RU2358289C1 - Method and system of detecting objects during hydrolocation - Google Patents
Method and system of detecting objects during hydrolocation Download PDFInfo
- Publication number
- RU2358289C1 RU2358289C1 RU2007141369/28A RU2007141369A RU2358289C1 RU 2358289 C1 RU2358289 C1 RU 2358289C1 RU 2007141369/28 A RU2007141369/28 A RU 2007141369/28A RU 2007141369 A RU2007141369 A RU 2007141369A RU 2358289 C1 RU2358289 C1 RU 2358289C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- receivers
- emitter
- location
- receiver
- sounding signals
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Measurement Of Velocity Or Position Using Acoustic Or Ultrasonic Waves (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области гидролокации и предназначено для обнаружения объектов в воде в условиях мелководья, таких как прибрежные морские области, речные русла, водные каналы, озера.The invention relates to the field of sonar and is intended to detect objects in water in shallow waters, such as coastal sea areas, river channels, water channels, lakes.
Предложенный способ и система могут быть использованы в мелководных областях при проведении подводных работ, контроле состояния подводных сооружений и подводной обстановки в портах, при поисковых и спасательных работах, осуществлении охраны сооружений на берегу со стороны водной среды от подводных пловцов-нарушителей или подводных сооружений, проложенных под водой кабелей, коллекторов, трубопроводов, судов на стоянке, нефтяных платформ, входов в порты, мостов, каналов, акваторий гидростанций, а также для контроля рыбьих скоплений в устьях рек, при проведении научных исследований, в том числе биологических.The proposed method and system can be used in shallow areas when conducting underwater operations, monitoring the status of underwater structures and underwater conditions in ports, during search and rescue operations, protecting structures on the shore from the aquatic environment from underwater swimmers-intruders or underwater structures laid under water cables, collectors, pipelines, ships moored, oil platforms, port entrances, bridges, canals, water areas of hydroelectric power stations, as well as to control fish aggregations in the mouth rivers, when conducting scientific research, including biological.
Недостатком традиционных методов гидролокации для этих целей в условиях мелководья, когда излучатель зондирующих акустических сигналов и приемник отраженных сигналов от объектов в воде совмещены, являются ограничения по дальности обнаружения объектов, обусловленные спадом с расстоянием энергии прямого и отраженного от объекта зондирующего сигнала из-за расхождения фронта волны и значительным рассеянием зондирующего сигнала при отражении от объекта, а также поглощением энергии звука при распространении в воде.The disadvantage of traditional sonar methods for these purposes in shallow water, when the emitter of sounding acoustic signals and the receiver of the reflected signals from objects in the water are combined, is the limitation on the detection range of objects due to a decrease in the distance of the energy of the direct and reflected sound from the object due to the front divergence waves and significant scattering of the probe signal when reflected from the object, as well as absorption of sound energy during propagation in water.
Учет этих эффектов для интенсивности сигнала I, регистрируемого в точке приема, имеет вид (см. В.Н.Тюлин. Основные явления, связанные с распространением акустических волн в морской среде. В.-М. Акад. корабл. им. А.Н.Крылова, Л. 1956):The consideration of these effects for the intensity of signal I recorded at the receiving point has the form (see V.N. Tyulin. The main phenomena associated with the propagation of acoustic waves in the marine environment. V.-M. Akad. Ship. A.N. Krylova, L. 1956):
где r - расстояние до объекта;where r is the distance to the object;
SЭ - эффективная площадь рассеяния объекта;S E is the effective scattering area of the object;
β - затухание звука в воде.β - attenuation of sound in water.
Из этого выражения следует, что даже без учета поглощения звука в воде энергия принятого сигнала спадает пропорционально четвертой степени расстояния до объекта, в то время как спад энергии прямого зондирующего сигнала, падающего на объект, происходит пропорционально второй степени расстояния до объекта.From this expression it follows that even without taking into account sound absorption in water, the energy of the received signal decreases proportionally to the fourth power of the distance to the object, while the energy of the direct sounding signal incident on the object decreases in proportion to the second power of the distance to the object.
Выражение не учитывает рефракционные эффекты (отклонение от прямолинейного распространения) при распространении звука в водном слое из-за неравномерного прогрева воды по глубине и вызываемой этим изменчивости скорости звука в водном слое, которые также в основном приводят к снижению дальности обнаружения объектов из-за касания звуковыми лучами дна и водной поверхности, а также из-за образования так называемых зон акустической тени вдоль трассы распространения, в которых энергия зондирующего сигнала или отраженного сигнала резко спадает.The expression does not take into account refractive effects (deviation from linear propagation) during the propagation of sound in the water layer due to uneven heating of the water in depth and the resulting variability of the speed of sound in the water layer, which also mainly lead to a decrease in the detection range of objects due to sound contact rays of the bottom and the water surface, as well as due to the formation of so-called zones of acoustic shadow along the propagation path, in which the energy of the probe signal or reflected signal sharply decreases a.
В мелководных областях к этим эффектам добавляются другие - высокий уровень естественного шума водной среды и помех из-за отражений сигнала от водной поверхности и дна. В результате приходящий, особенно с дальнего расстояния, сравнительно слабый полезный сигнал, отраженный от объекта, теряется на фоне помех.In shallow areas, others are added to these effects - a high level of natural noise in the aquatic environment and interference due to signal reflections from the water surface and bottom. As a result, the incoming, especially from a long distance, comparatively weak useful signal reflected from the object is lost due to interference.
Этим объясняется то, что предельные дальности обнаружения объектов при гидролокации в условиях мелководья обычно не превышают 100-300 м и зависят как от уровня помех во время наблюдений, так и от формы распределения скорости звука в водном слое по глубине. При этом отсутствует возможность постоянного контроля дальности и ее изменений при работе гидролокатора, если в водном слое нет объектов, отражающих зондирующие сигналы.This explains the fact that the limiting detection ranges of objects during sonar in shallow waters usually do not exceed 100-300 m and depend both on the level of interference during observations and on the shape of the distribution of sound velocity in the water layer in depth. At the same time, there is no possibility of constant monitoring of the range and its changes during sonar operation, if there are no objects in the water layer that reflect sounding signals.
Из уровня техники известны решения по активной гидролокации, позволяющие исключить влияние помех и влияние распределения скорости звука в водном слое. Например, способ обнаружения подводных объектов описан в патенте РФ №2161319, предназначенный для обнаружения пловцов-нарушителей, пересекающих узкую активную зону контроля, образуемую вертикально излучаемыми зондирующими сигналами. Для расширения зоны действия системы предлагается регистрировать отраженные от объекта сигналы как совмещенным с излучателем приемником, так и отнесенными от него приемниками соседних гидролокаторов.The prior art solutions for active sonar, eliminating the influence of interference and the influence of the distribution of the speed of sound in the water layer. For example, a method for detecting underwater objects is described in RF patent No. 2161319, designed to detect intruder swimmers crossing a narrow active control zone formed by vertically emitted sounding signals. To expand the system coverage, it is proposed to register the signals reflected from the object both by the receiver combined with the emitter and by the receivers of neighboring sonars allocated from it.
Принципиальными недостатками вертикального зондирования водной толщи, помимо ограниченной ширины охраняемого рубежа, не превышающей по величине значения глубины в зоне охраны, является необходимость в большом числе приемоизлучателей в цепочке, устанавливаемых на дно с дискретностью, равной также значению глубины. Кроме того, у таких систем не контролируются обширные зоны у дна и у водной поверхности.The principal disadvantages of vertical sounding of the water column, in addition to the limited width of the protected line, not exceeding the depth value in the protection zone, is the need for a large number of receiver-emitters in the chain installed on the bottom with a resolution of equal to the depth value. In addition, such systems do not control vast areas near the bottom and near the water surface.
В изобретении по патенту США №5305286 описана рубежная система охраны, организованная также путем наращивания числа гидролокаторов вдоль охраняемого рубежа для увеличения длины рубежа, но с излучением зондирующего сигнала вдоль водного слоя.In the invention of US patent No. 5,305,286, a boundary security system is described, also organized by increasing the number of sonars along the guarded boundary to increase the length of the boundary, but with the emission of a sounding signal along the water layer.
Данное решение представляется сложным по изготовлению и использованию и неоправданно дорогим.This solution is difficult to manufacture and use and unreasonably expensive.
В изобретении по патенту США №5237541 описана организация оперативного мониторинга мелководной среды путем опускания в воду с вертолета гидролокатора и буев-приемников сигналов, отраженных от объектов в воде.The invention of US patent No. 5237541 describes the organization of operational monitoring of a shallow water environment by lowering the sonar and receiver buoys of signals reflected from objects in the water from a helicopter.
Данное решение, посвященное оперативному развертыванию системы обнаружения объектов в водной среде, в условиях, когда положение гидролокатора в водном слое нестабильно и частично компенсируется использованием приемников, вынесенных от излучателя, неприемлемо для использования с той же целью в стационарных условиях гидролокации в мелководных областях, однако оно может быть принято в качестве наиболее близкого по технической сущности аналога в части пространственного разнесения приемников от излучателя при гидролокации.This solution, which is dedicated to the operational deployment of a system for detecting objects in the aquatic environment, under conditions where the position of the sonar in the water layer is unstable and partially compensated by the use of receivers removed from the emitter, is unacceptable for use for the same purpose in stationary conditions of sonar in shallow areas, but it can be taken as the analogue closest in technical essence in terms of the spatial separation of the receivers from the emitter during sonar.
Известны также иженерно-геофизические методы акустического зондирования водной среды в шельфовых областях - методы отраженных, преломленных и рефрагированных волн - применяемые для выявления структуры донных осадков (см. Сейсморазведка. Справочник геофизика. М., Недра, 1981. 464 с.), при которых излучатель акустических сигналов и приемники сигналов, отраженных от донных структур, располагаются в водной толще и разделены в пространстве.Engineering-geophysical methods of acoustic sounding of the aquatic environment in shelf areas are also known — methods of reflected, refracted, and refracted waves — used to identify the structure of bottom sediments (see Seismic exploration. Geophysics Handbook. M., Nedra, 1981. 464 p.), In which the emitter of acoustic signals and receivers of signals reflected from the bottom structures are located in the water column and are separated in space.
Данные методы, применяемые для зондирования осадков на шельфе, в которых принципиально используются сравнительно низкие частоты для обеспечения проникновения акустического сигнала в грунт и специальные методы обработки принимаемых сигналов для выявления слоистой структуры осадков, неприемлемы для зондирования водной толщи и обнаружения в ней объектов, однако в части используемого принципа разделения в пространстве излучателя и приемников они также могут представлять аналоги предлагаемому способу и системе.These methods used for sensing sediments on the shelf, which use comparatively low frequencies in principle to ensure the penetration of an acoustic signal into the soil and special methods of processing the received signals to identify the layered structure of sediments, are unacceptable for sensing the water column and detecting objects in it, however, in part the principle of separation used in the space of the emitter and receivers, they can also be analogues of the proposed method and system.
Также технические решения по обнаружению подводных объектов раскрыты в патентах РФ №2177626, №2092802, №2298203, №2038615, №2280266, №2208811, №2158430, №2154841, №2010456, опубликованных в заявках РФ №95111058, №2001111935, 200311457.Also, technical solutions for the detection of underwater objects are disclosed in RF patents No. 2177626, No. 2092802, No. 2298203, No. 2038615, No. 2280266, No. 2208811, No. 2158430, No. 2154841, No. 2010456 published in RF applications No. 95111058, No. 2001111935, 200311457.
Задача, на решение которой направлено предложенное изобретение, заключается в создании способа и системы с простой реализацией и расширенной областью применения, позволяющих обнаруживать объекты и определять их местоположение в водной толще на расстояниях, превышающих предельные дальности обнаружения объектов при гидролокации в сложных условиях мелководных областей с изменяющейся гидрологией, высоким уровнем помех и значительным поглощением звука при распространении.The problem to which the proposed invention is directed is to create a method and system with a simple implementation and an extended scope, allowing to detect objects and determine their location in the water column at distances exceeding the maximum detection ranges of objects when sonar in difficult conditions of shallow areas with changing hydrology, high interference, and significant sound absorption during propagation.
Для решения поставленной задачи предложен способ обнаружения объекта в водной толще и определения его местоположения, включающий продольное волновое зондирование водной толщи, прием и обработку отраженных от объекта зондирующих сигналов. При этом излучение зондирующих сигналов осуществляют, по меньшей мере, одним излучателем с известными координатами, расположенным в зоне наблюдения, а прием отраженных от объекта зондирующих сигналов проводят на совмещенный с излучателем приемник и/или на несколько приемников с известными координатами, пространственно вынесенных от излучателя в зоны вероятного появления объекта. Вынесенные от излучателя приемники располагают в околодонной области и/или непосредственно на дне. Осуществляют регистрацию времени прихода на приемники отраженных от объекта зондирующих сигналов и определяют местоположение объекта. При этом местоположение объекта в зоне действия приемника, совмещенного с излучателем, определяют по принципам активной гидролокации, а в зоне расположения вынесенных от излучателя приемников - по различиям времен прихода на приемники отраженного от объекта зондирующего сигнала с учетом известных координат излучателя, приемников и скорости звука в воде, например, с использованием компьютерного моделирования.To solve this problem, a method for detecting an object in the water column and determining its location, including longitudinal wave sensing of the water column, receiving and processing sounding signals reflected from the object, is proposed. In this case, the sounding signals are emitted by at least one emitter with known coordinates located in the observation zone, and the sounding signals reflected from the object are transmitted to a receiver combined with the emitter and / or to several receivers with known coordinates spatially removed from the emitter in zones of the likely occurrence of the object. Remote receivers from the emitter are located in the near-bottom region and / or directly at the bottom. The time of arrival to the receivers of the sounding signals reflected from the object is recorded and the location of the object is determined. At the same time, the location of the object in the zone of operation of the receiver, combined with the emitter, is determined by the principles of active sonar, and in the zone of location of the receivers removed from the radiator, by the differences in the arrival times of the sounding signal reflected from the object, taking into account the known coordinates of the radiator, receivers and sound speed in water, for example, using computer simulation.
Также предложена система для обнаружения объекта в водной толще и определения его местоположения по вышеприведенному способу, содержащая, по меньшей мере, один излучатель зондирующих сигналов и приемники отраженных от объекта зондирующих сигналов, которые вместе с излучателем соединены с электронным комплексом управления системой и обработки данных.Also proposed is a system for detecting an object in the water column and determining its location according to the above method, comprising at least one probe signal emitter and receivers of probe signals reflected from the object, which together with the emitter are connected to an electronic system control and data processing complex.
Приемники отраженных от объекта зондирующих сигналов и электронный комплекс управления системой и обработки данных служат для приема и обработки отраженных от объекта зондирующих сигналов с совмещенного с излучателем приемника и/или нескольких приемников, пространственно вынесенных от излучателя и расположенных в околодонной области и/или непосредственно на дне.The receivers of the sounding signals reflected from the object and the electronic system control and data processing complex are used to receive and process the sounding signals reflected from the object from the receiver and / or several receivers combined with the radiator, spatially remote from the radiator and located in the near-bottom region and / or directly at the bottom .
Электронный комплекс управления системой и обработки данных состоит из ряда соединенных между собой электронных блоков, обеспечивающих управление системой, излучение и прием отраженных зондирующих сигналов, а также сбор, обработку, передачу и представление данных по обнаружению объекта в водной толще и определения его местоположения, контроль прохождения зондирующих сигналов в облучаемую зону и сигнализацию о несанкционированном появлении объекта.The electronic system control and data processing complex consists of a number of interconnected electronic units providing system control, radiation and reception of reflected sounding signals, as well as collection, processing, transmission and presentation of data on the detection of an object in the water column and determining its location, monitoring passage sounding signals to the irradiated zone and signaling about the unauthorized appearance of the object.
Целесообразно, чтобы излучатель зондирующих сигналов имел узкую ширину диаграммы направленности в вертикальной плоскости, а приемник, совмещенный с излучателем, имел в продольном направлении узкую ширину диаграммы направленности в вертикальной плоскости.It is advisable that the probe emitter has a narrow beam in the vertical plane, and the receiver, combined with the transmitter, has a narrow beam in the vertical plane in the longitudinal direction.
Желательно, чтобы вынесенные от излучателя приемники отраженных от объекта зондирующих сигналов имели широкую диаграмму направленности с целью обеспечения локации всей водной толщи, в которой распространяются зондирующие сигналы.It is desirable that the receivers of the probe signals reflected from the object have a wide radiation pattern in order to ensure the location of the entire water column in which the probe signals propagate.
Предусмотрены следующие варианты определения местоположения объекта: - одновременно в зоне действия приемника, совмещенного с излучателем (по принципам активной гидролокации), и в зоне расположения вынесенных приемников; - только в зоне вынесенных приемников, где оно определяется, например, решением геометрической задачи в горизонтальной плоскости по принципам триангуляции, например, с использованием компьютерного моделирования по различиям времен прихода на приемники отраженного от объекта зондирующего сигнала для известного положения приемников в плоскости дна с учетом скорости звука в воде.The following options for determining the location of the object are provided: - simultaneously in the zone of operation of the receiver combined with the emitter (according to the principles of active sonar), and in the zone of location of the remote receivers; - only in the zone of remote receivers, where it is determined, for example, by solving a geometric problem in the horizontal plane according to the principles of triangulation, for example, using computer simulation of the differences in the arrival times of the probing signal reflected from the object for the known position of the receivers in the bottom plane, taking into account the speed sound in the water.
Вариант выполнения системы, когда используются только излучатель и вынесенные приемники, предназначен для контроля не всей облучаемой зоны, а некоторого достаточно широкого рубежа, занимаемого вынесенными от излучателя приемниками. Такая система может быть использована для контроля подводной обстановки на дальних подступах к охраняемым объектам, например при охране опор мостов или судов на стоянке.An embodiment of the system, when only the emitter and remote receivers are used, is designed to control not the entire irradiated zone, but some rather wide boundary occupied by the receivers removed from the emitter. Such a system can be used to control the underwater situation at distant approaches to guarded objects, for example, when guarding bridge piers or ships in the parking lot.
При использовании системы для охраны узких прямолинейных каналов, например водоподводящих и водоотводящих каналов АЭС, когда достаточно однокоординатное определение местоположения обнаруженного объекта, отпадает необходимость в распределении вынесенных приемников на плоскости, а достаточно их разместить по оси канала с удалением от излучателя.When using the system for the protection of narrow rectilinear channels, for example, the water supply and water discharge channels of nuclear power plants, when a one-coordinate determination of the location of the detected object is sufficient, there is no need to distribute the remote receivers on the plane, but it is enough to place them along the channel axis away from the emitter.
Рассмотренные варианты практического воплощения предложенного способа и системы достаточно просты в изготовлении и имеют невысокую стоимость по сравнению с решением задач по дальнему обнаружению объектов под водой и по охвату зоны контроля большой площади традиционными методами активной гидролокации за счет наращивания числа зон контроля.The considered options for the practical implementation of the proposed method and system are quite simple to manufacture and have a low cost compared to solving problems of early detection of objects under water and covering a large area of control by traditional methods of active sonar by increasing the number of control zones.
Предпосылкой возможности осуществления предложенного способа являются известные физические процессы, сопровождающие распространение в водной среде ультразвуковых колебаний, используемых в активной гидролокации, в частности их быстрое затухание с расстоянием, поэтому для обнаружения объектов в воде в условиях помех важно, чтобы приемник отраженных от объекта зондирующих сигналов, обычно существенно более слабых по сравнению с воздействующими на объект зондирующими сигналами, находился на близком от объекта расстоянии для уверенной регистрации отраженных от объекта сигналов.A prerequisite for the possibility of implementing the proposed method is the well-known physical processes that accompany the propagation of ultrasonic vibrations used in active sonar in an aqueous medium, in particular, their rapid attenuation with distance, therefore, for detecting objects in water under interference, it is important that the receiver of sounding signals reflected from the object usually much weaker than probing signals acting on the object, was at a distance close to the object for confident registration of signals reflected from the object.
Действительно, как следует из приведенного выше выражения для интенсивности регистрируемого гидролокатором отраженного от объекта сигнала, его энергия, даже без учета поглощения звука в воде, спадает пропорционально четвертой степени расстояния до объекта, в то время как снижение энергии падающего на объект зондирующего сигнала происходит пропорционально второй степени расстояния до объекта. Поэтому вынесение приемников в зону вероятного (ожидаемого) появления объекта позволяет регистрировать существенно более высокие уровни отраженных от объекта сигналов или, что эквивалентно, обнаруживать объект в зонах акустической тени, где зондирующий сигнал сильно ослаблен, и за пределами максимальных расстояний, доступных традиционным методам гидролокации, при которых излучатель зондирующих сигналов и приемник отраженных от объекта зондирующих сигналов совмещены.Indeed, as follows from the above expression for the intensity of a signal reflected from an object by a sonar, its energy, even without taking into account sound absorption in water, decreases proportionally to the fourth power of the distance to the object, while the decrease in the energy of the probe signal incident on the object occurs proportionally to the second degree of distance to the object. Therefore, placing the receivers in the zone of the probable (expected) appearance of the object makes it possible to register substantially higher levels of signals reflected from the object or, equivalently, to detect the object in areas of acoustic shadow, where the probing signal is greatly attenuated, and beyond the maximum distances available to traditional sonar methods, in which the transmitter of the probing signals and the receiver of the probing signals reflected from the object are combined.
Сущность заявленного способа и системы поясняется фиг. 1-2:The essence of the claimed method and system is illustrated in FIG. 1-2:
фиг.1 - вариант структурной схемы системы по предлагаемому способу;figure 1 is a variant of the structural diagram of the system according to the proposed method;
фиг.2 - вариант практического выполнения системы обнаружения объекта в водной среде с приемниками, установленными на дне.figure 2 is a variant of the practical implementation of the system for detecting an object in an aquatic environment with receivers installed at the bottom.
В основе предлагаемого способа лежит пространственное разделение излучателя, зондирующего контролируемое водное пространство, и приемников, регистрирующих сигналы, отраженные от объектов в воде, при их расположении на более близких от объектов расстояниях по сравнению с расстояниями от излучателя до объектов, при этом местоположение обнаруженного объекта определяется по различиям времен прихода на приемники отраженного от объекта зондирующего сигнала и технической возможности разрешать малые временные интервалы.The basis of the proposed method is the spatial separation of the emitter probing a controlled body of water and the receivers detecting signals reflected from objects in the water when they are located at closer distances from the objects compared to the distances from the emitter to the objects, and the location of the detected object is determined by the differences in the arrival times of the sounding signal reflected from the object at the receivers and the technical ability to allow small time intervals.
При осуществлении предлагаемого способа предпочтительным является использование излучателя зондирующих сигналов с узкой шириной диаграммы направленности излучаемого сигнала в вертикальной плоскости для снижения помех из-за отражений излучаемого сигнала от водной поверхности и дна и предметов на дне, что особенно критично для мелководных областей. При этом излучение в горизонтальной плоскости может быть организовано в широком секторе для озвучивания сразу всей контролируемой зоны или путем сканирования сектора в горизонтальной плоскости узким лучом. Предпочтительно также, чтобы и приемник, совмещенный с излучателем, имел в продольном направлении узкую ширину диаграммы направленности в вертикальной плоскости для снижения принимаемых реверберационных помех.When implementing the proposed method, it is preferable to use a probe emitter with a narrow radiation pattern in the vertical plane to reduce interference due to reflections of the emitted signal from the water surface and the bottom and objects at the bottom, which is especially critical for shallow areas. In this case, radiation in the horizontal plane can be organized in a wide sector to sound immediately the entire controlled area or by scanning the sector in the horizontal plane with a narrow beam. It is also preferable that the receiver, combined with the emitter, have in the longitudinal direction a narrow beam width in the vertical plane to reduce the received reverberation interference.
Что касается приемников отраженных от объекта сигналов, вынесенных от излучателя в зону ожидаемого появления объекта, то они должны быть ненаправленными для обеспечения возможности приема отраженных от объекта сигналов, приходящих с любого направления.As for the receivers of signals reflected from the object, taken out from the emitter into the zone of the expected appearance of the object, they should be non-directional to ensure the possibility of receiving signals reflected from the object from any direction.
При оценке необходимой погрешности определения местоположения обнаруженного объекта необходимо исходить из того, что она определяется как наибольшая из двух величин: погрешность определения местоположения приемников на дне при их установке и погрешность определения времени прихода сигналов на приемники Δt, связанная с погрешностью по расстоянию через скорость звука в воде С:When assessing the necessary error in determining the location of a detected object, it is necessary to proceed from the fact that it is determined as the largest of two values: the error in determining the location of the receivers at the bottom when they are installed and the error in determining the time of arrival of signals to the receivers Δt, related to the error in distance over the speed of sound in water C:
Δr=C•ΔtΔr = C • Δt
Из этих двух погрешностей наименьшей является та, которая определяется временем прихода сигналов на приемники. В случае обычно применяемых корреляционных методов приема отраженных от целей сигналов, в которых принимаемые сигналы согласуются с излучаемым сигналом для выделения сигналов из шума, она имеет порядок 0,1 мс, что эквивалентно погрешности по расстоянию 0,15 м, а наибольшей является погрешность определения координат приемников, которая составляет не менее 1-2 м, чем и определяется общая погрешность системы.Of these two errors, the smallest is the one that is determined by the time the signals arrive at the receivers. In the case of the commonly used correlation methods for receiving signals reflected from targets, in which the received signals are consistent with the emitted signal to extract signals from noise, it is of the order of 0.1 ms, which is equivalent to an error of 0.15 m in distance, and the coordinate determination error is the largest receivers, which is at least 1-2 m, which determines the overall error of the system.
Предложенные способ и система осуществляются в соответствии со структурной схемой системы, приведенной на фиг.1. Она включает следующие элементы:The proposed method and system are implemented in accordance with the structural diagram of the system shown in figure 1. It includes the following elements:
1 - излучатель зондирующих сигналов и совмещенный с ним приемник отраженных от объекта зондирующих сигналов;1 - emitter of sounding signals and a combined receiver of sounding signals reflected from the object;
2, 3, 4,…,n - вынесенные приёмники отражённых от объекта зондирующих сигналов;2, 3, 4, ..., n - remote receivers of sounding signals reflected from the object;
5 - электронный блок излучения зондирующих сигналов и совмещенного с излучателем приема отраженных от объекта сигналов;5 - an electronic unit for emitting sounding signals and receiving signals reflected from the object combined with the emitter;
6, 7, 8,…, N - электронные блоки вынесенного приёма отражённых от объекта сигналов;6, 7, 8, ..., N - electronic components of the remote reception of signals reflected from the object;
9 - электронный комплекс обработки данных.9 - electronic data processing system.
В соответствии с этой схемой в зоне наблюдений в воде устанавливают излучатель 1 зондирующих сигналов и совмещенный с ним приемник отраженных от объекта зондирующих сигналов или только излучатель и пространственно разнесенные друг от друга приёмники 2-4 отраженных от объекта зондирующих сигналов, вынесенные от излучателя на необходимые расстояния для обнаружения объекта в зонах акустической тени или на расстояниях, превышающих максимально достижимые для приема на приемник, совмещенный с излучателем. Вынесенные приемники укладываются на дно или устанавливаются рядом с дном, для каждого из них при установке определяются координаты их местоположения. В блоке 5 приемника, совмещенного с излучателем, и в приёмных блоках 6-8 вынесенных приемников осуществляется приём отражённых от объекта зондирующих сигналов с передачей данных в электронный комплекс обработки данных 9. Далее решается задача определения местоположения обнаруженного объекта путём сопоставления разностей времен прихода на вынесенные приемники отраженных от объекта зондирующих сигналов.In accordance with this scheme, a probe emitter 1 and a receiver of the probe signals reflected from the object, or only a transmitter and receivers spatially spaced from each other, 2-4 probe signals reflected from the object, removed from the transmitter at the required distances, are installed in the observation zone in water to detect an object in areas of acoustic shadow or at distances exceeding the maximum achievable for reception at a receiver combined with the emitter. Remote receivers are laid on the bottom or installed near the bottom, for each of them, when installed, the coordinates of their location are determined. In block 5 of the receiver, combined with the emitter, and in receiving blocks of 6-8 remote receivers, the sounding signals reflected from the object are transmitted and the data are transmitted to the electronic data processing complex 9. Next, the problem of determining the location of the detected object by comparing the differences of arrival times to the remote receivers is solved sounding signals reflected from the object.
Заметим, что при выборе места установки вынесенных приемников необходимо учитывать, что максимально достижимые расстояния, на которых может быть обнаружен объект, изменяются в широких пределах. Эти изменения вызываются в основном изменениями погодных условий и сезонными колебаниями температуры воздуха, которые приводят к локальным изменениям скорости звука в воде из-за неравномерного прогрева водного слоя. Очевидно, вынесенные приемники должны устанавливаться с учетом диапазона изменения максимальных расстояний для обеспечения всесезонной и всепогодной работы системы. То же относится к обеспечению обнаружения объекта в зонах акустической тени, местоположение которых также изменяется в зависимости от сезонных и погодных условий.Note that when choosing the installation location for remote receivers, it must be taken into account that the maximum attainable distances at which an object can be detected vary widely. These changes are caused mainly by changes in weather conditions and seasonal fluctuations in air temperature, which lead to local changes in the speed of sound in water due to uneven heating of the water layer. Obviously, remote receivers should be installed taking into account the range of maximum distances to ensure all-weather and all-weather operation of the system. The same applies to the detection of an object in areas of acoustic shadow, the location of which also varies depending on seasonal and weather conditions.
Поступающие на вынесенные приемники прямые зондирующие сигналы, как и эхосигналы от неподвижных целей, например от подводных сооружений и предметов на дне, если их рассматривать как мешающие, легко распознаются в электронном комплексе обработки данных по признаку нахождения в одном и том же месте и вычитаются, если это необходимо, из поступающего массива данных известными способами.Direct sounding signals arriving at remote receivers, as well as echo signals from stationary targets, for example, from underwater structures and objects at the bottom, when considered as interfering, are easily recognized in the electronic data processing complex by the sign of being in the same place and are subtracted if this is necessary from the incoming data array by known methods.
Однако их можно использовать для постоянного контроля дальности прохождения зондирующих сигналов в облучаемую зону и ее изменения в процессе работы системы, особенно если в водном слое нет объектов, отражающих зондирующие сигналы. Такой контроль также может быть организован на основе электронного комплекса управления системой и обработки данных 9.However, they can be used to constantly monitor the range of the probing signals into the irradiated zone and its changes during the operation of the system, especially if there are no objects in the water layer reflecting the probing signals. Such control can also be organized on the basis of an electronic system management and data processing complex 9.
В качестве примера на фиг.2 приводится схема варианта практического выполнения системы (вид сверху), предназначенной для охраны бухты от пловцов-нарушителей со стороны водной среды. Здесь 1 - излучатель зондирующих сигналов и совмещенный с ним приемник отраженных от объектов воде зондирующих сигналов, 2-4 - вынесенные от излучателя приёмники отраженных сигналов, установленные на дне, 10 - объект-нарушитель в зоне вынесенных приемников и 11 - объект-нарушитель в зоне действия приемника, совмещенного с излучателем. Схема отражает выбранный принцип гидролокации - пространственное разделение излучателя, который зондирует все контролируемое водное пространство, и приемников, регистрирующих сигналы, отраженные от объекта-нарушителя в воде. При этом зона действия приемника, совмещенного с излучателем, ограничена сравнительно близкими расстояниями от излучателя, а приемники, вынесенные от излучателя, обеспечивают обнаружение объектов в воде в зонах акустической тени и за пределами расстояний, достижимых для приемника, совмещенного с излучателем, а также служат для контроля прохождения зондирующих сигналов в облучаемую зону при отсутствии объектов в водном слое.As an example, figure 2 shows a diagram of a variant of the practical implementation of the system (top view), designed to protect the bay from swimmers-intruders from the aquatic environment. Here 1 is the transmitter of the probing signals and the receiver of the sounding signals reflected from objects by water, 2-4 are the receivers of the reflected signals from the transmitter installed at the bottom, 10 is the intruder object in the zone of the detached receivers, and 11 is the intruder object in the zone actions of the receiver combined with the emitter. The scheme reflects the chosen principle of sonar — the spatial separation of the emitter, which probes the entire controlled water space, and the receivers registering signals reflected from the intruder object in the water. Moreover, the range of the receiver, combined with the emitter, is limited by relatively close distances from the emitter, and the receivers, remote from the emitter, ensure the detection of objects in water in areas of acoustic shadow and beyond the distances attainable for the receiver combined with the emitter, and also serve to monitoring the passage of probe signals into the irradiated zone in the absence of objects in the water layer.
Как видно из фиг.2, объект-нарушитель в общем случае находится на разных расстояниях от вынесенных приемников и поэтому отраженный от него зондирующий сигнал достигает каждый из них в разное время, что используется в системе для определения местоположения объекта относительно приемников, местоположение которых известно. Задача по определению местоположения объекта решается тогда в электронном комплексе обработки данных с использованием алгоритма триангуляции, геометрическая интерпретация которого иллюстрируется на фиг. 2 на примере трех вынесенных приемников, в зоне которых находится наблюдаемый объект, где стрелками показаны направления распространения отраженных от объекта сигналов на приемники.As can be seen from figure 2, the intruder object is generally located at different distances from the remote receivers and therefore the probe signal reflected from it reaches each of them at different times, which is used in the system to determine the location of the object relative to the receivers whose location is known. The task of determining the location of the object is then solved in an electronic data processing complex using the triangulation algorithm, the geometric interpretation of which is illustrated in FIG. 2 using three remote receivers as an example, in the area of which there is an observed object, where the arrows show the directions of propagation of signals reflected from the object to the receivers.
Техническим результатом настоящего изобретения является осуществление оперативного обнаружения объекта в мелководной среде и определение его местоположения.The technical result of the present invention is the implementation of operational detection of an object in a shallow environment and the determination of its location.
Claims (7)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2007141369/28A RU2358289C1 (en) | 2007-11-09 | 2007-11-09 | Method and system of detecting objects during hydrolocation |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2007141369/28A RU2358289C1 (en) | 2007-11-09 | 2007-11-09 | Method and system of detecting objects during hydrolocation |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2358289C1 true RU2358289C1 (en) | 2009-06-10 |
Family
ID=41024823
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2007141369/28A RU2358289C1 (en) | 2007-11-09 | 2007-11-09 | Method and system of detecting objects during hydrolocation |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2358289C1 (en) |
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2451563C1 (en) * | 2010-10-28 | 2012-05-27 | Открытое акционерное общество "Тетис Про" | Apparatus for producing active effect on secure water body intruders |
| RU2470324C2 (en) * | 2011-03-04 | 2012-12-20 | Учреждение Российской академии наук Институт океанологии им. П.П. Ширшова РАН | High-resolution hydrolocation method and device for realising said method |
| RU2478983C1 (en) * | 2011-12-05 | 2013-04-10 | ОАО "Концерн "Океанприбор" | Method for detection of splashing-down object submersion depth |
| RU2488844C2 (en) * | 2010-06-18 | 2013-07-27 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" | Passive method and system for detecting objects moving in water |
| RU2516602C1 (en) * | 2012-12-25 | 2014-05-20 | Открытое акционерное общество "Концерн "Океанприбор" | Method to determine depth of object submersion |
| RU2548942C1 (en) * | 2013-11-05 | 2015-04-20 | Российская Федерация от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" (Госкорпорация "Росатом") | Method and system for compensating for masking effect of reverberation interference on detection of underwater targets during sonar detection |
| RU2577089C1 (en) * | 2014-09-08 | 2016-03-10 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" | Method and system for automatically controlled active protection of objects on side of aquatic environment |
| RU2580877C1 (en) * | 2014-12-16 | 2016-04-10 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" (Госкорпорация "Росатом") | Method of detecting local pressure fluctuations in passive location of targets moving in water with compensation of interference from surface waves |
| RU2664869C1 (en) * | 2017-03-10 | 2018-08-23 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" (Госкорпорация "Росатом") | Method of sonar in shallow water area with operational control of conditions variability when detecting underwater objective |
-
2007
- 2007-11-09 RU RU2007141369/28A patent/RU2358289C1/en active
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2488844C2 (en) * | 2010-06-18 | 2013-07-27 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" | Passive method and system for detecting objects moving in water |
| RU2451563C1 (en) * | 2010-10-28 | 2012-05-27 | Открытое акционерное общество "Тетис Про" | Apparatus for producing active effect on secure water body intruders |
| RU2470324C2 (en) * | 2011-03-04 | 2012-12-20 | Учреждение Российской академии наук Институт океанологии им. П.П. Ширшова РАН | High-resolution hydrolocation method and device for realising said method |
| RU2478983C1 (en) * | 2011-12-05 | 2013-04-10 | ОАО "Концерн "Океанприбор" | Method for detection of splashing-down object submersion depth |
| RU2516602C1 (en) * | 2012-12-25 | 2014-05-20 | Открытое акционерное общество "Концерн "Океанприбор" | Method to determine depth of object submersion |
| RU2548942C1 (en) * | 2013-11-05 | 2015-04-20 | Российская Федерация от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" (Госкорпорация "Росатом") | Method and system for compensating for masking effect of reverberation interference on detection of underwater targets during sonar detection |
| RU2577089C1 (en) * | 2014-09-08 | 2016-03-10 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" | Method and system for automatically controlled active protection of objects on side of aquatic environment |
| RU2580877C1 (en) * | 2014-12-16 | 2016-04-10 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" (Госкорпорация "Росатом") | Method of detecting local pressure fluctuations in passive location of targets moving in water with compensation of interference from surface waves |
| RU2664869C1 (en) * | 2017-03-10 | 2018-08-23 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" (Госкорпорация "Росатом") | Method of sonar in shallow water area with operational control of conditions variability when detecting underwater objective |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2358289C1 (en) | Method and system of detecting objects during hydrolocation | |
| Aubauer et al. | One-hydrophone method of estimating distance and depth of phonating dolphins in shallow water | |
| AU2011329225B2 (en) | Active detection of marine mammals during seismic surveying | |
| RU2634787C1 (en) | Method of detecting local object against background of distributed interference | |
| RU2343502C2 (en) | Method and system of positional analysis of object under observation by depth in aqueous medium | |
| Ogasawara et al. | Reciprocal sound propagation experiment in very shallow water area of Hashirimizu port | |
| Bjørnø | Developments in sonar and array technologies | |
| AU2007233119B2 (en) | Swimmer detection sonar network | |
| RU2383899C1 (en) | Method and system for target acquisition in hydrolocation | |
| Fillinger et al. | Towards a passive acoustic underwater system for protecting harbours against intruders | |
| RU2541435C1 (en) | Method of determining iceberg immersion | |
| RU2548596C1 (en) | Method of determining iceberg submersion | |
| Balk et al. | Surface-induced errors in target strength and position estimates during horizontal acoustic surveys. | |
| RU2196931C2 (en) | Method of detection of break in underwater pipe line | |
| CN109342569A (en) | A kind of Muddy Bottoms seabed navigation channel slope stability real-time monitoring method | |
| Spiess et al. | Detailed geophysical studies on the northern Hawaiian Arch using a deeply towed instrument package | |
| Hines et al. | Acoustic backscatter measurements from littoral seabeds at shallow grazing angles at 4 and 8 kHz | |
| Holland et al. | Boundary characterization experiment series overview | |
| Preston | Reverberation at the Mid-Atlantic Ridge during the 1993 ARSRP experiment seen by R/V Alliance from 200–1400 Hz and some modeling inferences | |
| RU2161319C1 (en) | Method for detection of underwater objects on sea bound in shallow sea | |
| JPH10186048A (en) | Measuring method and device for buried object, structure of stratum, and nature of deposit | |
| RU2502091C2 (en) | Marine seismic survey method | |
| CN113359182B (en) | Device, method and system for quickly searching and positioning deep-sea hydrothermal nozzle | |
| Faggioni et al. | Building the synthetic “Mac System”: an analytical integration of magnetic and acoustic subsystems for port protection scenarios. | |
| RU2461844C1 (en) | System for hydrolocation of targets in shallow water conditions |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PC43 | Official registration of the transfer of the exclusive right without contract for inventions |
Effective date: 20150918 |