in the direction of wave propagation are strongly correlated with its vertical movement. These variations are oscillatory in nature with a period equal to the period of the wave, but are shifted in phase relative to the vertical movement due to the inertia of the capsule. The forces that excite the horizontal oscillations of the capsule (rolling and orbital motion) are proportional to the vertical velocity and ordinate of the wave profile, respectively (90 ° out of phase).
Приемоиндикатор 30 в штатном режиме вычисляет и выдает три географические координаты и три составляющие скорости: северную VN, восточную VE и вертикальную VH. Северная VN и восточная VE скорости имеют нестационарный тренд, вызванный поверхностным течением и ветром. Вертикальная скорость VH имеет практически нулевое математическое ожидание.The
Математическая модель взаимосвязи горизонтальных вариаций скорости капсулы с его вертикальным движением описывается зависимостями:The mathematical model of the relationship of horizontal variations in capsule speed with its vertical movement is described by the dependencies:
σVб=σVcк+σVopб,σV b = σV cc + σV opb ,
где σVб - вариация горизонтальной скорости буя;where σV b is the variation of the horizontal velocity of the buoy;
σVск - составляющая σVб, вызванная скатыванием;σV ck - component σV b caused by rolling;
σVорб - составляющая σVб, вызванная орбитальным движением частиц в волне, а без учета вторичных волнσV orb - component σV b caused by the orbital motion of particles in the wave, and without secondary waves
σVcк=K1σVн=a1sin(ωt+φ)σV ck = K 1 σV n = a 1 sin (ωt + φ)
σVopб=K2σVн=a2соs(ωt+ψ),σV opb = K 2 σV n = a 2 cos (ωt + ψ),
где K1 и К2 - коэффициенты пропорциональности, которые зависят от конструкции капсулы (формы его корпуса, размеров, масса и т.д.). С учетом постоянной времени τз узкополостного следящего фильтра 64, который определяется параметром α=1/τз и выражением для амплитуды волны заданной обеспеченностиwhere K 1 and K 2 are the proportionality coefficients, which depend on the capsule design (its body shape, size, weight, etc.). Given the time constant τ s of the narrow-
σVб=Acos(ωt+ϑ).σV b = Acos (ωt + ϑ).
Так как в приемоиндикаторе 30 вектор, совпадающий с направлением распространения волны, представляется двумя географическими проекциями σVNб и σVEб, то оценки определяются в соответствии с зависимостямиSince in
Вариации σVNiизм и σVЕiизм получают из измеренных значений VNiизм и VЕiизм вычитанием текущих оценок их математических ожиданий (нестационарных трендов). Тренд хорошо выделяется 2-3-кратным применением α-БИХ фильтра к измеренным значениям проекций скорости. С учетом динамики этого тренда параметр можно уменьшить до 0,01 (постоянная времени сглаживания τс=100 сек).Variations σV Niism and σV Еiism are obtained from the measured values of V Niism and V Еiism by subtracting the current estimates of their mathematical expectations (non-stationary trends). The trend is well distinguished by a 2-3-fold application of the α-IIR filter to the measured values of the velocity projections. Taking into account the dynamics of this trend, the parameter can be reduced to 0.01 (smoothing time constant τ s = 100 sec).
Эти вариации сильно зашумлены трехмерным характером волнения (наличием углового распределения энергии в двухмерном спектре волнения), а также шумами приемоиндикатора 30.These variations are strongly noisy by the three-dimensional nature of the wave (the presence of the angular distribution of energy in the two-dimensional wave spectrum), as well as by the noise of the
Поскольку глубокое сглаживание этих вариаций по времени, устранив шумы приемника, усреднит также угловой спектр волнения (что нежелательно). Поэтому необходимо сглаживать их на интервале времени, равном полупериоду первичной волны. Тогда гистограмма направлений распространения, полученных из таких сглаженных проекций скорости капсулы, отразит угловое распределение склонов этих волн.Since the deep smoothing of these variations in time, eliminating the noise of the receiver, will also average the angular spectrum of the waves (which is undesirable). Therefore, it is necessary to smooth them over a time interval equal to the half-period of the primary wave. Then, the histogram of the propagation directions obtained from such smooth projections of the capsule velocity will reflect the angular distribution of the slopes of these waves.
Для улучшения оценок направлений А распространения волн на k-том интервале периода использована зависимость Aк=arctg σVЕкб/σVNкб, где σVЕкб и σVNкб соответствуют Dξ=M[ξ(t)], что позволяет использовать корреляцию горизонтальных вариаций скорости с вертикальным движением для весового сглаживания измерений на интервале периода первичной волны. При весовом сглаживании неизвестные коэффициенты пропорциональности, обусловленные массогабаритными характеристиками капсулы, сокращаются, что исключает необходимость их установленияTo improve the estimates of the directions A of wave propagation on the k-th interval of the period, we used the dependence Aк = arctan σV Ekb / σV Nkb , where σV Ekb and σV Nkb correspond to D ξ = M [ξ (t)], which allows us to use the correlation of horizontal velocity variations with vertical movement for weighted smoothing of measurements on the interval of the period of the primary wave. During weight smoothing, unknown proportionality coefficients due to the capsule’s mass and size characteristics are reduced, which eliminates the need to establish them
Здесь k=1, 2............n,Here k = 1, 2 ............ n,
где n - количество отсчетов, примерно соответствующее половине периода первичной волны.where n is the number of samples approximately corresponding to half the period of the primary wave.
Гидроакустический модуль 24 (фиг.12) состоит из блока измерения составляющих скорости относительно дна 71, схемы циклического скоростемера 72, эхолота 73, сканирующего гидролокатора 74 и блока управления режимом функционирования гидроакустического модуля 75, который информационно связан с приемоиндикатором 30.The hydroacoustic module 24 (Fig. 12) consists of a unit for measuring velocity components relative to the bottom 71, a
Входящие в состав гидроакустического модуля 24 измерительные средства работают в циклическом режиме и в определенной последовательности по управляющим сигналам, поступающим в составе информационных сообщений с искусственного спутника.The measuring tools included in the
Блок измерения составляющих скорости относительно дна 71 (фиг.13) состоит из гидроакустической антенны 76, представляющей собой электроакустические преобразователи, в качестве которых используются пьезокерамические элементы из гитано-бариевых или свинцово-цинково-титановых материалов, представляющие собой плоскую поршневую мембрану, приемопередающего устройства 77.The unit for measuring the velocity components relative to the bottom 71 (Fig. 13) consists of a
Гидроакустическая антенна 76 и приемопередающее устройство 77 обеспечивают излучение и прием отраженных от грунта акустических сигналов, распространяющихся по лучам 1-4. Отраженные сигналы Fnp1-Fnp4 с выхода приемопередающего устройства поступают в устройство выделения доплеровских частот 78, где определяются разности частот излученных и принятых колебаний по каждому лучу в вычисленном устройстве 79, доплеровские частоты Fд1-Fд4, пропорциональные соответствующим радиальным скоростям, преобразуются по известным математическим зависимостям в информацию о составляющих скорости Vx (продольная) и Vy (поперечная) в системе координат капсулы. Работой гидроакустического модуля 24 в целом управляет синхронизатор 80 (схема бланкирования). В состав гидроакустического модуля входит корректирующее устройство 81, учитывающее изменения скорости звука в морской воде в соответствии с зависимостьюThe
C=1448,6+4,618t-0,0523t+2,310t+1,25(S-35)-0,11(S-35)t,C = 1448.6 + 4.618t-0.0523t + 2.310t + 1.25 (S-35) -0.11 (S-35) t,
где С - скорость звука, м/с;where C is the speed of sound, m / s;
t - температура морской воды, град С;t is the temperature of sea water, degrees C;
S - соленость морской воды, o/оо.S - salinity of sea water, o / oo.
В одном корпусе с гидроакустической антенной размещен термистор (датчик температуры), данные которого автоматически учитываются в вычислительном устройстве 79, а также поступают в состав информационного сообщения. Путем изменения частоты излучения посредством синхронизатора 80 обеспечивается возможность функционирования блока 60 от ревеберационных слоев, позволяет измерять скорость подводных течений на разных уровнях по глубине.A thermistor (temperature sensor) is placed in one housing with a hydroacoustic antenna, the data of which are automatically taken into account in
Схема циклического скоростемера 72 (фиг.14) представляет собой замкнутое через воду акустическое кольцо синхронизации, образованное двумя акустическими преобразователями 81 и 82, усилителем 83 и импульсным генератором 84, запускаемым по сигналам с выхода усилителя 83. Частота следования импульсов в подобном кольце пропорциональна скорости звука в воде, что обеспечивает непосредственное измерение скорости звука на горизонте антенны 76 для определения скорости поверхностного течения. В частотном дискриминаторе 85 эта частота следования сравнивается с частотой излученного антенной сигнала, который представляет собой гармонику сигнала в кольце. При изменении скорости звука в воде на выходе дискриминатора 85 появляется управляющее напряжение того или иного знака, изменяющее соответствующим образом частоту излучаемого антенной 76 сигнала. При этом автоматически поддерживается постоянной длина волны излучаемых колебаний посредством делителя частоты 86 и генератора, управляемого напряжением, 87.The circuit of the cyclic speedometer 72 (Fig. 14) is an acoustic synchronization ring closed through water, formed by two
Скорость течения Vт определяют как V=L/t±C,The flow rate V t is defined as V = L / t ± C,
где L - расстояние между излучателем и приемником ультразвука;where L is the distance between the emitter and the ultrasound receiver;
t - время прохождения ультразвуком расстояния L;t is the ultrasound travel distance L;
С - скорость ультразвука в неподвижной жидкости.C is the speed of ultrasound in a stationary fluid.
В связи с тем, что скорость ультразвука в морской воде зависит от целого ряда факторов (температуры, давления, солености), во избежание погрешностей при измерении скорости течения в гидроакустическом модуле 24 измеряют не время распространения ультразвуковой волны от излучателя до приемника, а разность времен распространения волн, излучаемых по потоку t1=L/C+V и излучаемых против потока t2=L/C-V, а скорость течения определяют как Vt=L(t1-t2)/t1t2, если направление распространения ультразвука совпадает с вектором скорости потока. Если же указанные направления смещены друг относительно друга на некоторый угол θ, то скорость течения определяется из выражения V=L(t1-t2)/t1t2cosθ.Due to the fact that the speed of ultrasound in sea water depends on a number of factors (temperature, pressure, salinity), in order to avoid errors in measuring the flow velocity in the
В качестве эхолота 73 может быть использован промерный эхолот типа ПЭЛ, навигационный эхолот типа НЭЛ, аналоги или эхолокатор для распознавания морских грунтов [15].As an
При использовании эхолокатора или сканирующего гидролокатора обеспечивается возможность определения местоположения капсулы относительно дна с трансляцией этих данных через спутник на диспетчерский пункт для воспроизведения местоположения капсул на электронной картографической навигационной системе. При использовании капсул для исследования земной поверхности гидроакустический модуль содержит геофоны.When using the sonar or scanning sonar, it is possible to determine the location of the capsule relative to the bottom with the transmission of these data via satellite to the control center to reproduce the location of the capsules on an electronic cartographic navigation system. When using capsules to study the earth's surface, the hydroacoustic module contains geophones.
В качестве движителя в зависимости от формы капсулы может быть использован движитель типа вертушки (при форме капсулы в виде цилиндра или конуса) или движитель с пластинчатым ротором для капсулы, имеющей форму сфероида. Аналог которого описан в [16] для капсулы, выполненной в виде сфероида.As a mover, depending on the shape of the capsule, a mover such as a pinwheel (in the form of a capsule in the form of a cylinder or cone) or a mover with a plate rotor for a capsule having the shape of a spheroid can be used. An analogue of which is described in [16] for a capsule made in the form of a spheroid.
Реализация заявляемого способа и устройства для его осуществления технической сложности не представляет, так как в качестве основной и дополнительной измерительной аппаратуры может быть использована серийно выпускаемая аппаратура с использованием информационных линий между искусственными спутниками диспетчерскими пунктами, а в качестве капсул могут быть использованы корпуса миноторпедного оружия с использованием штатного движительного устройства, например, при использовании корпусов торпеды или при использовании корпусов мин с несущественной модернизацией корпуса для реализации движителя пластинчатого типа, что позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого технического решения условию патентоспособности «промышленная применимость».The implementation of the proposed method and device for its implementation is not of technical complexity, since as the main and additional measuring equipment can be used commercially available equipment using information lines between artificial satellites at control centers, and as capsules can be used shells of torpedo tubes using standard propulsion device, for example, when using torpedo hulls or when using mines with insignificant modernization of the housing for the implementation of the propeller plate type, which allows us to conclude that the claimed technical solution meets the patentability condition “industrial applicability”.
Кроме того, при использовании корпусов миноторпедного оружия при заранее запланированных исследованиях в океане в качестве диагностического модуля могут быть использованы плавсредства, что исключает необходимость в использовании парашютной системы, что значительно упрощает конструкцию корпуса капсулы и условия заполнения всей исследуемой области с обеспечением заданного распределения в исследуемой области.In addition, when using cases of torpedo tubes with pre-planned studies in the ocean, waterborne vehicles can be used as a diagnostic module, which eliminates the need for a parachute system, which greatly simplifies the design of the capsule body and the conditions for filling the entire study area with a given distribution in the study area .
Источники информацииSources of information
1. Патент РФ № 2066466.1. RF patent No. 2066466.
2. Патент РФ № 2041478.2. RF patent No. 2041478.
3. Авторское свидетельство СССР № 532758.3. USSR copyright certificate No. 532758.
4. Авторское свидетельство СССР № 530176.4. Copyright certificate of the USSR No. 530176.
5. Авторское свидетельство СССР № 1712784.5. Copyright certificate of the USSR No. 1712784.
6. Патент РФ № 2050547.6. RF patent No. 2050547.
7. Патент США № 3449950.7. US Patent No. 3449950.
8. Авторское свидетельство СССР № 532759.8. Copyright certificate of the USSR No. 532759.
9. Авторское свидетельство СССР № 640114.9. Copyright certificate of the USSR No. 640114.
10. Авторское свидетельство СССР № 1037742.10. Copyright certificate of the USSR No. 1037742.
11. Авторское свидетельство СССР № 1240169.11. Copyright certificate of the USSR No. 1240169.
12. Авторское свидетельство СССР № 1535141.12. Copyright certificate of the USSR No. 1535141.
13. Патент РФ № 1825092.13. RF patent No. 1825092.
14. 3агородников А.А. Радиолокационная съемка морского волнения с летательных аппаратов. Л., Гидрометеоиздат, 1978, с.83, с.200.14.3agorodnikov A.A. Radar survey of sea waves from aircraft. L., Gidrometeoizdat, 1978, p. 83, p. 200.
15. Патент РФ № 2045081.15. RF patent No. 2045081.
16. Патент РФ № 2133209.16. Patent of the Russian Federation No. 2133209.
Claims (6)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2004107177/28A RU2254600C1 (en) | 2004-03-10 | 2004-03-10 | Method and device for conducting timely research of atmosphere, earth surface and ocean |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2004107177/28A RU2254600C1 (en) | 2004-03-10 | 2004-03-10 | Method and device for conducting timely research of atmosphere, earth surface and ocean |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2254600C1 true RU2254600C1 (en) | 2005-06-20 |
Family
ID=35835919
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2004107177/28A RU2254600C1 (en) | 2004-03-10 | 2004-03-10 | Method and device for conducting timely research of atmosphere, earth surface and ocean |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2254600C1 (en) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2490679C1 (en) * | 2011-12-30 | 2013-08-20 | Николай Николаевич Жильцов | Buoy for determining characteristics of sea waves |
| RU2506193C2 (en) * | 2011-04-20 | 2014-02-10 | Учреждение Российской академии наук Институт океанологии им. П.П. Ширшова РАН | Method and device for delivery of drifters to research areas |
| RU2586694C2 (en) * | 2014-06-16 | 2016-06-10 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт физики атмосферы им. А.М. Обухова Российской академии наук (ИФА им. А.М. Обухова РАН) | Efficient method for determination of mode values of random geophysical values |
| RU2655645C1 (en) * | 2016-12-12 | 2018-05-29 | Публичное акционерное общество "Ракетно-космическая корпорация "Энергия" имени С.П. Королева" | Method of probing upper atmosphere |
| RU186572U1 (en) * | 2018-10-01 | 2019-01-24 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт оптики атмосферы им. В.Е. Зуева Сибирского отделения Российской академии наук (ИОА СО РАН) | TWO-WAVE POLARIZATION LIDAR |
-
2004
- 2004-03-10 RU RU2004107177/28A patent/RU2254600C1/en active
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2506193C2 (en) * | 2011-04-20 | 2014-02-10 | Учреждение Российской академии наук Институт океанологии им. П.П. Ширшова РАН | Method and device for delivery of drifters to research areas |
| RU2490679C1 (en) * | 2011-12-30 | 2013-08-20 | Николай Николаевич Жильцов | Buoy for determining characteristics of sea waves |
| RU2586694C2 (en) * | 2014-06-16 | 2016-06-10 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт физики атмосферы им. А.М. Обухова Российской академии наук (ИФА им. А.М. Обухова РАН) | Efficient method for determination of mode values of random geophysical values |
| RU2655645C1 (en) * | 2016-12-12 | 2018-05-29 | Публичное акционерное общество "Ракетно-космическая корпорация "Энергия" имени С.П. Королева" | Method of probing upper atmosphere |
| RU186572U1 (en) * | 2018-10-01 | 2019-01-24 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт оптики атмосферы им. В.Е. Зуева Сибирского отделения Российской академии наук (ИОА СО РАН) | TWO-WAVE POLARIZATION LIDAR |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US5119341A (en) | Method for extending GPS to underwater applications | |
| EP1275012B1 (en) | Methods and systems for navigating under water | |
| Petillo et al. | Exploiting adaptive and collaborative AUV autonomy for detection and characterization of internal waves | |
| RU2456634C1 (en) | Method of navigating submarine object using hydroacoustic navigation system | |
| JP2003302221A (en) | Gps wave height, current direction and current speed measuring device and gps wave height, current direction and current speed measuring system | |
| RU2563332C2 (en) | Navigation method for autonomous unmanned underwater vehicle | |
| CN112684207B (en) | ADCP (advanced digital control Performance) speed estimation and correction algorithm for deep submersible vehicle | |
| US20060178829A1 (en) | Global acoustic positioning system and device | |
| Work | Nearshore directional wave measurements by surface-following buoy and acoustic Doppler current profiler | |
| Spindel et al. | A high-resolution pulse-Doppler underwater acoustic navigation system | |
| CN107430004B (en) | Method for calculating the surface speed of at least one ship and method for deriving a drift vector at each point on the path of the ship | |
| RU2689281C1 (en) | Method for navigation-information support of deep-sea autonomous unmanned underwater vehicle | |
| RU2254600C1 (en) | Method and device for conducting timely research of atmosphere, earth surface and ocean | |
| RU2370787C1 (en) | Underwater sonde | |
| JPH06289132A (en) | Ones own position measuring type sonobuoy device and its position computing system | |
| US3130385A (en) | Apparatus for determining the direction of arrival of wave energy | |
| JP2005083998A (en) | Gps ocean wave measuring method | |
| Mengyuan et al. | High precision positioning for searching airborne black boxes underwater based on acoustic orbital angular momentum | |
| Van Uffelen | Global positioning systems: Over land and under sea | |
| JP3234889B2 (en) | Bathymetry system using GPS kinematic positioning method | |
| RU2282217C1 (en) | Method of determining comprehensive data on ocean condition | |
| RU2790937C1 (en) | Long range hydroacoustic navigation system | |
| Itani et al. | Low-cost wave sensor using time differential carrier phase observations | |
| RU2773497C1 (en) | Method and system for navigation support of pilotage and positioning | |
| Breslau et al. | The state‐of‐the‐art in marine navigation |