RU2429159C1 - System for monitoring state of divers - Google Patents

System for monitoring state of divers Download PDF

Info

Publication number
RU2429159C1
RU2429159C1 RU2010112064/11A RU2010112064A RU2429159C1 RU 2429159 C1 RU2429159 C1 RU 2429159C1 RU 2010112064/11 A RU2010112064/11 A RU 2010112064/11A RU 2010112064 A RU2010112064 A RU 2010112064A RU 2429159 C1 RU2429159 C1 RU 2429159C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
swimmer
ground station
underwater
parameters
buoys
Prior art date
Application number
RU2010112064/11A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Дмитрий Николаевич Клыпин (RU)
Дмитрий Николаевич Клыпин
Владимир Владимирович Кузнецов (RU)
Владимир Владимирович Кузнецов
Сергей Константинович Поддубный (RU)
Сергей Константинович Поддубный
Андрей Кириллович Чернышев (RU)
Андрей Кириллович Чернышев
Original Assignee
Государственное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования "Омский Государственный Технический Университет"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Государственное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования "Омский Государственный Технический Университет" filed Critical Государственное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования "Омский Государственный Технический Университет"
Priority to RU2010112064/11A priority Critical patent/RU2429159C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2429159C1 publication Critical patent/RU2429159C1/en

Links

Images

Abstract

FIELD: information technology.
SUBSTANCE: system includes ground station with a computer, light and sound alarms. At least one monitored diver is provided with a hydrophone and an alarm button. There are at least three buoys on the surface of the sea. The buoys are fitted with a GPS receiver, a hydrophone, a microcontroller and a wireless modem. The ground station is also fitted with a wireless modem and a GPS receiver. The diver is additionally provided with a highly stable watch which is pre-synchronised with a GPS watch, physical and physiological parameter sensors and a microcontroller for processing signals from the sensors and automatic generation of an alarm signal.
EFFECT: owing to continuous monitoring of physical and physiological parameters of divers with automatic generation of an alarm signal upon deviation of said parameters from a given range, determination of the exact geographical coordinates of divers, the reliability and functionality of the system increases, thus ensuring safety of a person under water.
3 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к области водолазного оборудования и может быть применено для контроля состояния группы мобильных подводных пловцов с целью обеспечения безопасности жизнедеятельности в ходе подводных работ, спортивного плавания, лечебной физкультуры и т.д.The invention relates to the field of diving equipment and can be used to monitor the status of a group of mobile underwater swimmers in order to ensure life safety during underwater operations, sports swimming, physiotherapy exercises, etc.

Известны физические и физиологические параметры безопасности человека при движении под водой, подлежащие постоянному контролю. К физическим параметрам относят координаты пловца, глубину погружения, температуру, плотность и скорость течения воды, время нахождения в воде, к физиологическим - состояние сердечно-сосудистой системы, уровень азота в крови и т.д.The physical and physiological parameters of human safety are known when moving under water, subject to constant monitoring. Physical parameters include swimmer’s coordinates, diving depth, temperature, density and speed of water flow, time spent in water, physiological parameters include the state of the cardiovascular system, nitrogen level in the blood, etc.

В патенте US 7,257,51782, МПК G06F 17/40, от 14.08.2007, «Detection apparatus, detection system, portable device, and machine readable medium» система, размещаемая на пловце, производит измерение пройденного пути, скорости движения, времени нахождения в воде, температуры, плотности и скорости течения воды, на основе этих данных вычисляет количество потраченных человеком калорий и отображает на наручном дисплее пловца. Подобные системы используются только для спортивных или восстановительных тренировок и имеют низкую функциональность с точки зрения обеспечения безопасности человека.In patent US 7,257,51782, IPC G06F 17/40, dated 14.08.2007, “Detection apparatus, detection system, portable device, and machine readable medium”, a system located on a swimmer measures the distance traveled, speed, time spent in water, temperature, density and speed of the flow of water, on the basis of these data calculates the number of calories spent by a person and displays on the wrist display of a swimmer. Such systems are used only for sports or rehabilitation training and have low functionality in terms of ensuring human safety.

В патенте US 7,144,198 B2, МПК B63C 11/02, от 05.12.2006, «Diver information processing apparatus and method of controlling same» система, помимо измерения глубины погружения и температуры воды, содержит датчик азота в выдыхаемом человеком воздухе, что позволяет вовремя сигнализировать пловцу об опасности декомпрессии и замедлить подъем на поверхность воды.In patent US 7,144,198 B2, IPC B63C 11/02, dated 05.12.2006, “Diver information processing apparatus and method of controlling the same” system, in addition to measuring the depth of immersion and temperature of the water, contains a nitrogen sensor in the air exhaled by a person, which allows to signal in time swimmer about the danger of decompression and slow down the rise to the surface of the water.

Известны различные системы определения координат подводных пловцов [1, 2]. Например, в патенте US 7,512,036 B2, МПК G01S 3/80, от 31.03.2009, «Underwater acoustic positioning system and method» координаты пловца определяются с помощью известной акустической системы навигации с длинной базой [1, с.49], основанной на использовании трех GPS-буев, расположение которых ограничивает район подводных работ.There are various systems for determining the coordinates of underwater swimmers [1, 2]. For example, in US patent 7,512,036 B2, IPC G01S 3/80, dated March 31, 2009, “Underwater acoustic positioning system and method”, the swimmer’s coordinates are determined using the well-known acoustic navigation system with a long base [1, p. 49], based on the use of three GPS buoys, the location of which limits the area of underwater operations.

Недостатком всех рассмотренных ранее систем является то, что вся информация о состоянии подводного пловца отображается только на дисплее самого пловца, без передачи на наземную станцию контроля, что в случае опасности не позволяет принять мер по спасению человека.The disadvantage of all the systems discussed earlier is that all information about the status of the underwater swimmer is displayed only on the display of the swimmer himself, without being transmitted to the ground control station, which in case of danger does not allow taking measures to save the person.

Кроме того, ни одна из известных систем не обладает функциональностью, необходимой для полного контроля состояния подводного пловца.In addition, none of the known systems has the functionality necessary for full control of the status of an underwater swimmer.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является изобретение «Метод и устройство для определения координат подводного пловца (пловцов) с наземной станции и оповещения наземной станции об опасности подводного пловца» (Method and apparatus for locating diver(s) from a surface station and alerting the surface station of a diver emergency), патент US 6,108,272 B2, МПК H04B 11/00, опубликован 22.08.2000.Closest to the proposed invention is the invention "Method and apparatus for locating diver (s) from a surface station and alerting the surface station of a diver emergency), patent US 6,108,272 B2, IPC H04B 11/00, published August 22, 2000.

В данном изобретении устройство, размещаемое на пловце, совместно с наземной станцией образуют гидроакустическую систему со сверхкороткой базой для определения пеленга, глубины и дальности погружения пловца, основанную на измерении прямого и обратного времени прохождения акустического сигнала от пловца к станции. Данная информация отображается на дисплее пловца в цифровом виде и на наземной станции в виде карты дна с расположением пловцов. На Фиг.1 показано изображение на экране ЭВМ наземной станции. Текущие параметры пловцов 1 и 2 - тревога, дальность, пеленг, глубина, могут быть показаны в окне 3 и могут быть выбраны для конкретного пловца переключателем 4. Определение навигационных параметров различных пловцов осуществляется на различных гидроакустических частотах. На устройстве пловца есть кнопка тревоги, при нажатии на которую вырабатывается гидроакустический сигнал на частоте, различной для каждого пловца. Этот сигнал принимается наземной станцией и вызывает срабатывание светового и звукового тревожного оповещения.In this invention, a device placed on a swimmer, together with a ground station, form an ultrasonic system with an ultrashort base for determining the bearing, depth and range of a swimmer’s immersion, based on measuring the direct and reverse travel time of the acoustic signal from the swimmer to the station. This information is displayed on the swimmer's display in digital form and at the ground station in the form of a bottom map with the location of the swimmers. Figure 1 shows the image on the computer screen of the ground station. The current parameters of swimmers 1 and 2 - alarm, range, bearing, depth, can be shown in window 3 and can be selected for a particular swimmer with switch 4. The navigation parameters of various swimmers are determined at different sonar frequencies. There is an alarm button on the swimmer’s device, when clicked, a sonar signal is generated at a frequency different for each swimmer. This signal is received by the ground station and triggers a light and sound alarm.

Достоинствами данного изобретения являются:The advantages of this invention are:

1) возможность контроля параметров нескольких пловцов;1) the ability to control the parameters of several swimmers;

2) отображение координат пловца на наземной станции, что позволяет в случае тревоги осуществить быстрое нахождение и спасение человека.2) display of the swimmer's coordinates at the ground station, which allows in the event of an alarm to quickly find and save a person.

Недостатками данного изобретения являются:The disadvantages of this invention are:

1) ручная подача сигнала тревоги не позволяет спасти человека при потере сознания, травмах и т.д.;1) manual alarm does not save a person in case of loss of consciousness, injuries, etc .;

2) недостаточная функциональность системы - нет контроля состояния физиологических параметров;2) insufficient functionality of the system - there is no monitoring of the state of physiological parameters;

3) использование множества гидроакустических частот значительно усложняет систему;3) the use of many sonar frequencies significantly complicates the system;

4) невысокая точность определения координат пловца из-за использования навигационной системы со сверхкороткой базой.4) low accuracy of determining the coordinates of a swimmer due to the use of a navigation system with an ultra-short base.

Технической задачей предложенного изобретения является увеличение надежности и функциональности системы контроля состояния подводных пловцов для обеспечения безопасности нахождения человека под водой путем непрерывного контроля физических и физиологических параметров пловцов с автоматическим формированием сигнала тревоги при выходе этих параметров за заданные пределы и определения точных географических координат пловца с помощью одночастотной навигационной системы с длинной базой и синхронизацией по спутниковой глобальной системе позиционирования (Global Positioning System, GPS).The technical task of the proposed invention is to increase the reliability and functionality of the monitoring system of the status of underwater swimmers to ensure the safety of a person under water by continuously monitoring the physical and physiological parameters of swimmers with the automatic generation of an alarm when these parameters go beyond the specified limits and determining the exact geographical coordinates of the swimmer using a single-frequency long-range navigation system with global satellite synchronization positioning system (Global Positioning System, GPS).

Известно, что наилучшую точность определения координат подводных объектов обеспечивают гидроакустические системы с длинной измерительной базой [1]. В современных системах измерительную базу образуют три буя с GPS-приемниками, образующие треугольник со стороной 1…5 км. Для определения координат и обеспечения синхронности передач нескольких подводных пловцов в предлагаемом изобретении персональный прибор каждого пловца оснащается высокостабильными часами, предварительно синхронизированными по часам GPS. Гидроакустический излучатель (гидрофон) определенного подводного пловца излучает сигнал только в свой предустановленный момент времени в зависимости от номера, присвоенного пловцу, - гидрофон пловца i излучает свой сигнал в момент времени i·T, гидрофон пловца i+1 - в момент времени (i+1)·T, и т.д. Время T в предлагаемом изобретении складывается из времени передачи и доставки сигнала от одного пловца и интервала такой же длительности для передачи и доставки тревожных сообщений от любого пловца или команды от наземной станции.It is known that the best accuracy in determining the coordinates of underwater objects is provided by hydroacoustic systems with a long measuring base [1]. In modern systems, the measuring base is formed by three buoys with GPS-receivers, forming a triangle with a side of 1 ... 5 km. To determine the coordinates and ensure synchronization of gears of several underwater swimmers in the present invention, the personal instrument of each swimmer is equipped with highly stable watches, previously synchronized by GPS. The hydro-acoustic emitter (hydrophone) of a certain underwater swimmer radiates a signal only at its predetermined point in time, depending on the number assigned to the swimmer — swimmer hydrophone i radiates its signal at time i · T, swimmer’s hydrophone i + 1 - at time (i + 1) · T, etc. Time T in the present invention is the sum of the time of transmission and delivery of a signal from one swimmer and an interval of the same duration for the transmission and delivery of alarm messages from any swimmer or team from a ground station.

Время передачи и доставки сигнала от одного пловца t складывается из времени передачи tn и времени распространения сигнала по наибольшей длине измерительной базы (между наиболее удаленными буями) tl:The signal transmission and delivery time from one swimmer t is the sum of the transmission time t n and the signal propagation time along the longest measuring base (between the most distant buoys) t l :

t=>tn+tl.t => t n + t l .

Время T равно удвоенному времени t, следовательно, сигналы от n пловцов будут переданы за времяTime T is equal to twice the time t, therefore, signals from n swimmers will be transmitted in time

T=n·2·t.T = n · 2 · t.

Во время передачи могут передаваться данные о любых физических и физиологических параметрах пловца, заранее выбранных или изменяемых по команде наземной станции. Для обмена данными между пловцом и базой существуют известные гидроакустические методы передачи данных со скоростями 4800 бит/с и выше [3], достаточными для передачи любых параметров в реальном времени. Например, известно, что при регистрации электрокардиограммы (одного отведения) в режиме «мониторинг» скорость цифрового потока данных составляет не более 1200 бит/с [4].During the transmission, data on any physical and physiological parameters of the swimmer, pre-selected or changed by the command of the ground station, can be transmitted. To exchange data between the swimmer and the base, there are well-known hydroacoustic methods for transmitting data at speeds of 4800 bps and higher [3], sufficient to transmit any parameters in real time. For example, it is known that when registering an electrocardiogram (single lead) in the “monitoring” mode, the speed of the digital data stream is not more than 1200 bit / s [4].

Например, от пловца со скоростью 4800 бит/с передается информационная посылка, которая содержит данные о глубине погружения (0…40 м), температуре воды (0…30°C), частоте сердечных сокращений (20…200 ударов/мин), уровне азота в выдыхаемом пловцом воздухе (0…100%). С учетом дополнительных данных для синхронизации и восстановления информации на приемной стороне объем такой посылки не превысит 10 байт, а длительность посылки, т.е. время передачи от пловца, составитFor example, an information package is transmitted from a swimmer at a speed of 4800 bps, which contains data on the depth of immersion (0 ... 40 m), water temperature (0 ... 30 ° C), heart rate (20 ... 200 beats / min), level nitrogen in the air exhaled by the swimmer (0 ... 100%). Taking into account additional data for synchronization and restoration of information on the receiving side, the volume of such a package will not exceed 10 bytes, and the duration of the package, i.e. transfer time from the swimmer will be

tn=10·8·(1/4800)=0,017 с.t n = 10 · 8 · (1/4800) = 0.017 s.

Время распространения сигнала между буями при средней скорости звука в воде 1500 м/с и максимальном расстоянии между буями 1000 м составитThe propagation time of a signal between buoys at an average sound speed in water of 1500 m / s and a maximum distance between buoys of 1000 m will be

tl=1000/1500=0,667 с.t l = 1000/1500 = 0.667 s.

Следовательно, интервал T между передачами пингеров пловцов должен быть не менееTherefore, the interval T between the transfers of the pingers of the swimmers must be at least

Т=2·t=>2·(0,017+0,667)≈1,4 с.T = 2 · t => 2 · (0.017 + 0.667) ≈ 1.4 s.

Все буи должны за время t передать параметры пловца и свои координаты на наземную станцию. Время обработки данных и вывода на дисплей ЭВМ наземной станции должно также быть менее времени t. При выполнении этих условий осуществляется мониторинг параметров пловцов со скоростью 10 пловцов / 14 секунд (т.е. обновление координат и состояния группы из 10 подводных пловцов полностью завершается за 14 с).All buoys must transmit the swimmer's parameters and their coordinates to the ground station in time t. The time of data processing and display on the computer display of the ground station should also be less than time t. Under these conditions, the parameters of the swimmers are monitored at a speed of 10 swimmers / 14 seconds (i.e., the update of the coordinates and state of a group of 10 underwater swimmers is completed in 14 seconds).

В предлагаемом изобретении пауза между информационными посылками той же длительностью t используется для передачи тревожных сообщений от любого пловца на наземную станцию или для передачи команды от наземной станции к конкретному пловцу. Передача тревоги производится в ближайшей паузе, причем тревожная посылка содержит номер аварийного пловца. Команда от наземной станции производится также в ближайшей паузе между информационными посылками.In the present invention, a pause between information packets of the same duration t is used to send alarm messages from any swimmer to a ground station or to send a command from a ground station to a specific swimmer. Alarm transmission is made in the nearest pause, and the alarm package contains the number of the emergency swimmer. The command from the ground station is also made in the nearest pause between information packets.

Для предотвращения наложений гидроакустических сигналов в предлагаемом изобретении все передачи от пловца производятся только в предустановленные моменты времени, по временным меткам высокостабильных часов устройства подводного пловца, предварительно синхронизированных по часам GPS, а все передачи от буев и наземной станции синхронизированы по часам их GPS-приемников.To prevent overlays of hydroacoustic signals in the present invention, all transmissions from a swimmer are made only at predetermined time points, according to the timestamps of highly stable watches of an underwater swimmer’s device, previously synchronized by the GPS clock, and all transmissions from buoys and ground station are synchronized by the clock of their GPS receivers.

В предлагаемом изобретении формирование тревожного извещения от пловца может производиться двумя способами - ручным способом, при нажатии пловцом тревожной кнопки, и автоматическим способом. Автоматическое генерирование тревожного события производится при выходе любого физического или физиологического параметра за заранее заданные пределы, которые могут быть уникальны для каждого пловца. Например, это может быть погружение ниже заданной глубины, выход частоты сердечных сокращений за пределы нормы, превышение доли азота в выдыхаемом воздухе и т.д.In the present invention, the formation of an alarm notification from a swimmer can be done in two ways - manually, when the swimmer presses the alarm button, and automatically. Automatic generation of an alarm event is performed when any physical or physiological parameter goes beyond predetermined limits that may be unique to each swimmer. For example, it can be immersion below a predetermined depth, the output of the heart rate outside the norm, an excess of the proportion of nitrogen in the exhaled air, etc.

Возникновение тревожного события, кроме передачи тревоги, сопровождается оповещением самого пловца (например, виброзвонком).The occurrence of an alarm event, in addition to transmitting an alarm, is accompanied by a notification to the swimmer himself (for example, a vibrating alert).

Таким образом, техническим результатом является увеличение надежности и функциональности системы контроля состояния подводных пловцов для обеспечения безопасности нахождения человека под водой путем непрерывного контроля физических и физиологических параметров пловцов с автоматическим формированием сигнала тревоги при выходе этих параметров за заданные пределы и определения точных географических координат пловца с помощью одночастотной навигационной системы с длинной базой и GPS-синхронизацией.Thus, the technical result is to increase the reliability and functionality of the monitoring system of the status of underwater swimmers to ensure the safety of a person under water by continuously monitoring the physical and physiological parameters of swimmers with the automatic generation of an alarm when these parameters go beyond the specified limits and determining the exact geographical coordinates of the swimmer using single-frequency navigation system with a long base and GPS synchronization.

Заявленный технический результат обеспечивается за счет системы контроля состояния подводных пловцов. Задача решается следующим образом. Система контроля состояния подводных пловцов, состоящая из наземной станции, содержащей ЭВМ с программой вычисления координат и отображения состояния пловцов на экране, световой и звуковой тревожные оповещатели, как минимум одного подводного пловца, снабженного гидрофоном и кнопкой передачи тревожного извещения, согласно заявляемому техническому решению отличается тем, что дополнительно содержит буи в количестве не менее трех, расположенные на поверхности моря, причем буи снабжены GPS-приемником, гидрофоном, микроконтроллером и радиомодемом, наземная станция дополнительно содержит радиомодем и GPS-приемник, подводный пловец дополнительно снабжен высокостабильными часами, предварительно синхронизированными по часам GPS, датчиками физических и физиологических параметров и микроконтроллером для обработки сигналов датчиков и автоматического формирования тревожного извещения.The claimed technical result is ensured by a system for monitoring the status of underwater swimmers. The problem is solved as follows. A system for monitoring the status of underwater swimmers, consisting of a ground station containing a computer with a program for calculating coordinates and displaying the status of swimmers on the screen, light and sound alarms, at least one underwater swimmer, equipped with a hydrophone and a button for transmitting an alarm notification, according to the claimed technical solution, differs in that additionally contains buoys in an amount of at least three, located on the surface of the sea, and the buoys are equipped with a GPS receiver, hydrophone, microcontroller and radio Modem, the ground station further comprises a radio and GPS-receiver, the diver is further provided with a highly stable clock, previously synchronized by GPS clock, physical sensors and physiological parameters, and a microcontroller for processing the sensor signals and automatic alarm signal.

В качестве контролируемых физических параметров могут выступать: координаты пловца, глубина погружения, температура и скорость течения воды и т.д.The following physical parameters can be controlled: swimmer's coordinates, immersion depth, temperature and speed of the water flow, etc.

В качестве контролируемых физиологических параметров могут выступать: состояние сердечно-сосудистой системы пловца, уровень азота в крови и т.д.Controlled physiological parameters may include: the swimmer’s cardiovascular system, the level of nitrogen in the blood, etc.

Сущность изобретения отображена на чертежах, иллюстрирующих систему контроля состояния подводных пловцов.The invention is shown in the drawings, illustrating a system for monitoring the status of underwater swimmers.

На Фиг.2 изображена общая схема системы определения координат в аксонометрии.Figure 2 shows a General diagram of a system for determining coordinates in a perspective view.

На Фиг.3 изображена структурная схема узлов системы контроля состояния подводных пловцов.Figure 3 shows the structural diagram of the nodes of the system for monitoring the status of underwater swimmers.

Сущность определения координат поясняется на Фиг.2, где 1 - подводный пловец, 5 - наземная станция, 6 - буи на морской поверхности, 7 - гидрофон пловца, R1, R2, R3 - горизонтальные расстояния между буями на поверхности моря, формирующие измерительную базу гидроакустической навигационной системы, L1, L2, L3 - наклонные дальности от подводного пловца 1 до гидрофона 8 каждого из буев, L1*, L2*, L3* - проекции наклонных дальностей на поверхность моря, А - точка проекции подводного пловца на поверхность, 9 - спутниковая группировка системы GPS.The essence of determining the coordinates is illustrated in Figure 2, where 1 is an underwater swimmer, 5 is a ground station, 6 is a buoy on the sea surface, 7 is a swimmer's hydrophone, R1, R2, R3 are the horizontal distances between the buoys on the sea surface, forming the sonar measuring base navigation system, L1, L2, L3 - slant ranges from the underwater swimmer 1 to hydrophone 8 of each of the buoys, L1 *, L2 *, L3 * - projections of slant ranges on the sea surface, A - the projection point of the underwater swimmer on the surface, 9 - satellite GPS grouping.

Гидрофон 7 подводного пловца 1 по временной метке часов, синхронизированных с GPS-часами буев 6, в предустановленный для каждого пловца момент времени излучает сигнал, содержащий информационную посылку с параметрами пловца. Этот сигнал, принимаемый гидрофоном 8 каждого буя 6, запаздывает относительно временной метки GPS-часов буев на величину, пропорциональную наклонным дальностям от подводного объекта до каждого буя. Измеренное с помощью микроконтроллера буя время запаздывания, пропорциональное наклонным дальностям, совместно с собственными координатами, полученными с GPS-приемника, и глубиной погружения пловца каждый буй передает на наземную станцию 5 по радиоканалу. Наземная станция 5 принимает данные по радиоканалу и вводит эту информацию в ЭВМ, где по известному алгоритму вычисляются координаты каждого подводного пловца и выводятся на дисплей в виде точек на карте моря и в виде цифровых данных.The hydrophone 7 of the underwater swimmer 1, according to the time stamp of the clock synchronized with the buoys GPS 6 clock, emits a signal containing an information package with the swimmer’s parameters at a time point pre-set for each swimmer. This signal received by the hydrophone 8 of each buoy 6 is delayed relative to the time stamp of the GPS-hours of the buoys by a value proportional to the inclined ranges from the underwater object to each buoy. The delay time, measured with the help of the buoy microcontroller, is proportional to the inclined ranges, together with the own coordinates obtained from the GPS receiver and the swimmer’s immersion depth, each buoy transmits to the ground station 5 via radio channel. The ground station 5 receives data via a radio channel and enters this information into a computer, where according to a well-known algorithm the coordinates of each underwater swimmer are calculated and displayed on the screen in the form of points on a sea map and in the form of digital data.

Состав системы приведен на Фиг.3.The composition of the system is shown in Fig.3.

Система состоит из наземной станции 5, как минимум трех буев 6 и как минимум одного подводного пловца 1.The system consists of a ground station 5, at least three buoys 6 and at least one underwater swimmer 1.

Наземная станция содержит радиомодем 10, ЭВМ 11 с программой обработки данных и вывода на дисплей и GPS-приемник 12.The ground station contains a radio modem 10, a computer 11 with a data processing program and output to the display and GPS receiver 12.

Каждый буй 6 содержит радиомодем 13, микроконтроллер 14, GPS-приемник 15 и гидрофон 8.Each buoy 6 contains a radio modem 13, a microcontroller 14, a GPS receiver 15 and a hydrophone 8.

Каждый подводный пловец 1 содержит высокостабильные часы 16, микроконтроллер 17, гидрофон 7, датчики физических параметров 18, датчики физиологических параметров 19, тревожный оповещатель 20.Each underwater swimmer 1 contains a highly stable watch 16, a microcontroller 17, a hydrophone 7, sensors of physical parameters 18, sensors of physiological parameters 19, and an alarm siren 20.

Радиомодем 10 наземной станции 5 служит для обмена данными по радиоканалу с радиомодемами 13 буев 6. GPS-приемник 12 наземной станции 1 служит для синхронизации часов наземной станции 5 с целью организации синхронной работы обмена данными системы в целом.The radio modem 10 of the ground station 5 serves to exchange data over the radio channel with the radio modems 13 of the buoys 6. The GPS receiver 12 of the ground station 1 serves to synchronize the clocks of the ground station 5 in order to organize synchronous operation of the data exchange of the system as a whole.

GPS-приемник 15 буя 6 служит для синхронизации обмена данными в системе и для определения текущих географических координат буя 6. Гидрофон 8 буя 6 служит для обмена данными по гидроакустическому каналу с гидрофоном 7 пловца 1. Микроконтроллер 14 буя 6 служит для измерения времени запаздывания сигнала от пловца 1, для передачи этого времени и собственных координат буя на наземную станцию 5 посредством радиомодема 13, для передачи команд от наземной станции 5 к пловцу 1.The GPS receiver 15 of buoy 6 serves to synchronize data exchange in the system and to determine the current geographic coordinates of buoy 6. Hydrophone 8 of buoy 6 serves to exchange data via a hydroacoustic channel with hydrophone 7 of swimmer 1. The microcontroller 14 of buoy 6 serves to measure the delay time of the signal from swimmer 1, to transmit this time and the buoy's own coordinates to the ground station 5 by means of a radio modem 13, to transmit commands from the ground station 5 to swimmer 1.

Высокостабильные часы 16 пловца 1 предварительно синхронизированы по GPS-часам наземной станции 5 и буев 6 и служат для синхронизации обмена данными по гидроакустическому каналу. Микроконтроллер 17 пловца 1 служит для обработки сигналов датчиков физических параметров 18 и датчиков физиологических параметров 19, передачи этих параметров на буи 6 в предустановленный момент времени посредством гидрофона 7, анализа этих параметров и формирования сигнала тревожного оповещения в случае выхода какого-либо параметра за заданные пределы путем включения тревожного оповещателя 20 и передачи тревожного извещения в предустановленные моменты времени гидрофоном 7.The highly stable clock 16 of swimmer 1 is pre-synchronized with the GPS clock of the ground station 5 and buoys 6 and serves to synchronize the exchange of data via the sonar channel. The microcontroller 17 of swimmer 1 serves to process the signals of sensors of physical parameters 18 and sensors of physiological parameters 19, transferring these parameters to buoys 6 at a predefined point in time by means of hydrophone 7, analyzing these parameters and generating an alarm signal in case any parameter exceeds the specified limits by turning on the alarm siren 20 and transmitting the alarm notification at predetermined times by the hydrophone 7.

Система работает следующим образом.The system operates as follows.

Буи 6 устанавливаются на поверхности моря, образуя измерительную базу. Подводные пловцы 1 в процессе подводного движения должны находиться в пределах измерительной базы.Buoys 6 are mounted on the surface of the sea, forming a measuring base. Underwater swimmers 1 in the process of underwater movement should be within the measuring base.

Расчет координат производится на основе длинной измерительной базы, используя известный пространственный принцип вычисления расстояний, определенных гидроакустическим методом с измерением времени запаздывания гидроакустического сигнала, принимаемого гидрофоном 8 буев 6, относительно излучаемой гидрофоном 7 подводных пловцов 1 информационной посылки. При этом периодическое излучение гидрофона 7 производится в предустановленный момент времени, синхронный с ходом часов 16 и различный для каждого подводного пловца. Сигнал от определенного пловца принимается гидрофоном 8 буев 6, и с помощью микроконтроллера 14 измеряется время запаздывания этого сигнала до каждого буя. Далее каждый буй передает это время по радиоканалу на наземную станцию 5 с помощью радиомодема 13. Радиомодем 10 наземной станции 5 принимает эти данные, и по полученным от всех буев данных ЭВМ 11 вычисляет координаты определенного пловца и выводит их на дисплей в виде точек на карте моря и в виде цифровых данных. Одновременно на дисплей могут выводиться и другие желаемые параметры определенного пловца.Coordinates are calculated on the basis of a long measuring base, using the well-known spatial principle of calculating distances determined by the hydroacoustic method with measuring the delay time of the hydroacoustic signal received by hydrophone 8 of buoys 6, relative to that emitted by hydrophone 7 of underwater swimmers 1 of the information package. In this case, the periodic radiation of the hydrophone 7 is made at a predetermined point in time, synchronous with the clock 16 and different for each underwater swimmer. The signal from a particular swimmer is received by the hydrophone 8 of buoys 6, and using the microcontroller 14, the delay time of this signal to each buoy is measured. Further, each buoy transmits this time by radio to the ground station 5 using the radio modem 13. The radio modem 10 of the ground station 5 receives this data, and from the data from all the buoys, the computer 11 calculates the coordinates of a specific swimmer and displays them in the form of points on a sea map and in the form of digital data. At the same time, other desired parameters of a particular swimmer may be displayed.

Информационная посылка пловца, излучаемая в порядке очереди, содержит данные о физических и физиологических параметрах пловца, снимаемых с датчиков физических параметров 18 и датчиков физиологических параметров 19 микроконтроллером 16.The swimmer's information package, emitted in the order of priority, contains data on the physical and physiological parameters of the swimmer, taken from the sensors of physical parameters 18 and the sensors of physiological parameters 19 by the microcontroller 16.

Микроконтроллер 16 также сравнивает все снимаемые параметры с датчиков с предустановленными допустимыми пределами и в случае выхода какого-либо параметра за эти пределы формирует тревожное извещение и включает тревожный оповещатель 20 пловца 1. Тревожное извещение передается гидрофоном 7 в ближайшей паузе между информационными посылками один раз в цикл передач всех пловцов до тех пор, пока в любой из последующих пауз им не будет получена команда подтверждения от наземной станции.The microcontroller 16 also compares all the parameters taken from the sensors with predefined acceptable limits and, in the event of any parameter exceeding these limits, generates an alarm notification and activates the swimmer 1 alarm annunciator 1. The alarm notification is transmitted by hydrophone 7 in the nearest pause between information packets once per cycle transfers of all swimmers until at any of the following pauses he receives a confirmation command from the ground station.

Любая команда, передаваемая от наземной станции конкретному пловцу, ретранслируется из радиоканала в гидроакустический канал ближайшим к пловцу буем в ближайшей паузе между информационными посылками синхронно с временной меткой часов GPS. Таким образом, достигается синхронность в работе всей системы и устраняются возможные наложения гидроакустических сигналов, приводящие к потере информации.Any command transmitted from a ground station to a specific swimmer is relayed from the radio channel to the sonar channel by the buoy closest to the swimmer in the nearest pause between information packets synchronously with the GPS time stamp. Thus, synchronization in the operation of the entire system is achieved and possible overlays of hydroacoustic signals are eliminated, leading to loss of information.

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

Предложенное техническое решение обеспечивает повышенную точность и надежность контроля состояния параметров группы мобильных подводных пловцов.The proposed technical solution provides increased accuracy and reliability of monitoring the state of the parameters of the group of mobile underwater swimmers.

Дополнительно достигается упрощение и уменьшение веса аппаратуры подводного пловца за счет использования только одной частоты в гидроакустическом диапазоне.In addition, simplification and weight reduction of the equipment of the underwater swimmer is achieved due to the use of only one frequency in the sonar range.

Источники информацииInformation sources

1. Милн П.Х. Гидроакустические системы позиционирования. Перевод с англ. В.К.Комлева. - Л.: Судостроение, 1989. - С.232.1. Milne P.H. Hydroacoustic positioning systems. Translation from English V.K.Komleva. - L .: Shipbuilding, 1989. - P.232.

2. Подводная навигационная панель «Кобра». www.RusArmy.com. - Боевые пловцы - их снаряжение и технические средства борьбы с ними.2. Underwater navigation panel "Cobra". www.RusArmy.com. - Fighting swimmers - their equipment and technical means of dealing with them.

3. Method and apparatus for carrying out high data rate and voice underwater communication. US Patent 6,130,859, Int. Cl. H04B 11/00, Oct. 10, 2000.3. Method and apparatus for carrying out high data rate and voice underwater communication. US Patent 6,130,859, Int. Cl. H04B 11/00, Oct. 10, 2000.

4. Кардиомониторы. Аппаратура непрерывного контроля ЭКГ: Учеб. пособие для вузов/ А.Л.Барановский, А.Н.Калиниченко, Л.А.Манило и др. Под ред. А.Л.Барановского и А.П.Немирко. - М.: Радио и связь, 1993. - С.248.4. Cardiomonitors. Equipment for continuous monitoring of the ECG: Textbook. manual for universities / A.L. Baranovsky, A.N. Kalinichenko, L.A. Manilo and others. Ed. A.L. Baranovsky and A.P. Nemirko. - M .: Radio and communications, 1993. - P.248.

Claims (3)

1. Система контроля состояния подводных пловцов, состоящая из наземной станции, содержащей ЭВМ с программой вычисления координат и отображения состояния пловцов на экране, световой и звуковой тревожные оповещатели, а также гидрофона и кнопки передачи тревожного извещения, установленных на подлежащем контролю, как минимум, одном подводном пловце, отличающаяся тем, что система дополнительно содержит буи в количестве не менее трех, расположенные на поверхности моря, причем буи снабжены GPS-приемником, гидрофоном, микроконтроллером и радиомодемом, наземная станция дополнительно содержит радиомодем и GPS-приемник, подводный пловец дополнительно снабжен высокостабильными часами, предварительно синхронизированными по часам GPS, датчиками физических и физиологических параметров и микроконтроллером для обработки сигналов датчиков и автоматического формирования тревожного извещения.1. A system for monitoring the status of underwater swimmers, consisting of a ground station containing a computer with a program for calculating the coordinates and displaying the status of swimmers on the screen, light and sound alarm sirens, as well as a hydrophone and alarm transmission buttons, installed on at least one underwater swimmer, characterized in that the system additionally contains buoys in an amount of at least three, located on the surface of the sea, and the buoys are equipped with a GPS receiver, hydrophone, microcontroller and radio demo, the ground station additionally contains a radio modem and a GPS receiver, the underwater swimmer is additionally equipped with highly stable clocks previously synchronized by the GPS clock, sensors of physical and physiological parameters and a microcontroller for processing sensor signals and automatically generating an alarm notification. 2. Система по п.1, отличающаяся тем, что в качестве контролируемых физических параметров выступают координаты пловца, глубина погружения, температура и скорость течения воды.2. The system according to claim 1, characterized in that the coordinates of the swimmer, the depth of immersion, the temperature and the speed of the flow of water act as controlled physical parameters. 3. Система по п.1, отличающаяся тем, что в качестве контролируемых физиологических параметров выступают параметры состояния сердечнососудистой системы пловца и уровень азота в крови. 3. The system according to claim 1, characterized in that the parameters of the swimmer’s cardiovascular system and the level of nitrogen in the blood act as controlled physiological parameters.
RU2010112064/11A 2010-03-29 2010-03-29 System for monitoring state of divers RU2429159C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2010112064/11A RU2429159C1 (en) 2010-03-29 2010-03-29 System for monitoring state of divers

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2010112064/11A RU2429159C1 (en) 2010-03-29 2010-03-29 System for monitoring state of divers

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2429159C1 true RU2429159C1 (en) 2011-09-20

Family

ID=44758670

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2010112064/11A RU2429159C1 (en) 2010-03-29 2010-03-29 System for monitoring state of divers

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2429159C1 (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2675286C1 (en) * 2015-04-14 2018-12-18 Марес С.П.А. Method for assessing degree of hazards of scuba diving and use of this method in underwater computer
RU2796646C1 (en) * 2022-07-26 2023-05-29 Общество с ограниченной ответственностью "Видеофор" (ООО "Видеофор") Integrated safety in water bodies
WO2024025442A3 (en) * 2022-07-26 2024-03-21 Общество с ограниченной ответственностью "Видеофор" (ООО "Видеофор") Integrated security system for bodies of water

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2675286C1 (en) * 2015-04-14 2018-12-18 Марес С.П.А. Method for assessing degree of hazards of scuba diving and use of this method in underwater computer
RU2796646C1 (en) * 2022-07-26 2023-05-29 Общество с ограниченной ответственностью "Видеофор" (ООО "Видеофор") Integrated safety in water bodies
WO2024025442A3 (en) * 2022-07-26 2024-03-21 Общество с ограниченной ответственностью "Видеофор" (ООО "Видеофор") Integrated security system for bodies of water

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US6414629B1 (en) Tracking device
US7187622B2 (en) Apparatus and methods for determining range and bearing using time-stamped messaging
CN105793725B (en) Underwater tracking system
EP2128724B1 (en) Swim watch
EP0816862B1 (en) Distress message signal sending device
FI87048B (en) ACOUSTIC SOEKARE.
US10816653B2 (en) Swimming speedometer system with near-eye display
US20170045622A1 (en) Electronic apparatus, physical activity information presenting method, and recording medium
US10317537B2 (en) Recovery assistance device, method and system
US20170242405A1 (en) Operation information providing apparatus, operation information providing system, operation information providing method, and recording medium
US20110188349A1 (en) System and Method of Determining an Underwater Location
EP1662229A1 (en) Portable unit for determining the position with respect to a reference, particularly for substantially shielded environments
RU2429159C1 (en) System for monitoring state of divers
JP2017006335A (en) Electronic device, exercise support method, and exercise support program
GB2374420A (en) Personal locating system comprising a body function sensor, a GPS receiver and a transmitter
CN113873481A (en) Underwater intelligent wearable device and use method thereof
RU110503U1 (en) HYDROACOUSTIC SYSTEM OF UNDERWATER NAVIGATION FOR DIVERS AND THE UNDERWATER DIVER UNIT
JP2017164032A (en) Performance monitoring device, performance monitoring system, performance monitoring method, and performance monitoring program
JP2004340883A (en) Method and apparatus for measuring underwater three-dimensional coordinate position by ultrasonic wave
JP2018138062A (en) Performance monitoring device, performance monitoring system, and performance monitoring method
JPH10197623A (en) Underwater range finding safety system
AU2019201154B2 (en) Underwater tracking system
RU2181611C2 (en) Apparatus for controlling sportsman's actions at distance
JP5571904B2 (en) Energy consumption notification device
JPH11231054A (en) Underwater navigation system

Legal Events

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

Effective date: 20150330