RU2381518C2 - Underwater positioner - Google Patents
Underwater positioner Download PDFInfo
- Publication number
- RU2381518C2 RU2381518C2 RU2008115655/09A RU2008115655A RU2381518C2 RU 2381518 C2 RU2381518 C2 RU 2381518C2 RU 2008115655/09 A RU2008115655/09 A RU 2008115655/09A RU 2008115655 A RU2008115655 A RU 2008115655A RU 2381518 C2 RU2381518 C2 RU 2381518C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- receiver
- input
- signals
- output
- antenna
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Radio Relay Systems (AREA)
- Position Fixing By Use Of Radio Waves (AREA)
- Measurement Of Velocity Or Position Using Acoustic Or Ultrasonic Waves (AREA)
Abstract
Description
Настоящее изобретение относится к устройствам для исследования и определения координат подводных объектов.The present invention relates to devices for researching and determining the coordinates of underwater objects.
Изобретение может быть использовано при подводно-технических работах, промерах, поиске и идентификации подводных объектов, в морских археологических исследованиях и т.д.The invention can be used in underwater operations, surveys, search and identification of underwater objects, in marine archaeological research, etc.
Известно устройство эхолот, содержащее последовательно соединенные микроконтроллер, передатчик, приемник и аналого-цифровой преобразователь, выход которого соединен с микроконтроллером, а также электроакустический преобразователь, подключенный к передатчику и приемнику, дисплей, вход которого подключен к микроконтроллеру, блок временной автоматической регулировки усиления, вход которого соединен с микроконтроллером, а передатчик выполнен со ступенчатой регулировкой мощности, вход регулировки которой подключен к микроконтроллеру, приемник выполнен с двумя входами регулировки усиления, первый вход регулировки, обеспечивающий ступенчатую регулировку усиления, подключен к микроконтроллеру, а второй вход регулировки подключен к выходу блока временной автоматической регулировки усиления [1].A known device is an echo sounder containing a series-connected microcontroller, transmitter, receiver and an analog-to-digital converter, the output of which is connected to a microcontroller, as well as an electro-acoustic converter connected to a transmitter and a receiver, a display whose input is connected to a microcontroller, a temporary automatic gain control unit, an input which is connected to the microcontroller, and the transmitter is made with stepwise adjustment of power, the adjustment input of which is connected to the microcontroller, the receiver is made with two gain control inputs, the first control input providing step-by-step gain control is connected to the microcontroller, and the second control input is connected to the output of the temporary automatic gain control unit [1].
Недостатками данного устройства являются возможность измерения координат только одной точки под водой и повышенная погрешность измерения глубины из-за невозможности определения бортовой и килевой качки судна в процессе измерений.The disadvantages of this device are the ability to measure the coordinates of only one point under water and the increased error of depth measurement due to the inability to determine the side and keel pitch of the vessel during the measurement process.
Известно также устройство для определения координат исполнительного механизма надводного объекта, содержащее n навигационных спутников, контрольно-корректирующую станцию, включающую последовательно соединенные первую приемную антенну, первый приемник спутниковых сигналов, вычислитель поправок, предназначенный для выработки значений поправок радионавигационных параметров по каждому из навигационных спутников, первый модулятор, передатчик корректирующей информации и первую передающую антенну, вычислитель эталонных значений радионавигационных параметров на основе эталонных координат фазового центра первой приемной антенны и эфемерид каждого из навигационных спутников, соединенный со вторым входом вычислителя поправок, буйковую станцию, включающую последовательно соединенные вторую приемную антенну, второй приемник спутниковых сигналов, второй модулятор, передатчик и вторую передающую антенну, и надводную подвижную станцию, включающую последовательно соединенные приемную антенну корректирующей информации, приемник корректирующей информации и демодулятор, третью приемную антенну спутниковых сигналов и третий приемник спутниковых сигналов, четвертую приемную антенну спутниковых сигналов и четвертый приемник спутниковых сигналов, вычислительный блок, предназначенный для вычисления координат объектов в горизонтальной системе координат и их глубины по отношению к уровню воды и соединенный с ним блок управления и индикации так, что его управляющий выход является одним из входов, а информационный вход - первым из выходов указанного вычислительного блока, при этом выходы демодулятора, третьего и четвертого приемников спутниковых сигналов соединены соответственно с вторым, третьим и четвертым входами указанного вычислительного блока [2].There is also known a device for determining the coordinates of the actuator of a surface object, containing n navigation satellites, a control and correction station, comprising a series-connected first receiving antenna, a first satellite signal receiver, a corrector calculator, designed to generate corrections of radio navigation parameters for each of the navigation satellites, the first a modulator, a transmitter of corrective information and a first transmitting antenna, a calculator of reference values for navigation parameters based on the reference coordinates of the phase center of the first receiving antenna and the ephemeris of each of the navigation satellites connected to the second input of the corrections calculator, a buoy station, including a second receiving antenna, a second satellite signal receiver, a second modulator, a transmitter and a second transmitting antenna, and surface mobile station including series-connected receiving antenna of corrective information, receiver of corrective information and demodulated , a third satellite signal receiving antenna and a third satellite signal receiver, a fourth satellite signal receiving antenna and a fourth satellite signal receiver, a computing unit for calculating the coordinates of objects in a horizontal coordinate system and their depth relative to the water level and a control unit connected to it and indication so that its control output is one of the inputs, and the information input is the first of the outputs of the specified computing unit, while the outputs of the demodulator, t and its fourth satellite signal receivers are connected respectively to the second, third and fourth inputs of said computational unit [2].
Недостатком известного устройства, принятого в качестве прототипа устройства для определения координат подводных объектов, является невозможность определения координат более одной точки под водой и пониженная точность из-за невозможности измерения параметров бортовой качки судна.A disadvantage of the known device, adopted as a prototype of a device for determining the coordinates of underwater objects, is the inability to determine the coordinates of more than one point under water and reduced accuracy due to the impossibility of measuring the side rolling of the vessel.
В основу изобретения положена задача повышения точности определения координат подводных объектов.The basis of the invention is the task of increasing the accuracy of determining the coordinates of underwater objects.
Поставленная задача решается тем, что в устройстве для определения координат подводных объектов, содержащем n навигационных спутников, контрольно-корректирующую станцию, включающую последовательно соединенные первую приемную антенну, первый приемник спутниковых сигналов, указанный вычислитель поправок, первый модулятор, передатчик корректирующей информации и первую передающую антенну, указанный вычислитель эталонных значений радионавигационных параметров, соединенный со вторым входом указанного вычислителя поправок, буйковую станцию, включающую последовательно соединенные вторую приемную антенну, второй приемник спутниковых сигналов, второй модулятор, передатчик и вторую передающую антенну, и надводную подвижную станцию, включающую последовательно соединенные приемную антенну корректирующей информации, приемник корректирующей информации и демодулятор, третью приемную антенну спутниковых сигналов и третий приемник спутниковых сигналов, четвертую приемную антенну спутниковых сигналов и четвертый приемник спутниковых сигналов, указанный вычислительный блок и соединенный с ним блок управления и индикации так, что его управляющий выход является одним из входов, а информационный вход - первым из выходов указанного вычислительного блока, при этом выходы демодулятора, третьего и четвертого приемников спутниковых сигналов соединены соответственно с вторым, третьим и четвертым входами указанного вычислительного блока, согласно изобретению надводная подвижная станция дополнительно содержит формирователь синхронизирующих сигналов, передатчик, первый и второй антенные переключатели, первый и второй приемники отраженных сигналов, приемопередающую и приемную антенны акустических сигналов и последовательно соединенные пятую приемную антенны спутниковых сигналов и пятый приемник спутниковых сигналов, который первым выходом соединен с пятым входом указанного вычислительного блока, второй выход указанного вычислительного блока соединен с первым входом формирователя синхронизирующих сигналов, который вторым входом соединен со вторым выходом пятого приемника спутниковых сигналов, одним из выходов формирователь синхронизирующих сигналов соединен с первыми входами первого и второго приемников отраженных сигналов, вторым выходом соединен с первым входом второго антенного переключателя, третьим выходом соединен с первым входом первого антенного переключателя, а четвертым выходом формирователь синхронизирующих сигналов соединен со входом передатчика, выход которого соединен со вторым входом первого антенного переключателя, чей первый выход соединен с приемопередающей антенной акустических сигналов, а второй его выход соединен со вторым входом первого приемника отраженных сигналов, второй антенный переключатель вторым входом соединен с приемной антенной акустических сигналов, а выходом - со вторым входом второго приемника отраженных сигналов, при этом выходы первого и второго приемников отраженных сигналов являются соответственно шестым и седьмым входами указанного вычислительного блока.The problem is solved in that in a device for determining the coordinates of underwater objects containing n navigation satellites, a control and correction station including a series-connected first receiving antenna, a first satellite signal receiver, said corrector, a first modulator, a correction information transmitter and a first transmitting antenna , said calculator of reference values of radio navigation parameters connected to a second input of said calculator of corrections, buoy st a station including a second receiving antenna, a second satellite receiver, a second modulator, a transmitter and a second transmitting antenna, and a surface mobile station including a correction information receiving antenna, a correction information receiver and a demodulator, a third satellite receiving antenna and a third receiver satellite signals, a fourth satellite receiving antenna and a fourth satellite signal receiver, said computing b ok and the control and indication unit connected to it so that its control output is one of the inputs, and the information input is the first of the outputs of the specified computing unit, while the outputs of the demodulator, third and fourth satellite signal receivers are connected to the second, third and fourth, respectively the inputs of the specified computing unit, according to the invention, the surface mobile station further comprises a driver of synchronizing signals, a transmitter, the first and second antenna switches, the first the second receivers of the reflected signals, the transmitting and receiving antennas of the acoustic signals, and the fifth receiving antenna of the satellite signals and the fifth satellite signal receiver, which is connected to the fifth input of the specified computing unit by the first output, and the second output of the specified computing unit is connected to the first input of the clock generator, which is connected in series the second input is connected to the second output of the fifth receiver of satellite signals, one of the outputs of the synchronizer signal is connected to the first inputs of the first and second reflected signal receivers, the second output is connected to the first input of the second antenna switch, the third output is connected to the first input of the first antenna switch, and the fourth output is a synchronization signal generator connected to the input of the transmitter, the output of which is connected to the second input the first antenna switch, whose first output is connected to the transceiver antenna of the acoustic signals, and its second output is connected to the second input of the first the receiver of the reflected signals, the second antenna switch is connected by a second input to the receiving antenna of the acoustic signals, and the output is connected to the second input of the second receiver of the reflected signals, while the outputs of the first and second receivers of the reflected signals are the sixth and seventh inputs of the specified computing unit.
Изобретение поясняется прилагаемыми чертежами, на которых: на фиг.1 изображена структурная схема устройства для определения координат подводных объектов; на фиг.2 показана работа устройства при влиянии качки надводного объекта; на фиг.3 изображена схема варианта построения указанного вычислительного блока; на фиг.4 приведена блок-схема алгоритма работы указанного вычислительного блока.The invention is illustrated by the accompanying drawings, in which: figure 1 shows a structural diagram of a device for determining the coordinates of underwater objects; figure 2 shows the operation of the device under the influence of the rolling surface object; figure 3 shows a diagram of a variant of construction of the specified computing unit; figure 4 shows a block diagram of the algorithm of operation of the specified computing unit.
Устройство для определения координат подводных объектов (фиг.1) содержит n навигационных спутников 11-1n, контрольно-корректирующую станцию 2, в которую входят последовательно соединенные первая приемная антенна 31, первый приемник спутниковых сигналов 41, указанный вычислитель поправок 5, первый модулятор 61, передатчик корректирующей информации 7 и передающая антенна 81, и указанный вычислитель эталонных значений радионавигационных параметров 9, соединенный со вторым входом указанного вычислителя поправок 5. В устройство для определения координат подводных объектов входит буйковая станция 10, содержащая последовательно соединенные вторую приемную антенну 32, второй приемник спутниковых сигналов 42, второй модулятор 62, передатчик 11 и вторую передающую антенну 82. Устройство для определения координат подводных объектов включает также надводную подвижную станцию 12, которая содержит последовательно соединенные приемную антенну 13 корректирующей информации, приемник 14 корректирующей информации и демодулятор 15, третью 33, четвертую 34 и пятую 35 приемные антенны спутниковых сигналов, соединенные с третьим 43, четвертым 44 и пятым 45 приемниками спутниковых сигналов соответственно, и формирователь синхронизирующих сигналов 16, входами соединенный с указанным вычислительным блоком 17 и с пятым приемником спутниковых сигналов. Формирователь синхронизирующих сигналов 16 одним из выходов соединен с передатчиком 18, вторым и третьим выходами - с одним из входов соответственно первого 191 и второго 192 антенных переключателей, а четвертым выходом соединен с одним из входов первого 201 и второго 202 приемников отраженных сигналов, вторые входы которых подключены к выходам соответственно первого 191 и второго 192 антенных переключателей. Выходы первого 201 и второго 202 приемников отраженных сигналов, демодулятора 15, четвертого 44 и третьего 43 приемников спутниковых сигналов и второй выход пятого 45 приемника спутниковых сигналов соединены с соответствующими входами указанного вычислительного блока 17, к которому подключен также блок управления и индикации 21. При этом первый антенный переключатель 191 соединен с приемопередающей антенной 22, а второй антенный переключатель 192 соединен с приемной антенной 23.A device for determining the coordinates of underwater objects (Fig. 1) contains n navigation satellites 1 1 -1 n , a control and
Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.
Контрольно-корректирующая станция 2 первой антенной 31 принимает сигналы навигационных спутников 11-1n, определяет радионавигационные параметры по каждому из спутников. С первого приемника спутниковых сигналов 41 измеренные значения радионавигационных параметров Control and
поступают на вход указанного вычислителя поправок 5, второй вход которого соединен с указанным вычислителем эталонных значений радионавигационных параметров 9, определяющим эталонные значения радионавигационных параметров на основе эталонных координат фазового центра первой антенны 31 ХКСЭ,YKCЭ,ZKCЭ и эфемерид Xэф1-Xэфn, Yэф1-Yэфn, Zэф1-Zэфn каждого из спутников. Указанный вычислитель поправок 5 вырабатывает значения поправок радионавигационных параметров по каждому из спутников в соответствии с [3]: enter the input of the specified calculator of amendments 5, the second input of which is connected to the specified calculator of the reference values of the radio navigation parameters 9, which determines the reference values of the radio navigation parameters based on the reference coordinates of the phase center of the first antenna 3 1 X KSE , Y KSE , Z KSE and ephemeris X eff1 -X effn , Y eff1 -Y effn , Z eff1 -Z effn of each of the satellites. The specified amendment calculator 5 generates corrections of the radio navigation parameters for each of the satellites in accordance with [3]:
, где where
i=1, …, n - текущий номер спутника.i = 1, ..., n is the current satellite number.
С выхода указанного вычислителя поправок 5 сигналы, в которых содержится информация о номере спутника, времени приема навигационного сигнала, поправках к радионавигационным параметрам до каждого спутника ΔR1-ΔRn, поступают на первый модулятор 61. С выхода первого модулятора 61 сигналы поступают в передатчик 7 корректирующей информации, где преобразуются, усиливаются и излучаются в пространство первой передающей антенной 81.From the output of the specified calculator of corrections 5, signals containing information about the satellite number, time of reception of the navigation signal, corrections to the radio navigation parameters to each satellite ΔR 1 -ΔR n are fed to the
Одновременно с этим, сигналы спутников 11-1n принимаются второй приемной антенной 32, установленной на буйковой станции 10. Далее принятые сигналы поступают на вход второго приемника спутниковых сигналов 42, осуществляющего измерение радионавигационных параметров по сигналам каждого из спутников. С выхода второго приемника спутниковых сигналов 42 сигналы, в которых содержится информация о номере спутника, времени приема навигационного сигнала, значениях измеренных радионавигационных параметров , поступают на вход второго модулятора 62. С выхода второго модулятора 62 сигналы поступают в передатчик 11, где преобразуются, усиливаются и излучаются в пространство второй передающей антенной 82.At the same time, the signals of satellites 1 1 -1 n are received by the second receiving antenna 3 2 installed on the buoy station 10. Next, the received signals are fed to the input of the second satellite receiver 4 2 , which measures the radio navigation parameters according to the signals of each of the satellites. From the output of the second receiver of satellite signals 4 2 signals, which contain information about the number of the satellite, the time of reception of the navigation signal, the values of the measured radio navigation parameters enter the input of the
Сигналы буйковой станции 10 и контрольно-корректирующей станции 2 принимаются антенной 13 надводного объекта, снабженного надводной подвижной станцией 12, поступают на вход приемника корректирующей информации 14, в котором происходит усиление, преобразование и выделение сигналов контрольно-корректирующей 2 и буйковой 10 станций. С выхода приемника корректирующей информации 14 сигналы поступают на вход демодулятора 15, выделяющего из сигналов информацию о номере спутника, времени приема сигнала и поправках радионавигационных параметров ΔR1-ΔRn, сформированных указанным вычислителем поправок 5 контрольно-корректирующей станции 2. Также демодулятором 15 выделяется информация о номерах спутников, времени приема сигналов и значениях радионавигационных параметров , измеренных вторым приемником спутниковых сигналов 42 буйковой станции 10. С выхода демодулятора 15 вышеперечисленные параметры поступают в указанный вычислительный блок 17.The signals of the buoy station 10 and the control and
Одновременно сигналы навигационных спутников 11-1n принимаются третьей 33, четвертой 34 и пятой 35 антеннами, подключенными соответственно к входу третьего 43, четвертого 44 и пятого 45 приемников спутниковых сигналов, производящих определение радионавигационных параметров и , .At the same time, the signals of navigation satellites 1 1 -1 n are received by the third 3 3 , fourth 3 4 and fifth 3 5 antennas connected respectively to the input of the third 4 3 , fourth 4 4 and fifth 4 5 receivers of satellite signals that determine the radio navigation parameters and , .
С выхода третьего 43, четвертого 44, пятого 45 приемников спутниковых сигналов информация о номерах спутников, времени приема сигналов и значениях радионавигационных параметров и , поступает в указанный вычислительный блок 17.From the output of the third 4 3 , fourth 4 4 , fifth 4 5 satellite signal receivers, information on satellite numbers, signal reception time and radio navigation parameters and , enters the specified computing unit 17.
Указанный вычислительный блок 17 выполняет циклическую обработку вводимой информации в соответствии с блок-схемой алгоритма, приведенной на фиг.4.The specified computing unit 17 performs cyclic processing of the input information in accordance with the block diagram of the algorithm shown in figure 4.
После ввода информации из блоков 15, 43, 44 и 45 указанный вычислительный блок 17 выполняет коррекцию радионавигационных параметров и , , измеренных третьим, четвертым и пятым приемниками спутниковых сигналов 43, 44 и 45 в соответствии с [3]:After entering information from
В результате этой коррекции получают точные значения радионавигационных параметров , и , которые используют для вычисления точных координат приемных антенн 33, 34 и 35. В случае использования в качестве радионавигационных параметров результатов измерений псевдодальностей для определения координат антенн может быть использован алгоритм, приведенный, например, в [3].As a result of this correction, the exact values of the radio navigation parameters are obtained. , and which are used to calculate the exact coordinates of the receiving antennas 3 3 , 3 4 and 3 5 . In the case of using pseudorange measurements as radio navigation parameters, the algorithm given, for example, in [3] can be used to determine the coordinates of the antennas.
Затем, аналогичным образом, в указанном вычислительном блоке 17 происходит обработка радионавигационных параметров , измеренных буйковой станцией 10, после коррекции которых определяют ее координаты , служащие для контроля уровня воды.Then, in a similar manner, in the specified computing unit 17 is the processing of radio navigation parameters measured by the buoy station 10, after the correction of which determine its coordinates serving to control the water level.
Антенны 33, 34 и 35 могут быть расположены на надводном объекте (судне), например, в вершинах треугольника (фиг.2а), что позволяет определить угол αду (угол между продольной осью надводного объекта и направлением на Север), βдф (дифферент надводного объекта, фиг.2б) и βкр (крен надводного объекта, аналогично фиг.2б) по разностям радионавигационных параметров и например, по алгоритму, приведенному на стр.206-208 в [3].Antennas 3 3 , 3 4 and 3 5 can be located on a surface object (vessel), for example, at the vertices of a triangle (Fig. 2a), which makes it possible to determine the angle α du (the angle between the longitudinal axis of the surface object and the direction to the North), β df (trim of the surface object, fig.2b) and β cr (roll of the surface object, similar to fig.2b) on the differences of the radio navigation parameters and for example, according to the algorithm given on pages 206-208 in [3].
После вычислений точных координат и параметров ориентации надводного объекта αду, βдф и βкр, с указанного вычислительного блока 17 выдается управляющий сигнал на формирователь синхронизирующих сигналов 16.After calculating the exact coordinates and orientation parameters of the surface of the object α du , β df and β cr , a control signal is issued from the specified computing unit 17 to the
Со второго выхода пятого приемника спутниковых сигналов 45 на вход формирователя синхронизирующих сигналов 16 поступает опорная частота, например, 10 МГц [3], из которой формируются необходимые сигналы с частотами, обеспечивающими синхронизацию и работу других блоков устройства.From the second output of the fifth receiver of satellite signals 4 5, the reference frequency, for example, 10 MHz [3], is supplied to the input of the generator of synchronizing
Для обнаружения подводных объектов используется зондирующий акустический сигнал, параметры которого (вид сигнала, модуляция) задаются в указанном вычислительном блоке 17. Например, могут быть использованы сигналы с линейно-частотной модуляцией, что позволяет с высокой точностью определять задержку распространения сигналов до подводных объектов, повысить помехоустойчивость и разрешающую способность по дальности, определять однозначно фазу сигнала, без использования метода разрешения неоднозначности [4].To detect underwater objects, a sounding acoustic signal is used, the parameters of which (signal type, modulation) are set in the indicated computing unit 17. For example, signals with linear-frequency modulation can be used, which makes it possible to determine the propagation delay of signals to underwater objects with high accuracy, increase noise immunity and resolution in range, to determine uniquely the phase of the signal, without using the method of resolving ambiguity [4].
Далее зондирующий акустический сигнал с формирователя синхронизирующих сигналов 16 последовательно поступает в передатчик 18, где усиливается и через первый антенный переключатель 191 и приемопередающую антенну 22 акустических сигналов излучается в водное пространство. С формирователя синхронизирующих сигналов 16 на первый 191 и второй 192 антенные переключатели поступают управляющие импульсы, с помощью которых осуществляется переключение между положениями состояний «передача»/«прием». Частота следования импульсов определяется максимальной дальностью обнаружения подводных объектов.Next, the sounding acoustic signal from the shaper of synchronizing
Первый антенный переключатель 191 имеет два положения состояний. Первое положение «передача сигнала» - соединяются выход передатчика 18 и приемопередающая антенна акустических сигналов 22. Второе состояние «прием сигналов» - соединяются приемопередающая антенна акустических сигналов 22 с входом первого приемника отраженных сигналов 201. Второй антенный переключатель 192 в первом состоянии «прием сигналов» - соединяются приемная антенна акустических сигналов 23 и второй приемник отраженных сигналов 202, второе состояние «приема нет».The first antenna switch 19 1 has two state positions. The first position is “signal transmission” - the output of the transmitter 18 and the transceiver antenna of the acoustic signals 22 are connected. The second state is “reception of signals” - the transceiver antenna of the acoustic signals 22 is connected to the input of the first receiver of the
Сигнал, излучающийся в водное пространство приемопередающей антенной акустических сигналов 22, проходит расстояние D, достигает поверхности подводного объекта, отражается в обратном направлении, в том числе и в сторону антенн 22 и 23, через первый 191 и второй 192 антенные переключатели поступает на вход первого 201 и второго 202 приемников отраженных сигналов. В приемниках отраженных сигналов 201 и 202 происходит усиление принятых сигналов антеннами 22 и 23, демодуляция и измерение задержки, амплитуды и фазы сигналов, их преобразование в цифровой код и передача в указанный вычислительный блок 17.The signal emitted into the body of water by the transceiver antenna of the acoustic signals 22 passes the distance D, reaches the surface of the underwater object, is reflected in the opposite direction, including towards the antennas 22 and 23, through the first 19 1 and second 19 2 antenna switches are input the first 20 1 and the second 20 2 receivers of the reflected signals. In the receivers of the
В указанном вычислительном блоке 17 по задержке распространения сигнала до подводного объекта и обратно вычисляется удвоенная дальность D до подводного объекта. По разности фаз сигналов, получаемых от первого 201 и второго 202 приемников отраженных сигналов, определяется угол прихода сигналов γ. По значению амплитуды определяется отражающая способность подводного объекта.In the indicated computing unit 17, the doubled distance D to the underwater object is calculated by the signal propagation delay to the underwater object and vice versa. From the phase difference of the signals received from the first 20 1 and second 20 2 receivers of the reflected signals, the angle of arrival of signals γ is determined. The value of the amplitude determines the reflectivity of the underwater object.
Затем исходя из рассчитанных координат антенн 33 (либо 34, или 35) параметров ориентации надводного объекта αду, βдф и βкр, измеренной дальности до подводного объекта D, полученного угла прихода сигнала γ, а также исходя из полученного значения уровня воды, которое измеряется и передается буйковой станцией 10 НБ, вычисляются точные координаты подводных объектов ХПО и YПО в горизонтальной системе координат и глубина h подводного объекта по отношению к уровню воды (фиг.2):Then, based on the calculated coordinates of the antennas 3 3 (or 3 4 , or 3 5 ), the orientation parameters of the surface object α du , β df and β cr , the measured distance to the underwater object D, the obtained angle of arrival of the signal γ, and also based on the obtained level value water, which is measured and transmitted by the buoy station 10 N B , the exact coordinates of the underwater objects X ON and Y ON in the horizontal coordinate system and the depth h of the underwater object with respect to the water level are calculated (figure 2):
где НБ - высотная координата буйковой станции 10.where NL is the altitude coordinate of the buoy station 10.
Значения плановых координат подводного объекта ХПО и YПО и глубины h далее поступают в блок управления и индикации 21 для последующего отображения и регистрации. Длительность цикла работы устройства для определения координат подводных объектов выбирается таким образом, чтобы успевали выполняться формирование сигналов, прием, измерения, обработка, передача навигационной и измерительной информации.The values of the planned coordinates of the underwater object X ON and Y ON and depth h then go to the control unit and display 21 for subsequent display and registration. The duration of the operation cycle of the device for determining the coordinates of underwater objects is selected in such a way that the formation of signals, reception, measurement, processing, transmission of navigation and measurement information can be completed.
Указанный вычислительный блок 17 в связи с большим объемом вычислений необходимо реализовать на основе микропроцессора по типовой структуре, описанной, например, в [5]. На фиг.3 приведена структурная схема варианта указанного вычислительного блока, выполненного по схеме с разделением адресного пространства, включающего микропроцессорный блок 24, постоянное 25 и оперативноое 26 запоминающие устройства, первый дешифратор адреса 27, обеспечивающий выбор постоянного или оперативного запоминающего устройства, второй дешифратор адреса 28, позволяющий выбрать одно из подключенных к указанному вычислительному блоку 17 внешних устройств: демодулятор 15, третий приемник спутниковых сигналов 43, четвертый приемник спутниковых сигналов 44, пятый приемник спутниковых сигналов 45, формирователь синхронизирующих сигналов 16, первый 201 и второй 202 приемники отраженных сигналов или блок управления и индикации 21. В постоянном запоминающем устройстве 25 находится программа обработки, реализующая алгоритм, приведенный на фиг.4, а также константы и другая необходимая информация. Оперативное запоминающее устройство 26 содержит текущие данные, приходящие с блоков 15, 43, 44, 45, 201, 202, 21, а также информацию, необходимую для обмена с блоком управления и индикации 21, и текущие промежуточные результаты вычислений. Дешифраторы адреса 27 и 28 обеспечивают выбор нужного в данный момент элемента, например оперативного 26 или постоянного 25 запоминающих устройств, либо одного из внешних блоков, имеющих свой фиксированный адрес. Микропроцессорный модуль 24 управляет работой указанного вычислительного блока 17, обеспечивая обработку и обмен информацией в соответствии с блок-схемой алгоритма работы, приведенной на фиг.4, и связан с блоками 15, 43, 44, 45, 16, 201, 202, 21 информационной шиной данных (ШД), шиной адреса (ША) и шиной управления (ШУ).The specified computing unit 17 due to the large volume of calculations must be implemented on the basis of a microprocessor according to the standard structure described, for example, in [5]. Figure 3 shows the structural diagram of a variant of the specified computing unit, made according to the scheme with the separation of the address space, including the
Блок управления и индикации 21 может состоять из клавиатуры и дисплея. Клавиатура используется для ввода исходных данных в вычислительный блок 17 и может быть реализована согласно рис.11.24 [6]. Дисплей служит для отображения информации, поступающей из вычислительного блока 17, и может быть реализован в соответствии с рис.11.21 [6].The control and display unit 21 may consist of a keyboard and a display. The keyboard is used to enter the source data into the computing unit 17 and can be implemented according to Fig. 11.24 [6]. The display is used to display information coming from the computing unit 17, and can be implemented in accordance with Fig. 11.21 [6].
При реализации указанного вычислительного блока 17 на базе микропроцессора K580 микропроцессорный модуль состоит из шести больших интегральных микросхем: центрального процессора K580 ВМ80, системного контроллера K580 ВК88, тактового генератора К580ГФ24, таймера K1810ВИ54, контроллера прямого доступа к памяти K580ВТ57, контроллера прерывания K1810ВН59А.When implementing the specified computing unit 17 based on the K580 microprocessor, the microprocessor module consists of six large integrated circuits: the K580 BM80 central processor, the K580 VK88 system controller, the K580GF24 clock, the K1810VI54 timer, the K580BT57 direct memory access controller, and the K1810VN59A interrupt controller.
Приемники спутниковых сигналов 41, …, 45 могут быть выполнены в соответствии с рис.1.14 [7], рис.38 [8]. Реализации отдельных блоков аппаратуры, расположенной на надводном объекте, буйковой 10 и контрольно-корректирующей 2 станций приведены, например, на рис.20.3 [3], [9].Receivers of satellite signals 4 1 , ..., 4 5 can be made in accordance with Fig.1.14 [7], Fig.38 [8]. Implementations of individual blocks of equipment located on a surface object, buoy 10 and control-correcting 2 stations are shown, for example, in Fig. 20.3 [3], [9].
Формирователь синхронизирующих сигналов 16 может быть построен на базе четырехканального цифрового синтезатора частоты с прямым синтезом, который управляется указанным вычислительным блоком 17 и может быть построен в соответствии с рис.3 [10]. При этом на двух выходах формирователя синхронизирующих сигналов 16 выдаются сигналы в аналоговом виде, а на двух других выходах - импульсные сигналы.The
Передатчик 18 выполняет функцию усилителя, который может быть выполнен в соответствии с рис.3.1 [12].The transmitter 18 performs the function of an amplifier, which can be performed in accordance with Fig. 3.1 [12].
Антенные переключатели 191 и 192 могут быть выполнены по схеме рис.8.45 [11].Antenna switches 19 1 and 19 2 can be made according to the scheme of Fig. 8.45 [11].
Приемопередающая 22 и приемная 23 антенны акустических сигналов могут быть выполнены по рис.5.33 [13].Transceiver 22 and receiver 23 of the antenna of acoustic signals can be performed according to Fig.5.33 [13].
Первый 201 и второй 202 приемники отраженных сигналов могут быть выполнены в соответствии с рис.1.14 [7]. На выходах приемников 201 и 202 формируются задержка сигнала, его амплитуда и фаза, которые в цифровом виде поступают на указанный вычислительный блок 17.The first 20 1 and second 20 2 receivers of the reflected signals can be made in accordance with Fig.1.14 [7]. At the outputs of the
Рассмотрим пример применения предлагаемого устройства для обнаружения подводных объектов.Consider an example of the application of the proposed device for the detection of underwater objects.
Пусть в качестве навигационных спутников используются, например, спутники систем ГЛОНАСС/GPS. Тогда одновременный прием сигналов в точках 31, 33, 34, 35 позволяет определить координаты объекта и контрольно-корректирующей станции 2. Если считать координаты контрольно-корректирующей станции 2 известными, например, с погрешностью в единицы сантиметров, то по ее сигналам путем коррекции радионавигационных параметров координаты точек 33, 34, 35 также будут определены с погрешностью несколько сантиметров, обусловленной погрешностью задания координат контрольно-корректирующей станции 2.Suppose, for example, GLONASS / GPS satellites are used as navigation satellites. Then the simultaneous reception of signals at points 3 1 , 3 3 , 3 4 , 3 5 allows you to determine the coordinates of the object and the control and
При этом аппаратурная погрешность измерений фазовых сдвигов на несущих частотах системы ГЛОНАСС в диапазоне частот 1600 МГц составит ΔφC≈0.01 ф.ц. (<4°). Погрешность определения углов αду, βдф, βкр может быть определена по приближенной формуле:In this case, the hardware error in measuring the phase shifts at the carrier frequencies of the GLONASS system in the frequency range 1600 MHz will be Δφ C ≈0.01 ps (<4 °). The error in determining the angles α du , β df , β cr can be determined by the approximate formula:
, ,
где λ - длина волны принятых сигналов, для несущей, равной ~1600 МГц, составляет 0.1875 м;where λ is the wavelength of the received signals, for a carrier of ~ 1600 MHz, is 0.1875 m;
Вс - расстояние между антеннами 33 и 34 или 33 и 35, расположенными на борту подвижного надводного объекта, например на крыше командной рубки.In with - the distance between the antennas 3 3 and 3 4 or 3 3 and 3 5 located on board the movable surface object, for example on the roof of the command cabin.
При Вс=5 м погрешность измерения дирекционного угла, крена и дифферента надводного объекта составит σгл≈1.5 угловых минут.At Bs = 5 m, the error in measuring the directional angle, roll and trim of the surface object will be σ hl ≈1.5 arc minutes.
Для обнаружения подводных объектов могут быть применены, например, зондирующие сигналы с центральной частотой 500 кГц. При этом длина волны λ на данной частоте будет равна около 3 миллиметров. Для однозначного определения фазы сигнала, отраженного от подводных объектов, необходимо применить, например, линейно-частотную модуляцию с девиацией частоты 250 кГц. Аппаратурная погрешность измерения разности фаз отраженных сигналов составит ΔφА≈0.01 ф.ц., при условии, что расстояние между приемопередающей 22 и приемной 23 антеннами акустических сигналов ВА=0.1 м, то в соответствии с формулой , погрешность определения прихода сигналов приближенно составит десятки угловых минут.To detect underwater objects, for example, sounding signals with a central frequency of 500 kHz can be used. In this case, the wavelength λ at a given frequency will be equal to about 3 millimeters. To unambiguously determine the phase of the signal reflected from underwater objects, it is necessary to apply, for example, linear-frequency modulation with a frequency deviation of 250 kHz. The hardware error of measuring the phase difference of the reflected signals will be Δφ A ≈0.01 psi, provided that the distance between the transceiver 22 and the receiver 23 of the acoustic signal antennas is B A = 0.1 m, then in accordance with the formula , the error in determining the arrival of signals is approximately tens of arc minutes.
При значениях углов αду=45, βдф=10, βкр=3, γ=45 в градусах, измеренной дальности до подводного объекта D=10 м и погрешностях определения ориентации надводного объекта σαду=σβдф=σβкр=σгл, угла прихода акустического сигнала σγ=0.5 градуса, погрешность определения наклонной дальности, в соответствии с геометрическими построениями, составит σD=0.1 м, а погрешность определения относительных координат подводного объекта σХ=0.04 м, σY=0.04 м, глубины σd=0.02 м.When the values of the angles α dy = 45, β DF = 10, β cr = 3, γ = 45 σα dy = σβ Fs = σβ cr = σ Ch degrees measured range to the underwater object D = 10 m and the error in determining the orientation of a surface of the object , the angle of arrival of the acoustic signal σγ = 0.5 degrees, the error in determining the slant range, in accordance with geometric constructions, will be σD = 0.1 m, and the error in determining the relative coordinates of the underwater object is σX = 0.04 m, σY = 0.04 m, depth σd = 0.02 m.
С учетом погрешности определения координат точки 31 контрольно-корректирующей станции 2 и буйковой станции 10 погрешность определения абсолютных координат и глубины подводного объекта составит десятки сантиметров.Given the error in determining the coordinates of point 3 1 of the control and
Таким образом, благодаря применению высокоточных методов определения ориентации подвижного надводного объекта в пространстве и методов измерения относительного местоположения подводных объектов возможно применять предлагаемое устройство для определения координат подводных объектов.Thus, through the use of high-precision methods for determining the orientation of a moving surface object in space and methods for measuring the relative location of underwater objects, it is possible to use the proposed device for determining the coordinates of underwater objects.
ЛитератураLiterature
1. Патент РФ №2241242 Эхолот. Бородин A.M. Опубл. БИ №7 2004.11.27.1. RF patent №2241242 Depth sounder. Borodin A.M. Publ. BI No. 7 2004.11.27.
2. Патент РФ №2152049 Устройство для определения координат исполнительного механизма надводного объекта. Алешечкин A.M. Кокорин В.И. / Опубл. БИ №7. 2000.06.27.2. RF patent No. 2152049 A device for determining the coordinates of the actuator of a surface object. Aleshechkin A.M. Kokorin V.I. / Publ. BI No. 7. 06/06/27.
3. Сетевые спутниковые радионавигационные системы. Под ред. B.C.Шебшаевича, Москва, Радио связь, 1993, с.288.3. Network satellite radio navigation systems. Ed. B.C. Shebshaevich, Moscow, Radio Communications, 1993, p. 288.
4. Б.Скляр. Цифровая связь. Теоретические основы и практическое применение. Изд. 2-е, испр.: Пер. с анг. - М.: Издательский дом «Вильяме», 2003 - 1104 с.: ил.4. B. Sklyar. Digital communication. Theoretical foundations and practical application. Ed. 2nd, rev .: Per. with eng. - M.: Publishing House "Williams", 2003 - 1104 pp., Ill.
5. Балашов Е.П., Пузенков Д.В. Микропроцессоры и микропроцессорные системы, М., Радио и связь, 1990, с.203.5. Balashov EP, Puzenkov D.V. Microprocessors and microprocessor systems, M., Radio and communications, 1990, p.203.
6. Брей Б. Микропроцессоры Intel: 8086/8088, 80186/80188, 80286, 80386, 80486, Pentium, Pentium Pro Processor, Pentium II, Pentium III, Pentium 4. Архитектура, программирование и интерфейсы. Шестое издание: Пер с анг. - СПб.: БХВ-Петербург, 2005. - 1328 с.: ил.6. Bray B. Intel microprocessors: 8086/8088, 80186/80188, 80286, 80386, 80486, Pentium, Pentium Pro Processor, Pentium II, Pentium III, Pentium 4. Architecture, programming and interfaces. Sixth Edition: Per. - SPb .: BHV-Petersburg, 2005 .-- 1328 p.: Ill.
7. Цифровые радиоприемные системы. Под ред. М.И.Жодзишского М., Радио и связь, 1990.7. Digital radio receiving systems. Ed. M.I. Zhodzishsky M., Radio and communications, 1990.
8. Бортовые устройства спутниковой навигации. Под ред. В.С.Шебшаевича. М., Транспорт, 1988.8. On-board satellite navigation devices. Ed. V.S.Shebshaevich. M., Transport, 1988.
9. Агафонников A.M. Фазовые радиогеодезические системы для морских исследований. М., Наука, 1979.9. Agafonnikov A.M. Phase radio-geodetic systems for marine research. M., Science, 1979.
10. Ридико Л. DDS: прямой цифровой синтез частоты. - Компоненты и технологии, 2001, №7, с.50-54.10. Ridiko L. DDS: direct digital frequency synthesis. - Components and Technologies, 2001, No. 7, pp. 50-54.
11. Точи Р., Уидмер Дж., Нил С. Цифровые системы. Теория и практика, 8е издание. М.: Издательский дом «Вильяме» 2004.11. Tochi R., Widmer J., Neil S. Digital systems. Theory and Practice, 8th Edition. M.: Publishing House "William" 2004.
12. Усилительные устройства. Г.С.Цикин. 4ое издание. М.: Связь 1971. 367 стр.12. Amplification devices. G.S. Tsikin. 4th edition. M .: Communication 1971. 367 pp.
13. Боббер Р.Дж. Гидроакустические измерения. 1974, 359 стр.13. Bobber R.J. Hydroacoustic measurements. 1974, 359 pp.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2008115655/09A RU2381518C2 (en) | 2008-04-21 | 2008-04-21 | Underwater positioner |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2008115655/09A RU2381518C2 (en) | 2008-04-21 | 2008-04-21 | Underwater positioner |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2008115655A RU2008115655A (en) | 2009-10-27 |
RU2381518C2 true RU2381518C2 (en) | 2010-02-10 |
Family
ID=41352587
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2008115655/09A RU2381518C2 (en) | 2008-04-21 | 2008-04-21 | Underwater positioner |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2381518C2 (en) |
Cited By (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2489731C1 (en) * | 2012-01-10 | 2013-08-10 | Антон Владимирович Чернявец | Disturbance parameter measuring device |
RU2495448C1 (en) * | 2012-05-25 | 2013-10-10 | Сергей Николаевич Доля | Method of detecting underwater objects |
RU2561012C1 (en) * | 2014-04-23 | 2015-08-20 | Открытое акционерное общество "Российский институт радионавигации и времени" | System for determining and monitoring location of underwater object |
RU2700278C1 (en) * | 2018-08-01 | 2019-09-16 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский государственный университет телекоммуникаций и информатики" (СибГУТИ) | Method of determining location of underwater object |
RU2709100C1 (en) * | 2018-06-19 | 2019-12-16 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Специальное конструкторское бюро средств автоматизации морских исследований Дальневосточного отделения Российской академии наук | Method of determining location of underwater object |
RU2727331C1 (en) * | 2019-12-25 | 2020-07-21 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский государственный университет телекоммуникаций и информатики" (СибГУТИ) | Method for hydroacoustic search for an autonomous underwater bottom object |
RU2762349C1 (en) * | 2021-02-08 | 2021-12-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский государственный университет телекоммуникаций и информатики" (СибГУТИ) | Method for covert hydroacoustic search for an autonomous bottom underwater object |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN111505675B (en) * | 2020-05-28 | 2024-10-08 | 山西汾西重工有限责任公司 | Low-power-consumption satellite positioning active position indicating circuit of underwater equipment and control method thereof |
-
2008
- 2008-04-21 RU RU2008115655/09A patent/RU2381518C2/en not_active IP Right Cessation
Cited By (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2489731C1 (en) * | 2012-01-10 | 2013-08-10 | Антон Владимирович Чернявец | Disturbance parameter measuring device |
RU2495448C1 (en) * | 2012-05-25 | 2013-10-10 | Сергей Николаевич Доля | Method of detecting underwater objects |
RU2561012C1 (en) * | 2014-04-23 | 2015-08-20 | Открытое акционерное общество "Российский институт радионавигации и времени" | System for determining and monitoring location of underwater object |
RU2709100C1 (en) * | 2018-06-19 | 2019-12-16 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Специальное конструкторское бюро средств автоматизации морских исследований Дальневосточного отделения Российской академии наук | Method of determining location of underwater object |
RU2700278C1 (en) * | 2018-08-01 | 2019-09-16 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский государственный университет телекоммуникаций и информатики" (СибГУТИ) | Method of determining location of underwater object |
RU2727331C1 (en) * | 2019-12-25 | 2020-07-21 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский государственный университет телекоммуникаций и информатики" (СибГУТИ) | Method for hydroacoustic search for an autonomous underwater bottom object |
RU2762349C1 (en) * | 2021-02-08 | 2021-12-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский государственный университет телекоммуникаций и информатики" (СибГУТИ) | Method for covert hydroacoustic search for an autonomous bottom underwater object |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2008115655A (en) | 2009-10-27 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU2381518C2 (en) | Underwater positioner | |
US7512036B2 (en) | Underwater acoustic positioning system and method | |
Zhang et al. | Underwater target localization using long baseline positioning system | |
CN110121662A (en) | Marine GNSS reference station device, sea GNSS positioning system and the method for generating marine positioning reference data | |
RU2365939C1 (en) | Method of underwater navigation | |
CN110133700B (en) | Shipborne integrated navigation positioning method | |
US10656267B2 (en) | Underwater acoustic tracking and two way messaging system | |
RU2008119347A (en) | METHOD AND SYSTEM OF SATELLITE POSITIONING | |
RU2659299C1 (en) | Method and system of navigation of underwater objects | |
EP0986733A4 (en) | Robust accurate gps time reference for space application | |
US20060178829A1 (en) | Global acoustic positioning system and device | |
AU2005268886B2 (en) | Method for an antenna angular calibration by relative distance measuring | |
RU2506605C2 (en) | Ranging method and device to determine coordinates of radiation source | |
US7616152B2 (en) | Relative position measurement method and relative position measurement system using satellites | |
JP5077054B2 (en) | Mobile positioning system | |
RU2515469C1 (en) | Method of aircraft navigation | |
RU2680969C1 (en) | Method of aircraft navigation | |
RU2529207C1 (en) | Navigation system for towed underwater vehicle | |
RU2555479C2 (en) | High-precision coordination of underwater complex for underwater navigation | |
JP3234889B2 (en) | Bathymetry system using GPS kinematic positioning method | |
CN113176539B (en) | Underwater sound signal noise multi-stage suppression and steady positioning system and positioning method | |
RU2536609C1 (en) | Method and device for determining coordinates of radio-frequency source | |
JP2618051B2 (en) | Navigation system for moving objects | |
RU2457629C1 (en) | Phase radio-navigation system | |
EP2177929A1 (en) | Navigation-satellite tracking method and receiving station |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20110422 |