RU2308054C2 - Hydroacoustic synchronous long-range navigation system - Google Patents
Hydroacoustic synchronous long-range navigation system Download PDFInfo
- Publication number
- RU2308054C2 RU2308054C2 RU2005136154/09A RU2005136154A RU2308054C2 RU 2308054 C2 RU2308054 C2 RU 2308054C2 RU 2005136154/09 A RU2005136154/09 A RU 2005136154/09A RU 2005136154 A RU2005136154 A RU 2005136154A RU 2308054 C2 RU2308054 C2 RU 2308054C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- receiver
- inputs
- acoustic
- outputs
- channel
- Prior art date
Links
Abstract
Description
Изобретение относится к области гидроакустических навигационных систем и может быть использовано для навигационного обеспечения подводных аппаратов.The invention relates to the field of sonar navigation systems and can be used for navigation support of underwater vehicles.
Известна гидроакустическая синхронная дальномерная навигационная система [1], содержащая донную базу из М гидроакустических приемоответчиков с различными частотами ответа, размещенные на объекте навигации гидроакустический передатчик, вход которого соединен с выходом синхронизатора, М-канальный приемник, выходы которого подключены к входам М измерителей времени распространения акустических сигналов до соответствующего приемоответчика, работающего на частоте этого канала, и обратно, вторые входы которых соединены с выходами синхронизатора, M×N блоков преобразования временных интервалов в дистанции по числу N возможных лучевых траекторий, входы которых подключены к соответствующим выходам измерителей времени распространения, М блоков выбора максимального значения, входы которых соединены с выходами N блоков каждого их М каналов преобразования временных интервалов в дистанции, вычислитель координат объекта навигации, вход которого соединен с выходом М блоков выбора максимального значения.Known sonar synchronous rangefinder navigation system [1], containing a bottom base of M hydroacoustic transponders with different response frequencies, located on the navigation object hydroacoustic transmitter, the input of which is connected to the output of the synchronizer, M-channel receiver, the outputs of which are connected to the inputs of M meters of propagation time acoustic signals to the corresponding transponder operating at the frequency of this channel, and vice versa, the second inputs of which are connected to the sync outputs isator, M × N blocks for converting time intervals in distance according to the number N of possible ray paths, the inputs of which are connected to the corresponding outputs of measuring instruments for propagation time, M blocks for selecting the maximum value, the inputs of which are connected to the outputs of N blocks of each of their M channels for converting time intervals in distance , the coordinate calculator of the navigation object, the input of which is connected to the output of M blocks for selecting the maximum value.
Наличие в структуре навигационной системы блоков преобразования временных интервалов в дистанции, работающих с учетом лучевой структуры звукового поля, позволяет уменьшить погрешность определения координат объекта навигации.The presence in the structure of the navigation system of blocks for converting time intervals into distances, working taking into account the radiation structure of the sound field, allows to reduce the error in determining the coordinates of the navigation object.
Недостатком указанной навигационной системы является большая погрешность определения координат в случае, если первый пришедший на приемник акустический сигнал не соответствует наикратчайшей лучевой траектории.The disadvantage of this navigation system is a large error in determining the coordinates if the first acoustic signal that arrives at the receiver does not correspond to the shortest radial path.
Известна гидроакустическая синхронная дальномерная навигационная система [2], содержащая донную базу из М гидроакустических приемоответчиков с различными частотами ответа fm (m=1-M), размещенные на объекте навигации гидроакустический передатчик с частотой опроса f0, вход которого соединен с первым выходом генератора синхроимпульсов, первый М-канальный приемник с акустическим входом для ответных сигналов, выходы которого подключены к входам М измерителей времени распространения акустических сигналов до соответствующего приемоответчика, работающего на частоте этого канала, и обратно, вторые входы которых соединены с выходами генератора синхроимпульсов, M×N блоков преобразования временных интервалов в дистанции по числу N возможных лучевых траекторий, входы которых соединены с первыми выходами соответствующих измерителей времени распространения, акустический приемник с акустическим входом для приема ответных сигналов, второй М-канальный приемник, входы которого соединены с выходами акустического приемника с акустическим входом, М вычислителей дистанции и угла скольжения, вторые входы которых соединены с вторыми выходами соответствующих измерителей времени распространения, блок задания инвариантной скорости, выход которого соединен с третьими входами вычислителей дистанции и угла скольжения, М блоков выбора луча, первые входы которых соединены с выходами соответствующих вычислителей дистанции и угла скольжения, вторые входы соединены с выходами соответствующих N блоков преобразования временных интервалов в дистанции, вычислитель координат объекта навигации.Known sonar synchronous rangefinder navigation system [2], containing a bottom base of M hydroacoustic transponders with different response frequencies f m (m = 1-M), placed on the navigation object hydroacoustic transmitter with a polling frequency f 0 , the input of which is connected to the first output of the generator clock, the first M-channel receiver with an acoustic input for response signals, the outputs of which are connected to the inputs of the M meters of the propagation time of acoustic signals to the corresponding transponder operating at the frequency of this channel and vice versa, the second inputs of which are connected to the outputs of the clock generator, M × N blocks for converting time intervals to distances in the number N of possible ray paths, the inputs of which are connected to the first outputs of the corresponding propagation time meters, an acoustic receiver with an acoustic an input for receiving response signals, a second M-channel receiver, the inputs of which are connected to the outputs of the acoustic receiver with an acoustic input, M distance and angle calculators the second inputs of which are connected to the second outputs of the corresponding measuring instruments for propagation time, an invariant velocity setting unit, the output of which is connected to the third inputs of the distance and sliding angle computers, M beam selection units, the first inputs of which are connected to the outputs of the corresponding distance and sliding angle computers, the second the inputs are connected to the outputs of the corresponding N blocks for converting time intervals to distances, the coordinates calculator of the navigation object.
В известной гидроакустической синхронной дальномерной навигационной системе определение искомой дистанции в каждом канале происходит в три этапа. На первом этапе в блоке преобразования временных интервалов в дистанции вычисляются для каждого канала М набор N дистанций, соответствующих различным лучевым траекториям. Критерий выбора максимальной дистанции из N возможных на этом этапе не применяется, поскольку измеренный временной отсчет может и не соответствовать наикратчайшей траектории.In the well-known sonar synchronous rangefinder navigation system, the determination of the desired distance in each channel occurs in three stages. At the first stage, in the block for converting time intervals into distances, for each channel M, a set of N distances corresponding to different ray paths are calculated. The criterion for choosing the maximum distance from N possible at this stage does not apply, since the measured time count may not correspond to the shortest path.
На втором этапе с помощью шестиэлементного акустического приемника, элементы которого образуют три взаимно ортогональные пары, измеряются разности фаз Δφx, Δφy, Δφz вдоль координатных осей X, Y, Z, образованных парами гидрофонов на каждой из ответных частот fm (m=1-M). Искомые дистанции в каждом канале определяются через измеренное время распространения tг и разность фаз в направлении на источник Δφг по алгоритму, использующему инвариантную скорость, которая не зависит от вида лучевой траектории и определяется для неоднородной морской среды профилем скорости звука C(z) и алгоритмом средне-гармонического усредненияAt the second stage, using the six-element acoustic receiver, the elements of which form three mutually orthogonal pairs, the phase differences Δφ x , Δφ y , Δφ z are measured along the coordinate axes X, Y, Z formed by pairs of hydrophones at each of the response frequencies f m (m = 1-M). The required distances in each channel are determined through the measured propagation time t g and the phase difference in the direction to the source Δφ g according to an algorithm that uses an invariant velocity, which is independent of the type of the ray path and is determined for the inhomogeneous marine environment by the sound velocity profile C (z) and the algorithm harmonic averaging
r=ΔφгtгC2 инв/ωl,r = Δφ g t g C 2 inv / ωl,
где ω - круговая частота, l - расстояние между приемными элементами в каждой паре, r - горизонтальное расстояние.where ω is the circular frequency, l is the distance between the receiving elements in each pair, r is the horizontal distance.
По измеренным в каждом канале разностям фаз определяется также угол скольжения, соответствующий принятому сигналуFrom the phase differences measured in each channel, the slip angle corresponding to the received signal is also determined
α=arctg(Δφz/Δφг), Δφг=(Δφ2 x+Δφ2 y)1/2 α = arctan (Δφ z / Δφ g ), Δφ g = (Δφ 2 x + Δφ 2 y ) 1/2
На третьем этапе горизонтальная дистанция и угол скольжения (r, α) сравниваются с вычисленными в блоке преобразования временных интервалов в дистанции величинами (r, α)n,m n=1-N для каждого луча, а истинной дистанцией rm считается та, которая удовлетворяет критерию минимума погрешности.At the third stage, the horizontal distance and the sliding angle (r, α) are compared with the values (r, α) n, m n = 1-N calculated for each beam in the time interval conversion unit in the distance, and the true distance r m is considered to be that satisfies the criterion of minimum error.
Такая гидроакустическая синхронная дальномерная навигационная система является наиболее близкой к заявленному изобретению.Such a sonar synchronous rangefinder navigation system is the closest to the claimed invention.
Недостатком указанной гидроакустической синхронной дальномерной навигационной системы является большая погрешность определения координат объекта навигации, связанная с погрешностью определения составляющих градиента фазы Δφг, Δφz и, соответственно, опорных значений (r, α), a также за счет погрешности задания инвариантной скорости, связанной с пространственной изменчивостью профиля скорости C(z).The disadvantage of this sonar synchronous rangefinder navigation system is the large error in determining the coordinates of the navigation object, associated with the error in determining the components of the phase gradient Δφ g , Δφ z and, accordingly, the reference values (r, α), as well as due to the error in setting the invariant speed associated with spatial variability of the velocity profile C (z).
В основу изобретения положена задача уменьшения погрешности определения координат объекта навигации путем уменьшения составляющих, связанных с определением опорных значений горизонтальной дистанции и угла скольжения (r, α) и пространственной изменчивостью профиля скорости C(z).The basis of the invention is the task of reducing the error in determining the coordinates of the navigation object by reducing the components associated with the determination of the reference values of the horizontal distance and the glide angle (r, α) and the spatial variability of the velocity profile C (z).
Поставленная задача решается тем, что в гидроакустической синхронной навигационной системе, содержащей донную базу их М гидроакустических приемоответчиков с различными частотами ответа fm (m=1-M), размещенные на объекте навигации гидроакустический передатчик с частотой опроса f0, вход которого соединен с первым выходом генератора синхроимпульсов, первый М-канальный приемник с акустическим входом для ответных сигналов, выходы которого подключены к первым входам М измерителей времени распространения акустических сигналов до соответствующего приемоответчика, работающего на частоте этого канала, и обратно, вторые входы которых соединены с вторым выходом генератора синхроимпульсов, M×N блоков преобразования временных интервалов в дистанции по числу N лучевых траекторий, входы которых соединены с первыми выходами соответствующих измерителей времени распространения, акустический приемник с акустическим входом для приема ответных сигналов, второй М-канальный приемник, входы которого соединены с выходами акустического приемника с акустическим входом, М вычислителей дистанции и угла скольжения, вторые входы которых соединены с вторыми выходами соответствующих измерителей времени распространения, блок задания инвариантной скорости, выход которого соединен с третьими входами вычислителей дистанции и угла скольжения, М блоков выбора луча, первые входы которых соединены с выходами соответствующих вычислителей дистанции и угла скольжения, вторые входы - с выходами соответствующих N блоков преобразования временных интервалов в дистанции, вычислитель координат объекта навигации, в качестве акустического приемника с акустическим входом установлен комбинированный акустический приемник на основе трехкомпонентного приемника колебательной скорости и приемника звукового давления с совмещенным фазовым центром, второй выход приемника звукового давления соединен с акустическим входом первого М-канального приемника, каждый канал второго М-канального приемника выполнен из четырех субканалов (x, y, z, p) по числу компонент (x, y, z) приемника колебательной скорости и приемника звукового давления, первые выходы субканалов (x, y, z, p) второго М-канального приемника соединены с первыми входами М вычислителей дистанции и угла скольжения. В состав гидроакустической синхронной дальномерной навигационной системы дополнительно введены также размещенные на объекте навигации блок определения взаимных пеленгов, входы которых соединены с вторыми выходами субканалов (х, у) второго М-канального приемника, М блоков коррекции дистанций, первые входы которых соединены с выходами блока определения взаимных пеленгов, вторые входы - с выходами блоков выбора луча, а выходы соединены с входом вычислителя координат объекта навигации.The problem is solved in that in a sonar synchronous navigation system containing the bottom base of their M sonar transponders with different response frequencies f m (m = 1-M), a sonar transmitter with a sampling frequency f 0 , the input of which is connected to the first the output of the clock generator, the first M-channel receiver with an acoustic input for response signals, the outputs of which are connected to the first inputs of the M meters of the propagation time of acoustic signals to the receiving transponder operating at the frequency of this channel and vice versa, the second inputs of which are connected to the second output of the clock generator, M × N blocks for converting time intervals to distances in the number N of ray paths, the inputs of which are connected to the first outputs of the corresponding propagation time meters, acoustic receiver with an acoustic input for receiving response signals, a second M-channel receiver, the inputs of which are connected to the outputs of the acoustic receiver with an acoustic input, M computers a slope and a glide angle, the second inputs of which are connected to the second outputs of the corresponding measuring instruments for propagation time, an invariant velocity setting unit, the output of which is connected to the third inputs of the distance and glide angle calculators, M beam selection blocks, the first inputs of which are connected to the outputs of the corresponding distance and angle calculators slip, the second inputs - with the outputs of the corresponding N blocks for converting time intervals to distances, the coordinates calculator of the navigation object, as an acoustic A receiver with an acoustic input has a combined acoustic receiver based on a three-component vibrational velocity receiver and a sound pressure receiver with a combined phase center, the second output of the sound pressure receiver is connected to the acoustic input of the first M-channel receiver, each channel of the second M-channel receiver is made of four subchannels ( x, y, z, p) by the number of components (x, y, z) of the vibrational velocity receiver and sound pressure receiver, the first outputs of the subchannels (x, y, z, p) of the second M-channel iemnika connected to first inputs of M distance calculators and slip angle. The sonar synchronous rangefinder navigation system also additionally includes a mutual bearing detection unit located on the navigation object, the inputs of which are connected to the second outputs of the subchannels (x, y) of the second M-channel receiver, M distance correction units, the first inputs of which are connected to the outputs of the determination unit mutual bearings, the second inputs are with the outputs of the beam selection blocks, and the outputs are connected to the input of the coordinate calculator of the navigation object.
В заявленной гидроакустической синхронной дальномерной навигационной системе общими существенными признаками для нее и прототипа являются:In the claimed sonar synchronous rangefinder navigation system, the common essential features for it and the prototype are:
- донная навигационная база из М гидроакустических приемоответчиков с различными частотами ответа fm (m=1-M);- bottom navigation base of M hydroacoustic transponders with different response frequencies f m (m = 1-M);
- размещенные на объекте навигации гидроакустический передатчик с частотой опроса f0, вход которого соединен с первым выходом генератора синхроимпульсов;- hydroacoustic transmitter located at the navigation object with a sampling frequency f 0 , the input of which is connected to the first output of the clock generator;
- первый М-канальный приемник с акустическим входом для ответных сигналов, выходы которого подключены к первым входам М измерителей времени распространения акустических сигналов до приемоответчика, работающего на частоте этого канала, и обратно, вторые входы которых соединены с вторым выходом генератора синхроимпульсов;- the first M-channel receiver with an acoustic input for response signals, the outputs of which are connected to the first inputs of the M meters of the propagation time of acoustic signals to the transponder operating on the frequency of this channel, and vice versa, the second inputs of which are connected to the second output of the clock generator;
- M×N блоков преобразования временных интервалов в дистанции по числу N лучевых траекторий, входы которых соединены с первыми выходами соответствующих измерителей времени распространения;- M × N blocks for converting time intervals to distances according to the number N of ray paths, the inputs of which are connected to the first outputs of the corresponding propagation time meters;
- акустический приемник с акустическим входом для приема ответных сигналов;- an acoustic receiver with an acoustic input for receiving response signals;
- второй М-канальный приемник, входы которого соединены с выходами акустического приемника с акустическим входом;- the second M-channel receiver, the inputs of which are connected to the outputs of the acoustic receiver with an acoustic input;
- М вычислителей дистанции и угла скольжения, вторые входы которых соединены со вторыми выходами соответствующих измерителей времени распространения;- M distance and glide angle calculators, the second inputs of which are connected to the second outputs of the respective propagation time meters;
- блок задания инвариантной скорости, выход которого соединен с третьими входами вычислителей дистанции и угла скольжения;- a unit for specifying an invariant speed, the output of which is connected to the third inputs of the distance and glide angle calculators;
- М блоков выбора луча, первые входы которых соединены с выходами соответствующих вычислителей дистанции и угла скольжения, вторые входы - с выходами соответствующих N блоков преобразования временных интервалов в дистанции;- M blocks of beam selection, the first inputs of which are connected to the outputs of the respective distance and glide angle calculators, the second inputs - with the outputs of the corresponding N blocks for converting time intervals into distances;
- вычислитель координат объекта навигации.- calculator of coordinates of the navigation object.
Сопоставительный анализ существенных признаков заявленного устройства и прототипа показывает, что первый в отличие от прототипа, имеет следующие отличительные признаки:A comparative analysis of the essential features of the claimed device and prototype shows that the first, unlike the prototype, has the following distinctive features:
- в качестве акустического приемника с акустическим входом установлен комбинированный акустический приемник на основе трехкомпонентного приемника колебательной скорости и приемника звукового давления с совмещенным фазовым центром;- as an acoustic receiver with an acoustic input, a combined acoustic receiver based on a three-component vibrational velocity receiver and a sound pressure receiver with a combined phase center is installed;
- второй выход приемника звукового давления соединен с акустическим входом первого М-канального приемника;- the second output of the sound pressure receiver is connected to the acoustic input of the first M-channel receiver;
- каждый канал второго М-канального приемника выполнен из четырех субканалов (x, y, z, p) по числу компонент (x, y, z) трехкомпонентного приемника колебательной скорости и приемника звукового давления (р);- each channel of the second M-channel receiver is made of four subchannels (x, y, z, p) according to the number of components (x, y, z) of the three-component receiver of vibrational velocity and sound pressure receiver (p);
- первые выходы субканалов (x, y, z, p) второго М-канального приемника соединены с первыми входами М вычислителей дистанции и угла скольжения;- the first outputs of the subchannels (x, y, z, p) of the second M-channel receiver are connected to the first inputs of the distance and angle calculators M;
- на объекте навигации дополнительно размещены блок определения взаимных пеленгов, входы которых соединены с вторыми выходами субканалов (х, у) второго М-канального приемника, М блоков коррекции дистанций, первые входы которых соединены с выходами блока определения взаимных пеленгов, вторые входы - с выходами блоков выбора луча, а выходы соединены с входом вычислителя координат объекта навигации.- on the navigation object there is additionally a block for determining mutual bearings, the inputs of which are connected to the second outputs of the subchannels (x, y) of the second M-channel receiver, M distance correction blocks, the first inputs of which are connected to the outputs of the block for determining mutual bearings, the second inputs are with outputs beam selection blocks, and the outputs are connected to the input of the coordinate calculator of the navigation object.
В заявленной гидроакустической синхронной дальномерной навигационной системе опорные значения горизонтальной дистанции и угла скольжения (r, α) определяются через напряжения Uνx, Uνy, Uνz, Up на выходе второго М-канального приемника формуламиIn the claimed sonar synchronous rangefinder navigation system, the reference values of the horizontal distance and glide angle (r, α) are determined through the voltages U νx , U νy , U νz , U p at the output of the second M-channel receiver using the formulas
где Q=Uνг/Up, Uνг=(U2 νx+Uνy 2,)1/2, с0 - скорость звука в эталонной среде (воде), в которой выполнена калибровка приемника колебательной скорости, Синв - инвариантная скорость, определяемая через профиль скорости звука C(z) алгоритмом усреднения обратных скоростейwhere Q = U νg / U p , U νg = (U 2 νx + U νy 2 ,) 1/2 , s 0 is the speed of sound in the reference medium (water) in which the vibration velocity receiver was calibrated, C inv is invariant speed determined through the sound velocity profile C (z) by the inverse velocity averaging algorithm
где Н - глубина моря в районе работы гидроакустической синхронной дальномерной навигационной системы.where H is the depth of the sea in the area of the sonar synchronous rangefinder navigation system.
Использование в заявленной гидроакустической синхронной дальномерной навигационной системе трехкомпонентного приемника колебательной скорости и приемника звукового давления с совмещенным фазовым центром для определения опорных значений (r, α) позволило уменьшить погрешность их определения в сравнении с прототипом. Это связано с тем, что для трехкомпонентного приемника колебательной скорости и приемника звукового давления хорошо известна процедура их поверки как измерительных средств, минимизирующая погрешность измерения величин колебательной скорости и звукового давления [3].The use of the claimed hydroacoustic synchronous rangefinder navigation system of a three-component vibrational velocity receiver and a sound pressure receiver with a combined phase center for determining reference values (r, α) made it possible to reduce the error of their determination in comparison with the prototype. This is due to the fact that for a three-component receiver of vibrational velocity and a receiver of sound pressure, the procedure of their verification as measuring tools is well known, minimizing the error in measuring the values of vibrational velocity and sound pressure [3].
Для уменьшения погрешности определения дистанций rm, определенных в блоках выбора луча по критерию минимума погрешности, корректируются в блоке коррекции дистанций в соответствии с алгоритмомTo reduce the error in determining the distances r m defined in the beam selection blocks according to the criterion of minimum errors, they are adjusted in the distance correction block in accordance with the algorithm
Алгоритм (2) компенсирует неувязку в определении взаимных пеленгов, вычисленных либо с использованием сигнальной информации (Uvx, Uvy)pm на выходах каналов (x, y)pm второго М-канального приемника, либо с использованием информации на выходах М блоков выбора луча (r)pm и априори известной информации о расстояниях Lpm между элементами донной базы приемоответчиков. Эта коррекция также уменьшает погрешность определения дистанций в сравнении с прототипом, связанную с пространственной изменчивостью профиля скорости C(z).Algorithm (2) compensates for the problem in the determination of mutual bearings calculated either using the signal information (U vx , U vy ) pm at the outputs of the channels (x, y) pm of the second M-channel receiver, or using the information at the outputs of the M beam selection blocks (r) pm and a priori known information about the distances L pm between the elements of the bottom base of transponders. This correction also reduces the error in determining distances in comparison with the prototype associated with the spatial variability of the velocity profile C (z).
Данная совокупность общих и отличительных существенных признаков обеспечивает получение технического результата, а именно уменьшение погрешности при определении координат объекта навигации.This set of common and distinctive essential features provides a technical result, namely, a decrease in the error in determining the coordinates of the navigation object.
На основе изложенного можно заключить, что совокупность существенных признаков заявленного изобретения имеет причинно-следственную связь с достигаемым техническим результатом, т.е. благодаря данной совокупности существенных признаков изобретения стало возможным решить поставленную задачу.Based on the foregoing, we can conclude that the set of essential features of the claimed invention has a causal relationship with the achieved technical result, i.e. thanks to this combination of essential features of the invention, it has become possible to solve the problem.
Следовательно, заявленное изобретение является новым, обладает изобретательским уровнем, т.е. оно явным образом не следует из уровня техники и пригодно для использования.Therefore, the claimed invention is new, has an inventive step, i.e. it does not explicitly follow from the prior art and is suitable for use.
Заявленное изобретение поясняется чертежом, на котором приведена блок-схема гидроакустической синхронной дальномерной навигационной системы, где приняты следующие обозначения:The claimed invention is illustrated in the drawing, which shows a block diagram of a sonar synchronous rangefinder navigation system, where the following notation:
1m - приемоответчик m-го канала, m=1-М,1 m - transponder of the m-th channel, m = 1-M,
2 - передатчик акустических импульсов запроса на частоте f0,2 - transmitter of acoustic request pulses at a frequency f 0 ,
3 - первый М-канальный приемник акустических сигналов,3 - the first M-channel receiver of acoustic signals,
4m - измеритель времени распространения акустических сигналов в m-м канале,4 m - measuring the propagation time of acoustic signals in the m-th channel,
5m - блок выбора луча m-го канала,5 m - block selection of the beam of the m-th channel,
6mn - блок преобразования временных интервалов в дистанции n=1-N,6 mn - block conversion of time intervals in the distance n = 1-N,
7 - вычислитель координат объекта навигации,7 - calculator coordinates of the navigation object,
8 - генератор синхроимпульсов,8 is a clock generator,
9 - комбинированный акустический приемник на основе трехкомпонентного приемника колебательной скорости (9 x, y, z) и приемника звукового давления (9p) с совмещенным фазовым центром,9 - a combined acoustic receiver based on a three-component receiver of vibrational velocity (9 x, y, z) and a sound pressure receiver (9p) with a combined phase center,
10 - второй М-канальный приемник,10 - second M-channel receiver,
11 - блок определения взаимных пеленгов,11 is a block for determining mutual bearings,
12m - вычислитель дистанции и угла скольжения m-го канала,12 m - calculator of distance and angle of slip of the m-th channel,
13 - блок задания инвариантной скорости,13 - block job invariant speed
14m - блок коррекции дистанций m-го канала.14 m - block correction of distances of the m-th channel.
Гидроакустическая синхронная дальномерная навигационная система работает следующим образом.Hydroacoustic synchronous rangefinder navigation system operates as follows.
Генератор 8 синхроимпульсов запускает передатчик 2 акустических сигналов и обнуляет М измерителей 4m времени распространения акустических сигналов до приемоответчика и обратно.The clock generator 8 starts the transmitter 2 of the acoustic signals and resets the M meters 4 m propagation time of the acoustic signals to the transponder and vice versa.
В момент запуска передатчик 2 акустических сигналов излучает акустический сигнал запроса на частоте f0, который, распространяясь в водной среде, принимается приемоответчиком lm. Каждый из приемоответчиков lm излучает в момент прихода на него сигнала запроса акустический сигнал ответа на частоте fm. Сигналы, излученные приемоответчиками lm, распространяясь в водной среде, принимаются комбинированным акустическим приемником 9, состоящим из трехкомпонентного приемника колебательной скорости и приемника звукового давления с совмещенным фазовым центром. Сигналы со второго выхода приемника 9р звукового давления комбинированного акустического приемника 9 усиливаются первым М-канальным приемником 3 акустических сигналов. Каждый из каналов первого М-канального приемника 3 акустических сигналов настроен на одну из частот fm (m=1-M) таким образом, что в каждом канале усиливается и детектируется сигнал ответа, излученный соответствующим ему приемоответчиком lm.At the time of launch, the transmitter 2 of the acoustic signals emits an acoustic request signal at a frequency f 0 , which, propagating in the aquatic environment, is received by the transponder l m . Each of the transponders l m emits an acoustic response signal at a frequency f m when the request signal arrives at it. The signals emitted by transponders l m , propagating in an aqueous medium, are received by a combined acoustic receiver 9, consisting of a three-component receiver of vibrational velocity and a sound pressure receiver with a combined phase center. The signals from the second output of the sound pressure receiver 9p of the combined acoustic receiver 9 are amplified by the first M-channel receiver 3 of acoustic signals. Each of the channels of the first M-channel receiver 3 of acoustic signals is tuned to one of the frequencies f m (m = 1-M) so that in each channel the response signal emitted by the corresponding transponder l m is amplified and detected.
Усиленные в первом М-канальном приемнике 3 сигналы с выхода каждого из каналов поступают на запирающий вход соответствующих измерителей 4m времени и запирают его своим передним фронтом от импульсов-меток времени генератора 8 синхроимпульсов. Информация о накопленном числе меток времени, характеризующем время распространения акустического сигнала до m-го приемоответчика lm и обратно, поступает в соответствующие N блоков 6 преобразования временных интервалов в дистанции. В каждом из N блоков 6 преобразования временных интервалов в дистанции по измеренному времени распространения определяются дистанция и угол скольжения, соответствующие n-й лучевой траектории, причем различные лучевые траектории (лучи) отличаются числом отражений от поверхности и дна.Amplified in the first M-channel receiver 3, the signals from the output of each channel are fed to the blocking input of the corresponding 4 m time meters and lock it with their leading edge from the time stamp pulses of the 8 clock pulses. Information about the accumulated number of time stamps characterizing the propagation time of the acoustic signal to the m-th transponder l m and vice versa is received in the corresponding N blocks 6 converting time intervals in distance. In each of the N blocks 6 of the conversion of time intervals into distances, the distance and the glide angle corresponding to the nth ray path are determined from the measured propagation time, and different ray paths (rays) differ in the number of reflections from the surface and the bottom.
Кроме этого, ответные акустические сигналы поступают на трехкомпонентный приемник 9 x, y, z колебательной скорости комбинированного акустического приемника 9. С выхода трехкомпонентного приемника 9 x, y, z колебательной скорости и первого выхода приемника 9р звукового давления акустические сигналы поступают на вход второго М-канального приемника 10, каждый канал которого настроен на частоту соответствующего приемоответчика fm и содержит четыре субканала (x, y, z, p), соответствующих выходам трехкомпонентного приемника 9 x, y, z колебательной скорости и первому выходу приемника 9р звукового давления. С первых выходов субканалов (x, y, z, p) второго М-канального приемника 10 сигналы поступают на первые входы соответствующих вычислителей 12 дистанции и угла скольжения, на вторые их входы поступают сигналы с вторых выходов блоков 4 измерения временных интервалов, а на третьи входы - информация с выхода блока 13 задания инвариантной скорости. Вычисленные в блоках 12 по совокупной информации дистанции и углы скольжения поступают на первые входы блоков 5 выбора луча, на вторые входы которых поступает информация о вычисленных дистанциях rn с выхода блоков 6 преобразования временных интервалов в дистанции. Определенные по критерию минимума погрешности значения горизонтальных дистанций поступают далее на вторые входы блоков 14 коррекции дистанций.In addition, the response acoustic signals are fed to the three-component receiver 9 x, y, z of the vibrational velocity of the combined acoustic receiver 9. From the output of the three-component receiver 9 x, y, z of the vibrational velocity and the first output of the receiver 9p of sound pressure, the acoustic signals are fed to the input of the second M- channel receiver 10, each channel of which is tuned to the frequency of the corresponding transponder f m and contains four subchannels (x, y, z, p) corresponding to the outputs of the three-component receiver 9 x, y, z vibrational velocity ty and the first output of the receiver 9p sound pressure. From the first outputs of the subchannels (x, y, z, p) of the second M-channel receiver 10, the signals are supplied to the first inputs of the corresponding distance and glide distance calculators 12, their second inputs receive signals from the second outputs of the time interval measurement units 4, and to the third inputs - information from the output of the block 13 job invariant speed. The distances and glide angles calculated in blocks 12 from the aggregate information are fed to the first inputs of the beam selection blocks 5, the second inputs of which receive information about the calculated distances r n from the output of the time interval to distance conversion blocks 6. The values of horizontal distances determined by the criterion of minimum error go further to the second inputs of the distance correction blocks 14.
В то же время сигналы с вторых выходов субканалов (х, y) второго М-канального приемника 10 поступают на вход блока 11 определения взаимных пеленгов, с выхода которого соответствующая информация поступает на первые входы блоков 14 коррекции дистанций. Скорректированные в соответствии с алгоритмом (2) дистанции поступают с выхода блоков 14 коррекции дистанций на вход вычислителя 7 координат объекта навигацииAt the same time, the signals from the second outputs of the subchannels (x, y) of the second M-channel receiver 10 are fed to the input of the mutual bearing detection unit 11, from which the corresponding information is fed to the first inputs of the distance correction units 14. The distances corrected in accordance with the algorithm (2) come from the output of the distance correction blocks 14 to the input of the calculator 7 coordinates of the navigation object
Таким образом, в заявленной гидроакустической синхронной дальномерной навигационной системе повышенная точность определения координат объекта навигации в сравнении с прототипом достигается использованием в ее составе комбинированного акустического приемника на основе трехкомпонентного приемника колебательной скорости и приемника звукового давления с совмещенным фазовым центром и алгоритмов, компенсирующих пространственную изменчивость профиля скорости звука.Thus, in the claimed hydroacoustic synchronous rangefinder navigation system, the increased accuracy of determining the coordinates of the navigation object in comparison with the prototype is achieved by using a combined acoustic receiver based on a three-component vibration velocity receiver and a sound pressure receiver with a combined phase center and algorithms that compensate for the spatial variability of the velocity profile sound.
Источники информацииInformation sources
1. Патент РФ №713278, МПК G01S 15/08, 1994 г.1. RF patent No. 713278, IPC G01S 15/08, 1994
2. Патент РФ №2084924, МПК G01S 15/08, 1997 г. - прототип.2. RF patent No. 2084924, IPC G01S 15/08, 1997 - prototype.
3. В.А.Щуров. Векторная акустика океана. Владивосток, Дальнаука, 2003 г., с.48-54.3. V.A. Shchurov. Vector ocean acoustics. Vladivostok, Dalnauka, 2003, p. 48-54.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2005136154/09A RU2308054C2 (en) | 2005-11-21 | 2005-11-21 | Hydroacoustic synchronous long-range navigation system |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2005136154/09A RU2308054C2 (en) | 2005-11-21 | 2005-11-21 | Hydroacoustic synchronous long-range navigation system |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2005136154A RU2005136154A (en) | 2007-06-10 |
| RU2308054C2 true RU2308054C2 (en) | 2007-10-10 |
Family
ID=38311934
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2005136154/09A RU2308054C2 (en) | 2005-11-21 | 2005-11-21 | Hydroacoustic synchronous long-range navigation system |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2308054C2 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2456634C1 (en) * | 2011-03-16 | 2012-07-20 | Юрий Николаевич Жуков | Method of navigating submarine object using hydroacoustic navigation system |
| RU2463624C1 (en) * | 2011-03-23 | 2012-10-10 | Юрий Николаевич Жуков | Hydroacoustic navigation system |
-
2005
- 2005-11-21 RU RU2005136154/09A patent/RU2308054C2/en not_active IP Right Cessation
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2456634C1 (en) * | 2011-03-16 | 2012-07-20 | Юрий Николаевич Жуков | Method of navigating submarine object using hydroacoustic navigation system |
| RU2463624C1 (en) * | 2011-03-23 | 2012-10-10 | Юрий Николаевич Жуков | Hydroacoustic navigation system |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2005136154A (en) | 2007-06-10 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP5389267B2 (en) | Method and apparatus for measuring seabed contours | |
| RU2590933C1 (en) | Device for obtaining information on noisy object in sea | |
| US8908475B2 (en) | Acoustic positioning system and method | |
| US20140376334A1 (en) | Acoustic monitoring system and a method of acoustic monitoring | |
| JP6469357B2 (en) | Underwater detection device, underwater detection method, and underwater detection program | |
| RU2649073C1 (en) | Method for determining coordinates of the underwater object by the hydroacoustic system of underwater navigation with an alignment beacon | |
| JP4922450B2 (en) | Direction measurement method for target emitting sound wave | |
| RU2451300C1 (en) | Hydroacoustic navigation system | |
| JP6207817B2 (en) | Underwater position-related information acquisition system | |
| EP3882639B1 (en) | Acoustic air data system with radially paired receivers | |
| RU2308054C2 (en) | Hydroacoustic synchronous long-range navigation system | |
| US5377162A (en) | Underwater object passive tracking process and device | |
| CN115047464B (en) | Double-probe multi-beam sounding method and device | |
| RU117018U1 (en) | NAVIGATING HYDROACOUSTIC STATION | |
| JP2007263614A (en) | Device and method for calibrating echo sounder receiver position | |
| RU2614854C2 (en) | Method of measuring depth and echo sounder therefor | |
| RU2158431C1 (en) | Sonar synchronous distance-measuring navigation system for hollow sea | |
| JPH04357487A (en) | Side looking sonar | |
| RU2463624C1 (en) | Hydroacoustic navigation system | |
| RU2084924C1 (en) | Hydroacoustic synchronous long-range navigation system | |
| RU2084923C1 (en) | Hydroacoustic long-range navigation system | |
| RU2624980C1 (en) | Hydroacoustic rho-rho navigation system | |
| RU2377594C1 (en) | Method of determining coordinates of object | |
| RU2289149C2 (en) | Hydro-acoustic synchronous long-range distance measuring navigation system | |
| CN111337881B (en) | Underwater target detection method utilizing propeller noise |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20171122 |