RU2303275C2 - Method for determination of co-ordinates of submerged objects - Google Patents

Method for determination of co-ordinates of submerged objects Download PDF

Info

Publication number
RU2303275C2
RU2303275C2 RU2004124358/09A RU2004124358A RU2303275C2 RU 2303275 C2 RU2303275 C2 RU 2303275C2 RU 2004124358/09 A RU2004124358/09 A RU 2004124358/09A RU 2004124358 A RU2004124358 A RU 2004124358A RU 2303275 C2 RU2303275 C2 RU 2303275C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
buoys
towed
coordinates
sea
towing
Prior art date
Application number
RU2004124358/09A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2004124358A (en
Inventor
Евгений Дмитриевич Лисицын (RU)
Евгений Дмитриевич ЛИСИЦЫН
Юрий Иванович Кузьмин (RU)
Юрий Иванович Кузьмин
Феликс Иосифович Лейкин (RU)
Феликс Иосифович Лейкин
Original Assignee
Северное государственное федеральное унитарное научно-производственное предприятие по морским геологоразведочным работам "СЕВМОРГЕО"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Северное государственное федеральное унитарное научно-производственное предприятие по морским геологоразведочным работам "СЕВМОРГЕО" filed Critical Северное государственное федеральное унитарное научно-производственное предприятие по морским геологоразведочным работам "СЕВМОРГЕО"
Priority to RU2004124358/09A priority Critical patent/RU2303275C2/en
Publication of RU2004124358A publication Critical patent/RU2004124358A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2303275C2 publication Critical patent/RU2303275C2/en

Links

Images

Landscapes

  • Testing Or Calibration Of Command Recording Devices (AREA)
  • Measurement Of Velocity Or Position Using Acoustic Or Ultrasonic Waves (AREA)
  • Position Fixing By Use Of Radio Waves (AREA)

Abstract

FIELD: underwater navigation, applicable at determination of geographic co-ordinates of deep sea-towed complexes in the process of sea geologo-geophysical explorations.
SUBSTANCE: a co-ordinates system with of base length of 2-3 km towed by a ship is produced, each GPS buoy with a built-in hydroacoustic system, composing the base of the co-ordinates system, is linked with the ship with the aid of its cable, which makes it possible, while correcting the cable length to keep the ratio of the lengths of the co-ordinates system in the process of towing, i.e. to keep the deep-sea towered complex in the most favorable zone for high-precision measurements. The buoys can transmit information to the ship with the aid of radio communication or cable.
EFFECT: enhanced accuracy and reliability of determination of a submerged object co-ordinates.
5 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к области геофизической разведки, высокоточной навигации, геологии. В частности, предлагаемое изобретение относится к области подводной навигации и может быть применено при определении географических координат глубоководных буксируемых комплексов в процессе проведения морских геолого-геофизических исследований.The invention relates to the field of geophysical exploration, high-precision navigation, geology. In particular, the present invention relates to the field of underwater navigation and can be applied in determining the geographical coordinates of deep-sea towed complexes during marine geological and geophysical surveys.

Например, изобретение относится к области гидроакустических навигационных систем, позволяющих определить пространственные географические координаты подвижного объекта при его перемещении под поверхностью воды. Предложенное изобретение позволяет точнее и надежнее определить выходные навигационные параметры движущегося объекта. В частности, предлагаемая система включает навигационные измерительные устройства, использующие методы измерения в базовой и геологической системах координат объекта. В качестве базовой системы координат выбирают выносную измерительную базу для определения координат движущегося за судном объекта.For example, the invention relates to the field of sonar navigation systems, allowing to determine the spatial geographical coordinates of a moving object when it moves below the surface of the water. The proposed invention allows more accurate and reliable determination of the output navigation parameters of a moving object. In particular, the proposed system includes navigation measuring devices using measurement methods in the base and geological coordinate systems of the object. As a basic coordinate system, a remote measuring base is selected to determine the coordinates of an object moving behind the vessel.

Известны несколько типов систем определения координат подводных объектов с помощью гидроакустики, отличающиеся между собой размерами базовых линий (измерительных баз), которые представляют собой расстояния между гидроакустическими антеннами, образующими измерительную решетку. Это системы с короткой базой (Short Baize Line), системы со сверхкороткой базой (Ultra Short Baize Line), системы с длинной базой (Lounge Baize Line).Several types of systems are known for determining the coordinates of underwater objects using hydroacoustics, differing in the dimensions of the baselines (measuring bases), which are the distances between the hydroacoustic antennas that form the measuring grid. These are systems with a short base (Short Baize Line), systems with an ultrashort base (Ultra Short Baize Line), systems with a long base (Lounge Baize Line).

Системы со сверхкороткой базой относятся к угломерным системам, в которых направление на объект определяется путем измерения разности фаз между элементами антенны, образованной как минимум двумя гидроакустическими преобразователями, установленными в одном корпусе на расстояниях друг от друга менее длины волны несущего колебания, которое составляет сантиметры. Однако данные системы подвержены влиянию шумов судна, за счет чего снижается точность определения координат.Systems with an ultrashort base refer to goniometer systems in which the direction to the object is determined by measuring the phase difference between the antenna elements formed by at least two sonar transducers installed in one housing at distances from each other less than the wavelength of the carrier wave, which is centimeters. However, these systems are affected by the noise of the vessel, which reduces the accuracy of determining the coordinates.

Системы с короткой базой относятся к так называемым разностно-дальномерным системам, в которых координаты подводного объекта вычисляются по разности времен прихода передних фронтов импульсов, излучаемых гидроакустическим преобразователем с подводного объекта на три гидроакустических преобразователя, расположенных под водой и образующих две пересекающиеся базы. Точность определения координат зависит от длины базы, которая для систем с короткой базой ограничена размерами судна и составляет около 20 метров. Эти системы также подвержены влиянию шумов судна, и, кроме того, оборудование судна спускоподъемными устройствами с гидроакустическими антеннами для формирования короткой базы требует выполнения большого объема дорогостоящих работ при постановке судна в док. При этом базовые линии необходимо точно юстировать относительно диаметральной плоскости судна. Точность определения координат снижается также из-за неточности в ориентации базовых линий, а также из-за необходимости учета случайных ошибок, возникающих из-за крена и дифферента судна. Практическая дальность действия систем с короткой базой ограничивается расстоянием в 1-2 км.Systems with a short base belong to the so-called difference-ranging systems in which the coordinates of the underwater object are calculated by the difference in the arrival times of the leading edges of the pulses emitted by the hydroacoustic transducer from the underwater object to three hydroacoustic transducers located underwater and forming two intersecting bases. The accuracy of determining the coordinates depends on the length of the base, which for systems with a short base is limited by the size of the vessel and is about 20 meters. These systems are also affected by the noise of the vessel, and in addition, equipping the vessel with launching devices with hydroacoustic antennas to form a short base requires a large amount of expensive work when docking the vessel. In this case, the baseline must be accurately aligned relative to the diametrical plane of the vessel. The accuracy of determining the coordinates is also reduced due to inaccuracies in the orientation of the baselines, as well as because of the need to take into account random errors arising from the heel and trim of the vessel. The practical range of short base systems is limited to a distance of 1-2 km.

Наиболее близкими к заявляемому техническому решению являются системы с длинной базой, они относятся к дальномерным системам, в которых местоположение подводного объекта вычисляется по результатам измерения расстояний между подводным объектом и как минимум тремя маяками-ответчиками, установленными в различных точках морского дна на расстояниях в несколько километров друг от друга. Координаты маяков-ответчиков определяются в процессе прохождения судна в районе их постановки путем измерения расстояний до маяков и одновременным измерением собственных координат судна по данным GPS. Буксируемый комплекс посылает и принимает ответные данные от маяков-ответчиков и передает их по кабель-тросу на судно.The closest to the claimed technical solution are systems with a long base, they relate to rangefinder systems in which the location of the underwater object is calculated by measuring the distances between the underwater object and at least three transponder beacons installed at different points of the seabed at distances of several kilometers apart from each other. The coordinates of the defendant beacons are determined during the passage of the vessel in the area of their setting by measuring the distances to the beacons and simultaneously measuring the ship’s own coordinates using GPS data. The towed complex sends and receives response data from the respondent beacons and transmits them via a cable to the ship.

Известно изобретение «Способ расширения использования GPS под водой», патент US №5119341, опубликован 06.02.1992, МПК Н04В 001/59, в соответствии с которым в различных точках заданного района работ на поверхности моря устанавливаются свободно дрейфующие буи, образующие систему с длинной базой. Каждый буй имеет в своем составе навигационный приемник системы GPS и гидроакустическую систему с преобразователем, заглубленным под поверхностью моря. Измеренные каждым буем собственные координаты передаются на подводный аппарат. Гидроакустическая система на подводном аппарате, получив данные о расстояниях до каждого буя и их координаты, вводит эту информацию в вычислительное устройство, которое определяет координаты подводного аппарата непосредственно на его борту. Однако подводный аппарат знает собственные координаты, но с судна невозможно отслеживать его местоположение. Недостатком также является передача большого объема данных по гидроакустическому каналу связи с каждого из буев.The invention is known "Method of expanding the use of GPS under water", US patent No. 5119341, published on 02/06/1992, IPC Н04В 001/59, according to which freely drifting buoys forming a long-base system are installed at various points of a given area of work on the sea surface . Each buoy incorporates a GPS navigation receiver and a sonar system with a transducer buried beneath the surface of the sea. The own coordinates measured by each buoy are transmitted to the underwater vehicle. The hydroacoustic system on the underwater vehicle, having received data on the distances to each buoy and their coordinates, enters this information into a computing device that determines the coordinates of the underwater vehicle directly on its board. However, the underwater vehicle knows its own coordinates, but it is impossible to track its location from the ship. The disadvantage is the transfer of a large amount of data via the sonar channel from each of the buoys.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является изобретение «Способ и устройство для мониторинга и удаленного контроля беспилотного мобильного подводного устройства», патент US №5579285, опубликованный 08.21.1995, международная публикация №W0 94/14081 от 06.23.1994, МПК G01S 005/00; G01S 005/14; G01S 011/14, в соответствии с которым в различных точках поверхности моря устанавливаются дрейфующие буи, образующие длинную базу. Каждый буй в своем составе имеет навигационный приемник GPS, часы, синхронизированные с часами GPS, гидроакустическую приемную систему с заглубленным преобразователем и радиомодем. Такие буи получили название GIB буи, а технология их применения - GIB технология (GIB - global intelligent buoy). Каждый буй измеряет собственные координаты и времена запаздывания в предустановленные моменты времени передает вместе с координатами в стандарте NMEA по радиоканалу через радиомодем на судно. По данным принятых времен запаздывания сигналов пингера с учетом скорости звука в воде на борту судна вычисляются расстояния от подводного объекта до каждого из буев, и по известному алгоритму вычисляются и отображаются координаты подводного объекта и координаты всех буев. Однако для определения координат глубоководных буксируемых комплексов в этом случае требуется большое количество буев, так как траектория буксировки, как правило, имеет значительную протяженность. Кроме того, дрейфующие буи могут быть снесены из района работ на расстояния, превышающие дальность действия гидроакустической системы и радиомодемов.Closest to the proposed invention is the invention "Method and device for monitoring and remote control of an unmanned mobile underwater device", US patent No. 5579285, published 08.21.1995, international publication No. W0 94/14081 from 06.23.1994, IPC G01S 005/00; G01S 005/14; G01S 011/14, according to which drifting buoys are formed at different points on the surface of the sea, forming a long base. Each buoy in its composition has a GPS navigation receiver, a clock synchronized with the GPS clock, a sonar receiving system with a recessed converter and a radio modem. Such buoys are called GIB buoys, and their application technology is called GIB technology (GIB - global intelligent buoy). Each buoy measures its own coordinates and lag times at predefined times it transmits along with coordinates in the NMEA standard over the air via a radio modem to the ship. According to the accepted delay times of the pinger signals, taking into account the speed of sound in water on board the vessel, the distances from the underwater object to each of the buoys are calculated, and the coordinates of the underwater object and the coordinates of all buoys are calculated and displayed using the well-known algorithm. However, to determine the coordinates of deep-sea towed complexes in this case, a large number of buoys is required, since the towing trajectory, as a rule, has a considerable length. In addition, drifting buoys can be taken down from the area of operations at distances exceeding the range of the sonar system and radio modems.

Технической задачей предложенного изобретения является обеспечение проведения глубоководных исследований с помощью буксируемого объекта путем высокоточной привязки его местоположения к географическим координатам на всем протяжении буксировки. При этом расстояние между судном и буксируемым измерительным комплексом может достигать несколько километров, а траектория движения судна не совпадать с траекторией движения буксируемого комплекса. В этом случае с помощью системы определения координат требуется точно, на протяжении всех исследований определять координаты движущегося подводного объекта, например, глубоководных буксируемых комплексов, участвующих в геологоразведке.The technical task of the proposed invention is the provision of deep-sea research using a towed object by accurately linking its location to geographical coordinates throughout the towing. In this case, the distance between the vessel and the towed measuring complex can reach several kilometers, and the trajectory of the vessel does not coincide with the trajectory of the towed complex. In this case, using the coordinate determination system, it is required to accurately, throughout all studies, determine the coordinates of a moving underwater object, for example, deep-sea towed complexes involved in geological exploration.

Существующие измерительные системы с длинной или с короткой базой требуют установки стационарных буев и/или спускоподъемных устройств с гидроакустическими антеннами на судах, что приводит к проведению дорогостоящих работ. Так, определение координат точек постановки маяков-ответчиков занимает до 8 часов судового времени на один маяк и обходится очень дорого. Значительные затраты судового времени расходуются на постановку, всплытие и подъем на борт судна маяков-ответчиков. Установка спускоподъемных устройств с гидроакустическими антеннами требует проведения дорогостоящих работ с постановкой судна в док.Existing measuring systems with long or short base require the installation of stationary buoys and / or tripping devices with hydroacoustic antennas on ships, which leads to expensive work. Thus, the determination of the coordinates of the staging points of the defendant beacons takes up to 8 hours of ship time for one beacon and is very expensive. Significant costs of ship time are spent on the setting, surfacing and boarding of defendant beacons. The installation of hoisting devices with hydroacoustic antennas requires expensive work with the docking of the vessel.

С помощью предложенного изобретения могут быть уменьшены ошибки определения координат за счет исключения судна из гидроакустического тракта, т.е. исключения влияния шумов судна, что положительно влияет на устойчивый прием сигналов. Также может быть повышена точность определения координат за счет уменьшения случайных ошибок измерения, увеличения измерительной базы (в пределах, обеспечивающих условия измерения). Предложенное техническое решение позволяет исключить ограничивающие условия определения координат из-за неблагоприятного геометрического (пространственного) расположения буксируемого подводного объекта, например, в случае, если объект находится около дна. To есть во всех случаях маяки находятся всегда в зоне видимости. Основным техническим результатом является обеспечение постоянного пространственного нахождения внутри измерительной базы системы при любых протяженных траекториях перемещения объекта, при этом маяки не надо переставлять, а следовательно, обеспечивается уменьшение количества устанавливаемых буев независимо от протяженности траектории объекта.Using the proposed invention can be reduced errors in the determination of coordinates due to the exclusion of the vessel from the sonar tract, i.e. eliminating the effect of vessel noise, which positively affects the stable reception of signals. The accuracy of determining coordinates can also be improved by reducing random measurement errors, increasing the measurement base (within the limits that provide the measurement conditions). The proposed technical solution eliminates the limiting conditions for determining coordinates due to the unfavorable geometric (spatial) location of the towed underwater object, for example, if the object is near the bottom. That is, in all cases, beacons are always in sight. The main technical result is the provision of a constant spatial location inside the measuring base of the system for any extended trajectories of the object, while the beacons do not need to be rearranged, and therefore, the number of buoys installed is reduced regardless of the length of the trajectory of the object.

Таким образом, техническим результатом является повышение точности измерений при повышении надежности и удешевлении системы за счет уменьшения количества буев независимо от протяженности траектории объекта.Thus, the technical result is to increase the accuracy of measurements while increasing the reliability and cost of the system by reducing the number of buoys, regardless of the length of the trajectory of the object.

Заявленный технический результат обеспечивается за счет системы определения координат подводных объектов. Задача решается следующим образом. Система определения координат содержит систему из буксируемого объекта 1 и буев 2, расположенных на поверхности моря, в которой буи выполнены как часть системы в количестве не менее трех, снабжены радионавигационным приемником GPS (Global Positioning System) 3, высокостабильными часами 4, предварительно синхронизированными по часам GPS (Global Positioning System), гидроакустической приемной системой 5, выделяющей и принимающей сигнал пингера 6, контроллером - измерителем временных интервалов 7. Система отличается тем, что она снабжена буксирующим объектом 8, включает буксируемый подводный объект 1 и буи 2, выполненные как единая система с буксируемым объектом, которую на всем протяжении трассы перемещают буксирующим объектом 8, сохраняя соотношение размеров измерительной базы L системы, при этом буи и буксируемый объект закреплены, например, тросами 9 заданной длины к буксирующему объекту, образуя систему с расчетной измерительной базой, буи снабжены неподвижными рулями, предварительно установленными на заданный угол α, и преобразователем 10, размещенным под поверхностью моря, буксируемый объект снабжен пингером 6, излучающим гидроакустический сигнал в предустановленные моменты времени, при этом буксируемый объект 1 размещен таким образом, чтобы проекция его находилась внутри координатной сетки, образованной буями 2 на поверхности моря. В качестве буев могут быть использованы GIB буи (Global Intelligent Buoy). В качестве буксирующего объекта может быть использовано судно или иной движущийся объект. В качестве буксируемого объекта может быть использован глубоководный геофизический комплекс ROV (Remote Operate Vestige). В качестве измерительной базы может быть взята длинная измерительная база (LBL), при этом буксируемый объект снабжают высокостабильными часами, предварительно синхронизированными по часам GPS (Global Positioning System) с высокостабильными часами каждого буя. Или в качестве измерительной базы может быть взята короткая измерительная база (SBL), при этом буксируемый объект снабжают устройством определения глубины погружения буксируемого объекта. Система, например, включает ЭВМ, которая, например, размещена на судне 1 или на любой стационарной базе. ЭВМ осуществляет расчет координат буксируемого объекта либо на основе длинной измерительной базы, либо на основе короткой измерительной базы, либо одновременно на основе короткой и длинной измерительных баз. Буксируемый объект может быть снабжен радиомодемом или соединен с судном кабель-тросом. Буи могут быть снабжены радиомодемами или соединены с буксирующим объектом кабель-тросами.The claimed technical result is ensured by a system for determining the coordinates of underwater objects. The problem is solved as follows. The coordinate determination system contains a system of towed object 1 and buoys 2 located on the sea surface, in which the buoys are made as part of the system in an amount of at least three, equipped with a GPS (Global Positioning System) 3 radio receiver, highly stable clock 4, pre-synchronized by the clock GPS (Global Positioning System), a hydroacoustic receiving system 5, emitting and receiving a pinger signal 6, by a controller - measuring time intervals 7. The system is characterized in that it is equipped with a towing object 8, includes a dockable underwater object 1 and buoys 2, made as a single system with a towed object, which is moved by a towing object 8 throughout the route, while maintaining the size ratio of the measuring base L of the system, while the buoys and the towed object are fixed, for example, by cables 9 of a given length to the towing the object, forming a system with a calculated measuring base, the buoys are equipped with fixed rudders, pre-installed at a given angle α, and a transducer 10 located below the sea surface, the towed object is equipped with n pinger 6, emitting a hydroacoustic signal at predetermined times, while the towed object 1 is placed so that its projection is inside the coordinate grid formed by buoys 2 on the sea surface. GIB buoys (Global Intelligent Buoy) can be used as buoys. A vessel or other moving object may be used as a towing object. As a towed object, the deep-sea geophysical complex ROV (Remote Operate Vestige) can be used. A long measuring base (LBL) can be taken as a measuring base, while the towed object is equipped with a highly stable clock previously synchronized by the GPS (Global Positioning System) clock with the highly stable clock of each buoy. Or, a short measuring base (SBL) can be taken as the measuring base, while the towed object is equipped with a device for determining the immersion depth of the towed object. The system, for example, includes a computer, which, for example, is located on the ship 1 or on any fixed base. The computer calculates the coordinates of the towed object either on the basis of a long measuring base, or on the basis of a short measuring base, or simultaneously on the basis of a short and long measuring base. The towed object can be equipped with a radio modem or connected to the ship with a cable cable. Buoys can be equipped with radio modems or connected to a towing object with cable cables.

Сущность изобретения отображена на чертежах, иллюстрирующих систему определения координат подводных объектов.The invention is shown in the drawings, illustrating a system for determining the coordinates of underwater objects.

На Фиг.1 изображена общая схема системы определения координат в аксонометрии.Figure 1 shows a General diagram of a system for determining coordinates in a perspective view.

На Фиг.2 изображена проекция системы определения координат на поверхности моря.Figure 2 shows the projection of the coordinate determination system on the sea surface.

Сущность изобретения поясняется на Фиг.1, где 8 - судно-буксировщик, 2 - GIB буи на морской поверхности, 1 - буксируемый глубоководный комплекс, 6 - пингеры, 9 - буксирующий кабель-трос или буксирные тросы GIB буев, R1, R2, R3 - горизонтальные расстояния между буями на поверхности моря, формирующие измерительную базу гидроакустической навигационной системы, L1, L2, L3 - наклонные дальности от, например, глубоководного буксируемого комплекса (1) до гидроакустического преобразователя (10) каждого из GTB буев, L1*, L2*, L3* - проекции наклонных дальностей на поверхность моря, А - точка проекции глубоководного буксируемого комплекса на поверхность, 11 - созвездие навигационных спутников системы GPS.The invention is illustrated in Figure 1, where 8 is a towing vessel, 2 is a GIB buoy on the sea surface, 1 is a towed deep-sea complex, 6 are pingers, 9 is a towing cable or towing cables GIB buoys, R1, R2, R3 - horizontal distances between buoys on the sea surface, forming the measuring base of the sonar navigation system, L1, L2, L3 - slant ranges from, for example, a deep-sea towed complex (1) to sonar transducer (10) of each of the GTB buoys, L1 *, L2 * , L3 * - projections of inclined ranges onto the surface m Oria, A is the projection point of the deep-sea towed complex onto the surface, 11 is the constellation of GPS navigation satellites.

Гидроакустический преобразователь - пингер 6 на глубоководном буксируемом комплексе 1 по сигналу часов, синхронизированных с часами GIB буев 2, в предустановленный момент времени излучает импульс. Этот импульс, принимаемый каждым гидроакустическим преобразователем GIB буев 10, запаздывает относительно предустановленного момента излучения, хранящегося в часах буев, на величину, пропорциональную наклонным дальностям от глубоководного буксируемого комплекса до каждого из буев. Измеренное время запаздывания, пропорциональное наклонным дальностям, совместно с собственными координатами, полученными по данным GPS, каждый буй передает на судно через радиомодем или кабель-трос. Бортовой радиомодем или бортовая аппаратура принимает координаты каждого буя, времена запаздывания сигналов пингера 6 и вводит эту информацию в персональный компьютер, где по известному алгоритму вычисляются координаты глубоководного буксируемого комплекса.The hydro-acoustic transducer - pinger 6 on a deep-sea towed complex 1, emits a pulse at a preset time moment by a clock signal synchronized with the clock GIB of buoys 2. This pulse, received by each sonar transducer GIB of buoys 10, is delayed relative to a predetermined moment of radiation stored in the buoy hours by an amount proportional to the inclined ranges from the deep-sea towed complex to each of the buoys. The measured delay time is proportional to the inclined ranges, together with its own coordinates obtained by GPS data, each buoy transmits to the vessel through a radio modem or cable. The on-board radio modem or on-board equipment receives the coordinates of each buoy, the delay times of the pinger signals 6 and enters this information into a personal computer, where the coordinates of a deep-sea towed complex are calculated using the well-known algorithm.

На Фиг.2 изображено в плане взаимное расположение судна 8, буксируемых GSB буев 2 и глубоководного комплекса 1, 9 - буксирующий кабель-трос глубоководного комплекса или буксирующие тросы GIB буев, 12 - рули GIB буев, у которых установлены рули на угол α.Figure 2 shows in plan the relative position of the vessel 8, towed GSB buoys 2 and deep-sea complex 1, 9 - towing cable-cable of the deep-sea complex or towing cables GIB buoys, 12 - rudders of GIB buoys, which have rudders installed at an angle α.

Система работает следующим образом.The system operates as follows.

Одновременно с буксировкой глубоководного комплекса 1 буксируется на поверхности моря система из трех GIB буев 2, образующих систему с измерительной базой. Для формирования длинной или короткой измерительной базы системы каждый буй снабжается рулем, с помощью которого каждый буй в процессе буксировки занимает требуемое положение на морской поверхности в зависимости от длины буксирующего троса 9, скорости буксировки и фиксированного, заранее установленного положения руля. При этом неизбежные изменения положения буев в буксируемой системе определения координат под влиянием внешних условий и параметров буксировки несущественны, так как текущие координаты каждого буя передаются радиомодемами буев с заданным периодом времени, измеряемым единицами секунд. Применение такой системы позволяет сохранять положение проекции глубоководного буксируемого комплекса внутри координатной сетки, образованной буями на поверхности моря. Такое положение поддерживает наиболее благоприятные акустические условия для обеспечения высокой точности определения координат на всем протяжении буксировки. Буксировка системы определения координат, или гидроакустической навигационной системы, позволяет практически избежать влияния собственных шумов судна на дальность и точность определения координат. Требуются всего три буя независимо от протяженности трассы буксировки, а затраты судового времени на определение координат местоположения буев, образующих измерительную базу, отсутствуют. При этом в качестве буксировщика может использоваться любое арендуемое судно, и нет необходимости оборудовать его гидроакустической навигационной системой. Буи легко устанавливаются на морскую поверхность и легко выбираются на борт судна. Необходимо отметить, что передача информации с буев на судно может производиться не только по радиолинии с помощью радиомодемов, но и по кабель-тросу, которым можно буксировать каждый буй. В этом случае радиомодемы на буях и на судне могут отсутствовать, а синхронизация часов буев и пингера производится по кабель-тросам через бортовую аппаратуру судна.Simultaneously with towing a deep-sea complex 1, a system of three GIB buoys 2, forming a system with a measuring base, is towed on the sea surface. To form a long or short measuring base of the system, each buoy is equipped with a rudder, with the help of which each buoy in the process of towing occupies the required position on the sea surface depending on the length of the towing cable 9, towing speed and a fixed, predetermined position of the rudder. In this case, the inevitable changes in the position of the buoys in the towed coordinate determination system under the influence of external conditions and towing parameters are insignificant, since the current coordinates of each buoy are transmitted by the buoy radio modems with a given time period, measured in units of seconds. The use of such a system allows you to maintain the position of the projection of a deep-sea towed complex inside the coordinate grid formed by buoys on the sea surface. This position supports the most favorable acoustic conditions to ensure high accuracy in determining coordinates throughout the towing. Towing the coordinate system, or sonar navigation system, allows you to practically avoid the influence of the ship's own noise on the range and accuracy of the coordinates. Only three buoys are required, regardless of the length of the towing route, and there is no cost of ship time to determine the location coordinates of the buoys that form the measuring base. At the same time, any leased vessel can be used as a towing vehicle, and there is no need to equip it with a hydro-acoustic navigation system. Buoys are easily mounted on the sea surface and are easily selected on board. It should be noted that the transmission of information from buoys to a ship can be carried out not only by radio using radio modems, but also by cable, which can be used to tow each buoy. In this case, the radio modems on the buoys and on the ship may be absent, and the clocks of the buoys and pinger are synchronized via cable cables through the ship's onboard equipment.

Расчет координат измеряют как на основе длинной измерительной базы, так и на основе короткой измерительной базы, при этом реализован пространственный принцип измерения, на основе определения расстояний, определенных гидроакустическим методом с определением универсальной характеристики для длинномерных и короткомерных баз - времени запаздывания гидроакустического сигнала относительно синхроимпульса излучения.The calculation of coordinates is measured both on the basis of a long measuring base and on the basis of a short measuring base, while the spatial measurement principle is implemented, based on the determination of distances determined by the hydroacoustic method with the definition of the universal characteristic for long and short bases - the delay time of the hydroacoustic signal relative to the sync pulse of radiation .

В случае расчета координат на основе длинной измерительной базы (R1, R2, R3), расчет ведется по времени запаздывания, когда измеряют дальность прохождения гидроакустического сигнала от буксируемого объекта до маяка. При этом буксируемый объект снабжают высокостабильными часами, предварительно синхронизированными по часам GPS (Global Positioning System) с высокостабильными часами каждого буя.In the case of calculating the coordinates on the basis of a long measuring base (R1, R2, R3), the calculation is carried out according to the delay time, when the distance of the hydroacoustic signal from the towed object to the lighthouse is measured. In this case, the towed object is equipped with a highly stable clock, previously synchronized by the GPS (Global Positioning System) clock with the highly stable clock of each buoy.

В случае расчета координат на основе короткой измерительной базы (R1, R2, R3) расчет ведется по времени запаздывания, когда измеряют разность дальностей прохождения гидроакустического сигнала пингера, проходящего по направлению к бую. При этом буксируемый объект снабжают устройством определения глубины погружения буксируемого объекта.In the case of calculating the coordinates on the basis of a short measuring base (R1, R2, R3), the calculation is carried out according to the delay time, when the difference in the transmission distances of the sonar signal of the pinger passing towards the buoy is measured. In this case, the towed object is equipped with a device for determining the immersion depth of the towed object.

Таким образом, предлагается более универсальный способ определения координат, т.к. возможно проводить как измерения на основе длинной базы, так и на основе короткой базы. Причем при короткой базе синхронизация сигналов не требуется. При этом короткая измерительная база имеет размеры, не менее чем на порядок большие, чем короткая измерительная база, традиционно сформированная на судне.Thus, a more universal way of determining coordinates is proposed, since it is possible to carry out measurements based on a long base, and on the basis of a short base. Moreover, with a short base, signal synchronization is not required. Moreover, the short measuring base has dimensions not less than an order of magnitude larger than the short measuring base, traditionally formed on the ship.

Иными словами, для короткой базы используют разностно-дальнюю систему измерения (Short Baize Line), а для длинной базы - дальномерную систему измерения (Lounge Baize Line).In other words, for a short base, use the differential-far measuring system (Short Baize Line), and for a long base - a range-measuring system (Lounge Baize Line).

И в том, и в другом случае принципом расчета является определение координат по расстоянию от объекта до буя через координаты буя, рассчитанные в географической системе координат GPS.In both cases, the principle of calculation is to determine the coordinates by the distance from the object to the buoy through the coordinates of the buoy, calculated in the geographical coordinate system GPS.

В результате достигают заявленный технический результат.As a result, the claimed technical result is achieved.

Кроме того, не требуется проводить длительную и дорогостоящую калибровку маяков-ответчиков. За счет уменьшения объема данных, которые должны быть переданы по гидроакустическому каналу, достигается также повышение точности мониторинга.In addition, a lengthy and costly calibration of transponder beacons is not required. By reducing the amount of data that must be transmitted through the sonar channel, an increase in the accuracy of monitoring is also achieved.

Благодаря тому, что обновление информации увеличивается в 2 раза, т.е. за счет увеличения частоты обновления информации о координатах маяков-ответчиков можно добиться более точного во времени измерения и осуществления мониторинга.Due to the fact that the information update is increased by 2 times, i.e. by increasing the frequency of updating the information on the coordinates of the respondent beacons, it is possible to achieve a more accurate measurement and monitoring time.

Также повышается качество принимаемого сигнала за счет исключения шумов судна, улучшается характеристика измерения - соотношение сигнал - шум.The quality of the received signal is also improved by eliminating the noise of the vessel, the measurement characteristic is improved - the signal-to-noise ratio.

Вся система существенно удешевляется за счет исключения дорогостоящего оборудования и сложных подготовительных работ на судне.The whole system is significantly cheaper by eliminating expensive equipment and complex preparatory work on the ship.

Кроме того, исключают ограничивающие условия определения координат из-за неблагоприятного геометрического (пространственного) расположения объекта, например, в случае, если объект находится около дна. Во всех случаях буи находятся всегда в зоне видимости.In addition, restrictive conditions for determining coordinates due to the unfavorable geometric (spatial) location of the object are excluded, for example, if the object is near the bottom. In all cases, buoys are always in sight.

Предложенное техническое решение обеспечивает постоянное пространственное нахождение внутри измерительной базы системы при любых протяженных траекториях перемещения объекта, при этом буи-маяки не надо переставлять. Это приводит к уменьшению количества устанавливаемых буев независимо от протяженности траектории подводного объекта.The proposed technical solution provides a constant spatial location inside the measuring base of the system for any extended trajectories of movement of the object, while the buoys and beacons do not need to be rearranged. This leads to a decrease in the number of buoys installed regardless of the length of the trajectory of the underwater object.

Claims (5)

1. Система определения координат подводных объектов, содержащая объект, буксирующий систему из буксируемого подводного объекта и буев, расположенных на поверхности моря, в которой буи выполнены как часть системы в количестве не менее трех, и снабжены радионавигационным приемником Global Positioning System, высокостабильными часами, предварительно синхронизированными по часам Global Positioning System, гидроакустической приемной системой, выделяющей и принимающей сигнал пингера, излучающего гидроакустический сигнал в предустановленные моменты времени и которым снабжен буксируемый подводный объект, и контроллером-измерителем временных интервалов, отличающийся тем, что буи и буксируемый подводный объект соединены каждый с буксирующим объектом кабелем-тросом, образуя систему с длинной базой, с обеспечением постоянного пространственного нахождения буксируемого объекта внутри измерительной базы системы, сохраняя соотношения размеров измерительной базы при любых протяженных траекториях перемещениях подводного объекта, при этом буи снабжены неподвижными рулями, предварительно установленными на заданный угол и преобразователем, размещенным под поверхностью моря.1. A system for determining the coordinates of underwater objects, containing an object towing a system of a towed underwater object and buoys located on the sea surface, in which the buoys are made as part of the system in an amount of at least three, and are equipped with a Global Positioning System radio navigation receiver, highly stable clocks, previously synchronized by the Global Positioning System clock, a hydro-acoustic receiving system that emits and receives a pinger signal emitting a hydro-acoustic signal at preset time points and a cat A towed underwater object is equipped with one, and a time meter controller, characterized in that the buoys and the towed underwater object are connected each to the towing object by a cable cable, forming a system with a long base, with a constant spatial location of the towed object inside the measuring base of the system, while maintaining aspect ratio of the measuring base for any extended trajectories of movement of the underwater object, while the buoys are equipped with fixed rudders, pre-installed at a given angle and a transducer located below the sea surface. 2. Система по п.1, отличающаяся тем, что в качестве буев используют Global Intelligent Buoy.2. The system according to claim 1, characterized in that Global Intelligent Buoy is used as buoys. 3. Система по п.1, отличающаяся тем, что в качестве буксирующего объекта используют судно.3. The system according to claim 1, characterized in that the vessel is used as a towing object. 4. Система по п.1, отличающаяся тем, что в качестве буксируемого объекта используют глубоководный геофизический комплекс Remote Operate Vestige.4. The system according to claim 1, characterized in that as a towed object using a deep-sea geophysical complex Remote Operate Vestige. 5. Система по п.1, отличающаяся тем, что буксируемый объект снабжен радиомодемом.5. The system according to claim 1, characterized in that the towed object is equipped with a radio modem.
RU2004124358/09A 2004-08-12 2004-08-12 Method for determination of co-ordinates of submerged objects RU2303275C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2004124358/09A RU2303275C2 (en) 2004-08-12 2004-08-12 Method for determination of co-ordinates of submerged objects

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2004124358/09A RU2303275C2 (en) 2004-08-12 2004-08-12 Method for determination of co-ordinates of submerged objects

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2004124358A RU2004124358A (en) 2006-01-27
RU2303275C2 true RU2303275C2 (en) 2007-07-20

Family

ID=36047516

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2004124358/09A RU2303275C2 (en) 2004-08-12 2004-08-12 Method for determination of co-ordinates of submerged objects

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2303275C2 (en)

Cited By (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2469346C1 (en) * 2011-07-11 2012-12-10 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Тихоокеанский океанологический институт им. В.И. Ильичева Дальневосточного отделения Российской академии наук (ТОИ ДВО РАН) Method of positioning underwater objects
RU2470317C1 (en) * 2011-07-13 2012-12-20 Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный научно-исследовательский институт судовой электротехники и технологии" (ФГУП "ЦНИИ СЭТ") Differential-range hydroacoustic device for determining position of surface or underwater vessel relative given channel
RU2483326C2 (en) * 2011-04-26 2013-05-27 Российская Федерация, От Имени Которой Выступает Министерство Промышленности И Торговли Российской Федерации Hydroacoustic synchronous range-finding navigation system for positioning underwater objects in navigation field of randomly arranged hydroacoustic transponder beacons
RU2568071C1 (en) * 2014-09-11 2015-11-10 Открытое акционерное общество "Акустический институт имени академика Н.Н. Андреева" Hydroacoustic positioning system
RU2599902C1 (en) * 2015-09-08 2016-10-20 Общество с ограниченной ответственностью "Лаборатория подводной связи и навигации" Method of navigating underwater objects and system for its implementation
RU2617134C2 (en) * 2014-12-30 2017-04-21 Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство промышленности и торговли Российской Федерации (Минпромторг) Hydroacoustic system of underwater navigation
RU2626244C1 (en) * 2016-07-04 2017-07-25 Общество с ограниченной ответственностью "СКБ ШЕЛЬФ" Method and system of positioning group of submarine objects in limited water volume
RU2656984C1 (en) * 2016-12-19 2018-06-07 Анатолий Петрович Рыбкин System of preempt sounding of space in front of moving surface or submarine vessel
RU2702700C1 (en) * 2018-12-11 2019-10-09 Акционерное общество "Концерн "Центральный научно-исследовательский институт "Электроприбор" Method of positioning underwater objects
RU2709100C1 (en) * 2018-06-19 2019-12-16 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Специальное конструкторское бюро средств автоматизации морских исследований Дальневосточного отделения Российской академии наук Method of determining location of underwater object

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2529207C1 (en) * 2013-04-24 2014-09-27 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Иркутский государственный технический университет" (ФГБОУ ВПО "ИрГТУ") Navigation system for towed underwater vehicle

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Перевод статьи Richarda B. Langley, «Dilution of Precision» опубликованной в 2000 году в журнале GPS Word, Advanstar Communications, 859 Wiallamette Street, Eugene или 97401 USA перевод выполненный «Навгеоком» в 2002 году располагается в сети Интернет по адресу:. http://www.navgeocom.ru/gps/dop/index.htm. БОРОДИН В.И., СМИРНОВ Г.Е., ТОЛСТЯКОВА Н.А., ЯКОВЛЕВ Г.В. Гидроакустические навигационные средства. - Л.: Судостроение, 1983. *

Cited By (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2483326C2 (en) * 2011-04-26 2013-05-27 Российская Федерация, От Имени Которой Выступает Министерство Промышленности И Торговли Российской Федерации Hydroacoustic synchronous range-finding navigation system for positioning underwater objects in navigation field of randomly arranged hydroacoustic transponder beacons
RU2469346C1 (en) * 2011-07-11 2012-12-10 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Тихоокеанский океанологический институт им. В.И. Ильичева Дальневосточного отделения Российской академии наук (ТОИ ДВО РАН) Method of positioning underwater objects
RU2470317C1 (en) * 2011-07-13 2012-12-20 Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный научно-исследовательский институт судовой электротехники и технологии" (ФГУП "ЦНИИ СЭТ") Differential-range hydroacoustic device for determining position of surface or underwater vessel relative given channel
RU2568071C1 (en) * 2014-09-11 2015-11-10 Открытое акционерное общество "Акустический институт имени академика Н.Н. Андреева" Hydroacoustic positioning system
RU2617134C2 (en) * 2014-12-30 2017-04-21 Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство промышленности и торговли Российской Федерации (Минпромторг) Hydroacoustic system of underwater navigation
RU2599902C1 (en) * 2015-09-08 2016-10-20 Общество с ограниченной ответственностью "Лаборатория подводной связи и навигации" Method of navigating underwater objects and system for its implementation
WO2017044012A1 (en) * 2015-09-08 2017-03-16 Общество с ограниченной ответственностью "Лаборатория подводной связи и навигации" Method for positioning underwater objects and system for the implementation thereof
US10989815B2 (en) 2015-09-08 2021-04-27 Underwater Communications & Navigation Laboratory (Limited Liability Company) Method for positioning underwater objects and system for the implementation thereof
RU2626244C1 (en) * 2016-07-04 2017-07-25 Общество с ограниченной ответственностью "СКБ ШЕЛЬФ" Method and system of positioning group of submarine objects in limited water volume
RU2656984C1 (en) * 2016-12-19 2018-06-07 Анатолий Петрович Рыбкин System of preempt sounding of space in front of moving surface or submarine vessel
RU2709100C1 (en) * 2018-06-19 2019-12-16 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Специальное конструкторское бюро средств автоматизации морских исследований Дальневосточного отделения Российской академии наук Method of determining location of underwater object
RU2702700C1 (en) * 2018-12-11 2019-10-09 Акционерное общество "Концерн "Центральный научно-исследовательский институт "Электроприбор" Method of positioning underwater objects

Also Published As

Publication number Publication date
RU2004124358A (en) 2006-01-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7512036B2 (en) Underwater acoustic positioning system and method
Kussat et al. Absolute positioning of an autonomous underwater vehicle using GPS and acoustic measurements
US4992990A (en) Method for determining the position of seismic streamers in a reflection seismic measuring system
US6501704B2 (en) Underwater object positioning system
US11899104B2 (en) Navigation system for underwater vehicles
CN100495066C (en) Underwater GPS positioning navigation method and system without high stable frequency scale
CA1208428A (en) Method for determining the position of a marine seismic receiver cable
RU2437114C1 (en) System for determining coordinates of underwater objects
WO2020005116A1 (en) Method for locating underwater objects
NO334597B1 (en) Underwater navigation method and system
MX2014008733A (en) Actively controlled buoy based marine seismic survey system and method.
RU2483326C2 (en) Hydroacoustic synchronous range-finding navigation system for positioning underwater objects in navigation field of randomly arranged hydroacoustic transponder beacons
RU2629916C1 (en) Method and device for determining initial coordinates of independent unmanned underwater apparatus
RU2303275C2 (en) Method for determination of co-ordinates of submerged objects
CN110294080A (en) A method of underwater accurate operation is realized using ultra-short baseline
AU2005268886B2 (en) Method for an antenna angular calibration by relative distance measuring
CN112068078A (en) Combined long-baseline deep sea underwater sound positioning method
USH1618H (en) Coherent arrays of drifting sonobuoys
RU2555479C2 (en) High-precision coordination of underwater complex for underwater navigation
CN113608168B (en) Real-time self-calibration system and method for position of underwater sound receiver for water surface movable platform
RU2568071C1 (en) Hydroacoustic positioning system
RU2529207C1 (en) Navigation system for towed underwater vehicle
CN111522013A (en) Submarine target positioning device based on side scan sonar
RU2792922C1 (en) Method for positioning an autonomous underwater vehicle in the deep sea
US20240183977A1 (en) Navigation system for underwater vehicles

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20070813