RU2444759C1 - Navigation method of underwater object by means of hydroacoustic navigation system - Google Patents

Navigation method of underwater object by means of hydroacoustic navigation system Download PDF

Info

Publication number
RU2444759C1
RU2444759C1 RU2010138892/28A RU2010138892A RU2444759C1 RU 2444759 C1 RU2444759 C1 RU 2444759C1 RU 2010138892/28 A RU2010138892/28 A RU 2010138892/28A RU 2010138892 A RU2010138892 A RU 2010138892A RU 2444759 C1 RU2444759 C1 RU 2444759C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
hydroacoustic
navigation
coordinates
underwater
base
Prior art date
Application number
RU2010138892/28A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Юрий Николаевич Жуков (RU)
Юрий Николаевич Жуков
Юрий Владимирович Румянцев (RU)
Юрий Владимирович Румянцев
Сергей Борисович Курсин (RU)
Сергей Борисович Курсин
Павел Григорьевич Бродский (RU)
Павел Григорьевич Бродский
Евгений Евгеньевич Павлюченко (RU)
Евгений Евгеньевич Павлюченко
Сергей Яковлевич Суконкин (RU)
Сергей Яковлевич Суконкин
Валерий Павлович Леньков (RU)
Валерий Павлович Леньков
Владимир Васильевич Чернявец (RU)
Владимир Васильевич Чернявец
Евгений Иванович Руденко (RU)
Евгений Иванович Руденко
Original Assignee
Юрий Николаевич Жуков
Юрий Владимирович Румянцев
Сергей Борисович Курсин
Павел Григорьевич Бродский
Евгений Евгеньевич Павлюченко
Сергей Яковлевич Суконкин
Валерий Павлович Леньков
Владимир Васильевич Чернявец
Евгений Иванович Руденко
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 Юрий Николаевич Жуков, Юрий Владимирович Румянцев, Сергей Борисович Курсин, Павел Григорьевич Бродский, Евгений Евгеньевич Павлюченко, Сергей Яковлевич Суконкин, Валерий Павлович Леньков, Владимир Васильевич Чернявец, Евгений Иванович Руденко filed Critical Юрий Николаевич Жуков
Priority to RU2010138892/28A priority Critical patent/RU2444759C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2444759C1 publication Critical patent/RU2444759C1/en

Links

Images

Abstract

FIELD: radio engineering.
SUBSTANCE: navigation method of underwater object is implemented by means of hydroacoustic navigation system containing navigation base of M hydroacoustic transmitters-responders with various response frequencies and hydroacoustic receiver-transmitter arranged on navigation object. Hydroacoustic transmitters-responders are arranged on drifting stations along water surface and bottom stations at sea bottom. Measurement results are processed as per spatial-time observations. During calculation of coordinates there performed is minimisation of error as per distribution of measured coordinates; at that, to calculation device there introduced are local Cartesian coordinates for the considered spatial-time area in which drifting station, bottom responding beacons and underwater object is arranged.
EFFECT: higher reliability during navigation of underwater objects.
11 dwg

Description

Изобретение относится к области гидроакустических навигационных систем и может быть использовано для навигационного обеспечения подводных аппаратов повышенной дальности действия, например, работающих в ледовых условиях, затрудняющих доступ к ним обеспечивающего судна, и также может быть использовано при проведении сейсмических и геологоразведочных работ на морском дне.The invention relates to the field of sonar navigation systems and can be used for navigation support of underwater vehicles of increased range, for example, operating in ice conditions, making it difficult for the supply vessel to access them, and can also be used for seismic and geological exploration on the seabed.

Известны способы и устройства, предназначенные для решения задач навигации и позиционирования посредством гидроакустических систем (RU 2032187 С1, 27.03.1995 [1], RU 2158431 С1, 27.10.2000 [2], RU 34020 U1, 20.11.2003 [3], RU 2289149 C2, 10.12.2006 [4], US 2008008045 A1, 10.01.2008 [5], US 4024491 A, 17.05.2007 [6]).Known methods and devices designed to solve the problems of navigation and positioning through sonar systems (RU 2032187 C1, 03/27/1995 [1], RU 2158431 C1, 10/27/2000 [2], RU 34020 U1, 11/20/2003 [3], RU 2289149 C2, 12/10/2006 [4], US 2008008045 A1, 01.10.2008 [5], US 4024491 A, 05.17.2007 [6]).

Известная гидроакустическая синхронная дальномерная навигационная система [1], содержит донную навигационную базу из М гидроакустических приемоответчиков с различными частотами ответа и размещенные на объекте навигации гидроакустический передатчик, генератор синхроимпульсов, М-канальный приемник, М измерителей времени распространения гидроакустических сигналов до приемоответчиков и обратно, M·N блоков преобразования временных интервалов в дистанции по N в каждом из каналов из М, М блоков выбора максимального значения дистанции из N значений и вычислитель координат объекта навигации, в котором каждый из М каналов введены по числу лучевых траекторий N-1 дополнительных измерителей времени распространения гидроакустических сигналов, N-1 мультивибраторов задержки, N-1 мультивибраторов строб-импульса, N-1 селекторов, причем первые входы N-1 измерителей распространения соединены с выходом генератора синхроимпульсов, вторые входы соединены с первыми выходами соответствующих селекторов, а выходы соединены с M·N входами блока преобразования временных интервалов в дистанции, первый вход каждого из селекторов соединен с выходом соответствующего мультивибратора строб-импульса, второй вход соединен с выходом соответствующего канала приемника, вход первого мультивибратора задержки соединен с выходом соответствующего канала приемника, а выход каждого последующего мультивибратора задержки соединен с вторым выходом соответствующего селектора, в каждый из М каналов введены N(N-1) дополнительных блоков преобразования временных интервалов в дистанции, N-1 дополнительных блоков выбора максимального значения дистанции и усреднитель дистанции, причем входы каждого из N-1 наборов по N блоков преобразования временных интервалов в дистанции соединены с соответствующими выходами N-1 дополнительных измерителей временных интервалов, а выходы соединены с входами N-1 дополнительных блоков выбора максимального значения, выходы всех блоков выбора максимального значения дистанции соединены с N входами усреднителя дистанций, а выход усреднителя дистанций соединен с входом вычислителя координат объекта навигации.The well-known sonar synchronous rangefinder navigation system [1], contains a bottom navigation base of M hydroacoustic transponders with different response frequencies and a hydroacoustic transmitter, a clock generator, an M-channel receiver, M meters of propagation time of hydroacoustic signals to and from transponders located on the navigation object, M · N blocks for converting time intervals in the distance by N in each of the channels from M, M blocks for selecting the maximum value of the distance from N beginnings and a coordinate calculator of the navigation object, in which each of the M channels is entered according to the number of ray paths N-1 of additional measuring instruments for the propagation time of hydroacoustic signals, N-1 multivibrators of delay, N-1 multivibrators of the strobe pulse, N-1 selectors, the first inputs N-1 propagation meters are connected to the output of the clock generator, the second inputs are connected to the first outputs of the corresponding selectors, and the outputs are connected to the M · N inputs of the block for converting time intervals to distances, the first input of each of the selectors is connected to the output of the corresponding multivibrator of the strobe pulse, the second input is connected to the output of the corresponding receiver channel, the input of the first delay multivibrator is connected to the output of the corresponding receiver channel, and the output of each subsequent delay multivibrator is connected to the second output of the corresponding selector, to each of M channels introduced N (N-1) additional blocks for converting time intervals into distances, N-1 additional blocks for selecting the maximum distance value and a distance averager, and the inputs of each of the N-1 sets of N blocks for converting time intervals into distances are connected to the corresponding outputs of N-1 additional time interval meters, and the outputs are connected to the inputs of N-1 additional blocks for selecting the maximum value, the outputs of all blocks the choice of the maximum distance values are connected to N inputs of the distance averager, and the output of the distance averager is connected to the input of the coordinate calculator of the navigation object.

В данной системе реализован способ навигации подводного объекта, включающий размещение гидроакустических ответчиков на дне водоема, создание навигационной базы из М гидроакустических приемоответчиков с различными частотами ответа, калибровку с помощью внешних средств обеспечения навигационной базы, посредством гидроакустического передатчика, размещенного на подводном объекте, измеряют временные интервалы распространения сигналов с последующим их преобразованием в дистанции между подводным объектом и гидроакустическими приемоответчиками. Для получения достоверных результатов измерений измеренные дистанции усредняют.This system implements a method for navigating an underwater object, including placing hydroacoustic transponders at the bottom of a reservoir, creating a navigation base of M hydroacoustic transponders with different response frequencies, calibrating using external means to provide a navigation base, and using the hydroacoustic transmitter located on an underwater object, measure time intervals propagation of signals with their subsequent conversion in the distance between the underwater object and sonar receivers vetchikami. To obtain reliable measurement results, the measured distances are averaged.

Навигационная база таких систем, предварительно устанавливаемая на дне акватории, как правило, состоит из 12-16 маяков ответчиков и предварительно калибруется в относительных и в географических координатах (относительная и абсолютная калибровки) с помощью судна обеспечения, оснащенного бортовым комплексом спутниковой и гидроакустической системам навигации. После выработки своего энергетического ресурса маяки-ответчики заменяются, при этом производится новая калибровка донной навигационной базы. Данный способ позволяет обеспечить географическую привязку подводного аппарата в пределах площади до 100 квадратных километров и протяженностью до 50 километров.The navigation base of such systems, pre-installed at the bottom of the water area, as a rule, consists of 12-16 beacon transponders and is pre-calibrated in relative and geographical coordinates (relative and absolute calibrations) using a support vessel equipped with an on-board complex of satellite and sonar navigation systems. After developing their energy resource, the transponder beacons are replaced, and a new calibration of the bottom navigation base is performed. This method allows for the geographic location of the underwater vehicle within an area of up to 100 square kilometers and a length of up to 50 kilometers.

Использование известного способа навигации подводных аппаратов требует значительных затрат судового времени, большого количества донных маяков-ответчиков с длительным сроком автономности, ограничивает радиус действия подводного аппарата дальностью связи с донной навигационной базой. С учетом того, что подводные станции подвержены влиянию гидрологических и литодинамических факторов, то для получения достоверных результатов навигации подводных объектов требуется калибровочные работы выполнять не только при установке и снятии подводных станций, но и в период их эксплуатации при изменении внешних факторов.Using the known method for navigating underwater vehicles requires a significant amount of ship time, a large number of bottom transponder beacons with a long autonomy, limits the range of the underwater vehicle to the communication range with the bottom navigation base. Considering that underwater stations are subject to the influence of hydrological and lithodynamic factors, in order to obtain reliable results of navigation of underwater objects, calibration work is required to be performed not only when installing and removing underwater stations, but also during their operation when external factors change.

При проведении научно-исследовательских работ с применением автономных подводных обитаемых аппаратов, выполнении оперативно-тактических задач подводными аппаратами на морских полигонах протяженностью до тысяч километров и площадью десятки тысяч квадратных километров особое значение приобретает оперативное высоконадежное обеспечение этих работ без использования судна обеспечения.When conducting research work using autonomous underwater manned vehicles, performing operational and tactical tasks by underwater vehicles at sea ranges of up to thousands of kilometers and an area of tens of thousands of square kilometers, operational highly reliable provision of these works without the use of a support vessel is of particular importance.

Известен также способ навигации подводного объекта посредством гидроакустической навигационной системы, содержащей навигационную базу из М гидроакустических приемоответчиков с различными частотами ответа и размещенного на объекте навигации гидроакустического приемопередатчика, посредством которого измеряют временные интервалы распространения сигналов с последующим их преобразованием в дистанции между подводным объектом и гидроакустическими приемоответчиками.There is also known a method for navigating an underwater object using a sonar navigation system containing a navigation base of M hydroacoustic transponders with different response frequencies and a sonar transceiver located on the navigation object, by which the signal propagation time intervals are measured with their subsequent conversion in the distance between the underwater object and sonar transponders.

Согласно данному способу гидроакустические приемоответчики размещают на дрейфующих станциях по водной поверхности, навигационные параметры подводного объекта относительно дрейфующей станции или базы из дрейфующих станций определяют в режиме с длинной и/или ультракороткой базой, и/или в комбинированном режиме (длинная + ультракороткая база), и/или в пеленгационной системе, при этом формируют из приемников две навигационные базы с общим центром базы, располагая их в плоскости, параллельной плоскости палубы подводного объекта, при этом ось одной базы Х направлена вдоль осевой линии подводного объекта, а ось другой базы Y направлена по траверзу вправо ([7] патент RU №2365939).According to this method, hydroacoustic transponders are placed at drifting stations on a water surface, the navigation parameters of an underwater object relative to a drifting station or base from drifting stations are determined in a mode with a long and / or ultrashort base, and / or in a combined mode (long + ultrashort base), and / or in the direction-finding system, in this case, two navigation bases are formed from receivers with a common center of the base, placing them in a plane parallel to the plane of the deck of the underwater object, while one base X is directed along the axial line of the underwater object, and the axis of the other base Y is directed along the beam to the right ([7] patent RU No. 2365939).

При реализации данного способа, в отличие от известных устройств [1-6], на поверхности моря размещается дрейфующая станция, снабженная соответствующей аппаратурой, и которая находясь в дрейфе, имеет возможность непрерывно принимать сигналы среднеорбитных спутниковых навигационных систем, обрабатывать их с определением высокоточных собственных координат в любой момент времени. В определенный момент времени (по сигналу запроса с подводного объекта или по программе работы дрейфующей станции) эта информация передается по гидроакустическому каналу в виде шумоподобного кодированного сигнала определенного формата на подводный объект. Определив свои координаты относительно дрейфующей станции и имея информацию о географических координатах последней, подводный объект выполняет собственное координирование в географической системе координат.When implementing this method, unlike the known devices [1-6], a drifting station equipped with appropriate equipment is located on the sea surface, and which, while in a drift, has the ability to continuously receive signals from medium-orbit satellite navigation systems, process them with the determination of high-precision eigen coordinates at any given time. At a certain point in time (according to a request signal from an underwater object or according to the work program of a drifting station) this information is transmitted via a hydroacoustic channel in the form of a noise-like encoded signal of a certain format to an underwater object. Having determined its coordinates relative to the drifting station and having information about the geographical coordinates of the latter, the underwater object performs its own coordination in the geographical coordinate system.

Общим недостатком известных устройств, представляющих собой гидроакустические навигационные системы [1-7], является существенная погрешность определения координат, связанная с изменчивостью скорости звука в морской воде. При этом погрешность определения дистанции и координат существенно возрастает при работе в мелком море, когда временные задержки между отдельными лучами уменьшаются, а сами лучи невозможно идентифицировать и выделить отдельно.A common disadvantage of the known devices, which are sonar navigation systems [1-7], is a significant error in determining the coordinates associated with the variability of the speed of sound in sea water. Moreover, the error in determining the distance and coordinates increases significantly when working in the shallow sea, when the time delays between the individual rays are reduced, and the rays themselves cannot be identified and identified separately.

Для уменьшения погрешности измерений посредством вычислительных средств, как правило, используют методы на основе формульных зависимостей, что частично позволяет минимизировать погрешность оценки среднего арифметического значения гидроакустической характеристики по пространственно-временным массивам наблюдений.To reduce the measurement error by means of computing, as a rule, methods based on formula dependencies are used, which partially allows minimizing the error in estimating the arithmetic mean of the hydroacoustic characteristic from spatio-temporal arrays of observations.

В известных способах среднее арифметическое для любой задачи рассчитывают путем прямого суммирования всех измеренных значений, попадающих в рассматриваемый пространственно-временной объем, и делят на общее число измерений.In known methods, the arithmetic average for any task is calculated by direct summation of all measured values falling into the considered spatio-temporal volume and divided by the total number of measurements.

В действительности такой метод расчета среднего арифметического гидрологической характеристики не позволяет получить минимально возможную погрешность в оценке среднего. Причиной этого является то, что в принятом методе игнорируется распределение точек наблюдения по пространственно-временному объему. Более того, точность оценки среднего значения применяемого метода уменьшается с увеличением размерности пространства координат наблюдений.In fact, this method of calculating the arithmetic mean of the hydrological characteristic does not allow us to obtain the minimum possible error in estimating the mean. The reason for this is that in the adopted method, the distribution of observation points over the spatio-temporal volume is ignored. Moreover, the accuracy of estimating the average value of the applied method decreases with increasing dimension of the space of observation coordinates.

В навигационной практике при определении обсервации по трем и более расстояниям или/и пеленгам точка места подводного объекта относится к центру треугольника погрешностей. Возникает вопрос о степени достоверности такого правила. Это вопрос важен, например, для обоснованности утверждения, что площадь треугольника погрешностей служит мерой точнее обсервации - чем больше площадь треугольника погрешностей, тем точнее обсервация. Это утверждение имеет смысл, только если известно, что точка обсервации лежит внутри сравниваемых треугольников погрешностей.In navigational practice, when determining an observation by three or more distances or / and bearings, the point of location of the underwater object refers to the center of the error triangle. The question arises of the degree of reliability of such a rule. This question is important, for example, for the validity of the assertion that the area of the error triangle serves as a measure more accurately than the observation - the larger the area of the error triangle, the more accurate the observation. This statement makes sense only if it is known that the observation point lies inside the compared error triangles.

При этом, при обработке полученных данных посредством гидроакустической системы, на навигационную карту наносят дуги окружностей, центрами которых являются изображения ориентиров (донных маяков), а радиусы равны в масштабе карты измеренным расстояниям, а обсервованное место (координаты) подводного объекта определяют в точке пересечения дуг. При этом, если окружности в одной точке не пересекаются, то обсервованное место принимается в середине фигуры погрешностей. При этом, если погрешность велика (ее стороны на карте составляют более 5 мм), то проверяют правильность опознания ориентиров, измерений и прокладки (Справочник вахтенного офицера / Проничкин А.П., Чуприков М.К., Скворцов М.И. и др. - М.: Воениздат, 1975, с.205-206). При этом обработка результатов измерений отягощена существенной трудоемкостью, обусловленной многочисленными операциями по проверке правильности опознания ориентиров, измерений и прокладки, и в конечном итоге имеет место сравнительно не высокая достоверность определения координат.In this case, when processing the obtained data by means of a hydroacoustic system, the arcs of circles are drawn on the navigation map, the centers of which are images of landmarks (bottom beacons), and the radii are equal to the measured distances on the map scale, and the observable location (coordinates) of the underwater object is determined at the intersection of the arcs . Moreover, if the circles at one point do not intersect, then the observable place is taken in the middle of the figure of errors. Moreover, if the error is large (its sides on the map are more than 5 mm), then check the accuracy of identification of landmarks, measurements and laying (Reference officer / Pronichkin A.P., Chuprikov M.K., Skvortsov M.I. and others . - M.: Military Publishing, 1975, p.205-206). Moreover, the processing of measurement results is burdened by significant laboriousness, due to numerous operations to verify the accuracy of identification of landmarks, measurements and laying, and ultimately there is a relatively low reliability of determining the coordinates.

В известных гидроакустических навигационных системах задача оценки места по известным расстояниям решается на основе линейного метода (Коломийчук Н.Д. Гидрография. Л.: Изд. ГУ ВМФ, 1975, - 470 с.). В основе этого метода лежит известная зависимость справедливая для геометрии на плоскости, что искомое место лежит на пересечении окружностей с центрами в опорных точках (ориентирах) и радиусами, соответствующими измеренному расстоянию до них. Эта зависимость, справедливая для малых расстояний, для больших расстояний требует введения специальных поправок, учитывающих положение опорных точек в трехмерном пространстве и скорость распространения звука в воде на разных горизонтах, что обуславливает трудоемкость известных способов. Кроме того, при линейной постановке решения этой задачи невозможно получить оценку точности получаемых координат, а также погрешности, обусловленные прокладкой линий положения на навигационной карте.In well-known sonar navigation systems, the problem of estimating a place by known distances is solved on the basis of the linear method (Kolomiychuk ND Hydrography. L .: Publishing House of the Navy, 1975, 470 p.). The basis of this method is the well-known dependence valid for geometry on the plane that the sought place lies at the intersection of circles with centers at reference points (landmarks) and radii corresponding to the measured distance to them. This dependence, valid for small distances, for large distances requires the introduction of special corrections that take into account the position of reference points in three-dimensional space and the speed of sound propagation in water at different horizons, which leads to the complexity of the known methods. In addition, with a linear formulation of the solution to this problem, it is impossible to obtain an estimate of the accuracy of the coordinates obtained, as well as errors due to the laying of position lines on the navigation map.

Относительные координаты в известных системах определяются азимутально-дальномерным способом (измеряемые параметры пеленг и дистанция), или посредством метода, заключающегося в том, что на подводном подвижном объекте одновременно фиксируются пеленг и момент прихода сигнала от маяков ответчиков. В основе измерения дистанции лежит измерение промежутка времени от момента излучения сигнала маяком ответчиком (информация об этом содержится в кодированном сигнале) до момента его получения на подводном подвижном объекте. Возможно также использования метода пеленгования, в котором производится только измерение пеленгов, или комбинированный метод, заключающийся в том, что измеряют дистанции и/или пеленга и учитывают пройденное за это время расстояние по штатному лагу подводного объекта (преимущественно абсолютному лагу, измеряющему скорость относительно грунта).The relative coordinates in known systems are determined by the azimuthally rangefinding method (measured parameters of bearings and distance), or by the method consisting in the fact that the bearing and the moment of arrival of the signal from the beacons of the transponders are simultaneously recorded on an underwater moving object. The distance measurement is based on the measurement of the time interval from the moment the transponder emits the signal from the beacon (information on this is contained in the encoded signal) until it is received on the underwater moving object. It is also possible to use the direction finding method, in which only the bearings are measured, or the combined method, which consists in measuring distances and / or bearings and taking into account the distance traveled during this time along the standard lag of an underwater object (mainly an absolute lag measuring speed relative to the ground) .

В первом варианте определение координат требует высокоточного знания скорости распространения звука в воде, который влияет на точность определения дистанции, а также наличие погрешности в измерение дистанции за счет рефракции. Для второго варианта также характерно внесение погрешностей в измерении дистанции за счет рефракции. Основным условием реализации третьего варианта, путем контроля пройденного расстояния по лагу, с точки зрения обеспечения требуемой точности, является достижение максимальной точности измерения вектора пройденного за время обсервации расстояния, что требует использования в период обсервации выполнения измерений пройденного расстояния по абсолютному гидроакустическому лагу, основная составляющая погрешности которого также обусловлена изменением скорости звука в водной среде.In the first version, the determination of coordinates requires highly accurate knowledge of the speed of sound propagation in water, which affects the accuracy of determining the distance, as well as the presence of errors in the measurement of distance due to refraction. The second option is also characterized by the introduction of errors in the measurement of distance due to refraction. The main condition for the implementation of the third option, by monitoring the distance traveled through the lag, from the point of view of ensuring the required accuracy, is to achieve maximum accuracy in measuring the vector of the distance traveled during the observation, which requires the use of measurements of the distance traveled by the absolute sonar lag during the observation period, the main component of the error which is also due to a change in the speed of sound in the aquatic environment.

При проведении научно-исследовательских работ с применением автономных подводных обитаемых аппаратов, выполнении оперативно-тактических задач подводными аппаратами на морских полигонах протяженностью до тысяч километров и площадью десятки тысяч квадратных километров особое значение приобретает оперативное высоконадежное обеспечение этих работ без использования судна обеспечения. Известная система, состоящая из размещенных донных маяков-ответчиков для обеспечения последующей географической привязки местонахождения подводного аппарата имеет существенные ограничения как по границам радиуса действия полигона, так и по трудоемкости выполнения калибровочных работ и работ, связанных с размещением и установкой донных станций при каждой замене источников питания, имеющих ограниченный срок работы.When conducting research work using autonomous underwater manned vehicles, performing operational and tactical tasks by underwater vehicles at sea ranges of up to thousands of kilometers and an area of tens of thousands of square kilometers, operational highly reliable provision of these works without the use of a support vessel is of particular importance. The well-known system consisting of placed bottom beacons responders to ensure subsequent geographical location of the underwater vehicle has significant limitations both in terms of the range of the landfill and the complexity of performing calibration work and work related to the placement and installation of bottom stations with each replacement of power sources having a limited life.

При реализации каждого из известных способов определения координат по ориентирам необходимым условием для получения требуемой точности является, чтобы измеренные параметры, характеризующие линии положения при построении их на навигационной карте, пересекались в одной точке, что обеспечивается только в том случае, если наблюдения, вычисления и прокладка не содержали никаких ошибок. При этом на практике линии пеленгов образуют треугольник погрешностей, и если величина сторон треугольника погрешностей небольшая, то вероятное место судна принимают в центре треугольника. Нахождение этих прямых, а следовательно, и места судна является минимаксной оптимизационной задачей. Прямое непосредственное ее решение - сложная задача, поэтому при ее решении известными способами очень сложно получить необходимую точность определения координат подвижных морских объектов относительно ориентиров. Достижение приемлемой точности требует трудоемких расчетов даже при использовании автоматизированных средств. Это обусловлено тем, что существующие стандарты представления чисел в ЭВМ не поддерживают всех необходимых свойств обеспечения арифметических операций.When implementing each of the known methods for determining coordinates from landmarks, a necessary condition for obtaining the required accuracy is that the measured parameters characterizing the position lines when building them on the navigation map intersect at one point, which is only ensured if observations, calculations, and laying did not contain any errors. Moreover, in practice, the bearing lines form a triangle of errors, and if the size of the sides of the triangle of errors is small, then the probable place of the vessel is taken in the center of the triangle. Finding these lines and, consequently, the place of the vessel is a minimax optimization problem. Its direct immediate solution is a difficult task, so when solving it by known methods it is very difficult to obtain the necessary accuracy in determining the coordinates of moving marine objects relative to landmarks. Achieving acceptable accuracy requires laborious calculations even when using automated tools. This is due to the fact that existing standards for the representation of numbers in computers do not support all the necessary properties for ensuring arithmetic operations.

Например, при выполнении арифметических действий, в формате с плавающей точкой, не выполняются законы коммутативности, ассоциативности и дистрибутивности, обязательные в арифметике (Акритас А. Основы компьютерной алгебры с приложениями. - М.: Мир, 1994. - 544 с.). Это обстоятельство не позволяет найти прямые линии, пересекающиеся в одной точке, для которых сумма отклонений от пеленгов минимальна.For example, when performing arithmetic operations in a floating-point format, the laws of commutativity, associativity and distributivity, which are mandatory in arithmetic, are not fulfilled (Akritas A. Fundamentals of computer algebra with applications. - M .: Mir, 1994. - 544 p.). This circumstance does not allow us to find straight lines intersecting at one point for which the sum of deviations from bearings is minimal.

Построение треугольника погрешностей также не решает полностью задачу получения достоверных координат, так как при нахождении погрешностей используется интервальный анализ, который основан на окружении вещественных чисел, характеризующих координаты, интервалами, что приводит к необходимости решения проблемы разноточных числовых данных (противоречие между непрерывным и дискретным). Географические координаты абстрактно определяются в непрерывном пространстве и представляются в виде действительных цифр. Далее действительные числа представляются (аппроксимируются) рациональными числами - дискретным множеством. В свою очередь рациональные числа записываются чаще всего в десятичной форме, что еще больше искажает модель непрерывности географических координат. Это приводит к разноточности в оценке полученных координат, обусловленной как несоответствием между действительной точностью измерения и представлением этого измерения в цифровой форме, т.е. несоответствием между количеством обеспеченных точностью значащих цифр и количеством значащих цифр в представленном результате, так и несоответствием в точности двух и более сравниваемых значений координат.The construction of an error triangle also does not completely solve the problem of obtaining reliable coordinates, since when finding errors, an interval analysis is used, which is based on the surrounding of real numbers characterizing the coordinates by intervals, which leads to the need to solve the problem of numerical data (a contradiction between continuous and discrete). Geographic coordinates are abstractly defined in continuous space and are represented as real numbers. Further, real numbers are represented (approximated) by rational numbers - a discrete set. In turn, rational numbers are most often written in decimal form, which further distorts the model of continuity of geographical coordinates. This leads to divergence in the estimation of the coordinates obtained, due to a mismatch between the actual measurement accuracy and the digital representation of this measurement, i.e. a mismatch between the number of significant digits provided with accuracy and the number of significant digits in the presented result, and a mismatch in the accuracy of two or more compared coordinate values.

Для получения достоверных данных результаты измерений представляются в цифровой форме с количеством значащих цифр, соответствующих погрешности измерений. Это приводит к избытку значащих цифр, что при представлении измеренной информации приводит к увеличению объемов обрабатываемой информации, увеличению требуемых объемов постоянной памяти для ее хранения и оперативной памяти при ее обработке и самого времени обработки. Источником возникновения разноточности измеренных данных является и процедура обмена информации между ЭВМ и инструментальными средствами измерения. В известных способах для представления значений географических координат используются числа в формате плавающей точки. Поэтому географические координаты, записанные первоначально в градусной мере (рациональными числами), при вводе в ЭВМ переводятся в десятичное представление. Для хранения измеренных географических координат используется формат с максимальной разрядностью, доступной для используемой ЭВМ, что приводит к числам с большим количеством десятичных разрядов, не обеспеченных точностью измерений. При представлении географических координат в ЭВМ в формате с плавающей точкой соответствующие числовые значения имеют неоправданно высокую точность, а действительная погрешность обычно не определена. Все измеренные значения географических координат представляются десятичными числами с одинаковым числом десятичных разрядов. Количество разрядов определяется не погрешностью измерений географических координат, а разрядностью процессора используемой ЭВМ. Одинаковая разрядность представления географических координат создает иллюзию правомерности выполнения картометрических задач с использованием наборов измеренных данных, имеющих различную точность географических координат.To obtain reliable data, the measurement results are presented in digital form with the number of significant digits corresponding to the measurement error. This leads to an excess of significant figures, which, when presenting the measured information, leads to an increase in the volume of processed information, an increase in the required volumes of read-only memory for its storage and main memory during its processing and the processing time itself. The source of the variability of the measured data is the procedure for the exchange of information between computers and measurement tools. In known methods, floating point numbers are used to represent the values of geographical coordinates. Therefore, the geographical coordinates recorded initially in degree measure (rational numbers), when entered into a computer, are translated into decimal notation. To store the measured geographical coordinates, the format with the maximum bit depth available for the computer used is used, which leads to numbers with a large number of decimal digits that are not provided with measurement accuracy. When representing geographical coordinates in a computer in a floating point format, the corresponding numerical values have unreasonably high accuracy, and the actual error is usually not determined. All measured values of geographical coordinates are represented by decimal numbers with the same number of decimal places. The number of bits is determined not by the measurement error of geographical coordinates, but by the capacity of the processor used by the computer. The same bit depth of the representation of geographical coordinates creates the illusion of the legitimacy of performing cartometric tasks using sets of measured data having different accuracy of geographical coordinates.

Задачей настоящего технического предложения является повышение надежности при обеспечении навигации подводных объектов с одновременным снижением трудоемкости. The objective of this technical proposal is to increase reliability while ensuring the navigation of underwater objects while reducing labor intensity.

Поставленная задача решается за счет того, что в способе навигации подводного объекта посредством гидроакустической навигационной системы, включающем размещение навигационной базы из М гидроакустических приемоответчиков с различными частотами ответа и размещение на подводном объекте навигации гидроакустического приемопередатчика, посредством которого измеряют временные интервалы распространения сигналов с последующим их преобразованием в дистанции между подводным объектом навигации и гидроакустическими приемоответчиками, размещение гидроакустических приемоответчиков на дрейфующих станциях по водной поверхности и донных станциях на морском дне, определение навигационных параметров подводного объекта навигации относительно донных или/и дрейфующей станции или базы из дрейфующих станций, которые определяют в режиме с длинной и/или ультракороткой базой, и/или в комбинированном режиме (длинная + ультракороткая база), и/или в пеленгационной системе, при этом формируют из приемников две навигационные базы с общим центром базы, располагая их в плоскости, параллельной плоскости палубы подводного объекта навигации, при этом ось одной базы Х направлена вдоль осевой линии подводного объекта навигации, а ось другой базы Y направлена по траверзу вправо, обработку результатов измерений по пространственно-временным массивам наблюдений, определение координат подводного объекта навигации путем вычислений, согласно изобретению при вычислении координат выполняют минимизацию погрешности по распределению измеренных координат, при этом в вычислительное устройство вводят локальные декартовые координаты для рассматриваемой пространственно-временной области, в которой размещены дрейфующая станция, донные маяки-ответчики и подводный объект, при этом определяют временной ход гидроакустической характеристики для полученных временных рядов, экстремальные значения гидроакустической характеристики в каждом полученном ряду измерений методом статистики Герста, а оценку среднего арифметического значения гидроакустической характеристики по пространственно-временным массивам наблюдений выполняют путем вычислений по многомерным квадратурным формулам и функциям Хаара.The problem is solved due to the fact that in the method of navigating an underwater object using a hydroacoustic navigation system, which includes placing a navigation base of M hydroacoustic transponders with different response frequencies and placing a hydroacoustic transceiver on an underwater navigation object, by which the signal propagation time intervals are measured with their subsequent conversion in the distance between the underwater navigation object and sonar transponders, times placement of hydroacoustic transponders at drifting stations on the water surface and bottom stations on the seabed, determining the navigation parameters of the underwater navigation object relative to the bottom and / or drifting station or base from drifting stations, which are determined in the mode with a long and / or ultrashort base, and / or in the combined mode (long + ultrashort base), and / or in the direction finding system, while forming two navigation bases from the receivers with a common center of the base, placing them in a plane parallel the plane of the deck of the underwater navigation object, while the axis of one base X is directed along the axial line of the underwater navigation object, and the axis of the other base Y is directed along the beam to the right, processing the measurement results from spatio-temporal arrays of observations, determining the coordinates of the underwater navigation object by calculations When calculating the coordinates, the invention minimizes the error in the distribution of the measured coordinates, while the local Cartesian coordinates d I considered the spatio-temporal region in which the drifting station, bottom transponder beacons and the underwater object are located, while determining the temporal course of the hydroacoustic characteristics for the obtained time series, the extreme values of the hydroacoustic characteristics in each obtained series of measurements using the Gerst statistic, and the arithmetic mean values of the hydroacoustic characteristic for spatio-temporal arrays of observations are performed by calculations using multidimensional quadrature Haar formulas and functions.

Определение временного хода гидроакустической характеристики для полученных временных рядов, путем определения экстремальных значений гидроакустической характеристики в каждом полученном ряду измерений методом статистики Герста, и выполнение оценки среднего арифметического значения гидроакустической характеристики по пространственно-временным массивам наблюдений путем вычислений по многомерным квадратурным формулам и функциям Хаара позволяет минимизировать погрешности в измерении координат подводного объекта..The determination of the temporal course of the hydroacoustic characteristics for the obtained time series, by determining the extreme values of the hydroacoustic characteristics in each obtained series of measurements by the Gerst statistics method, and the estimation of the arithmetic mean value of the hydroacoustic characteristics by spatio-temporal arrays of observations by calculations using multidimensional quadrature formulas and Haar functions allows minimizing errors in measuring the coordinates of the underwater object ..

Предлагаемый способ реализуется следующим образом.The proposed method is implemented as follows.

В районе исследований формируют навигационную базу путем размещения на морском дне донных маяков-ответчиков, а на водной поверхности - дрейфующих станций, которые представляют собой устройство, состоящее из полиуретанового корпуса, на котором установлена мачта с размещенными на ней спутниковой антенной и при необходимости метеорологическими датчиками. Внутри корпуса установлена аппаратура измерения, обработки и хранения информации. Конструкция устройств для реализации предлагаемого способа и принцип их работы аналогичны устройствам прототипа.In the research area, a navigation base is formed by placing bottom transponder beacons on the seabed, and on the water surface - drifting stations, which are a device consisting of a polyurethane housing, on which a mast is installed with a satellite antenna and, if necessary, meteorological sensors. Inside the case, equipment for measuring, processing and storing information is installed. The design of devices for implementing the proposed method and the principle of their operation are similar to the devices of the prototype.

При установке большой группы дрейфующих станций средства связи могут также включать ретранслятор, который осуществляет прием радиосигнала от дрейфующей станции в диапазоне ДМВ (401-403 МГц), объединение с сигналами других дрейфующих станций и донных маяков-ответчиков, находящихся в зоне действия дрейфующей станции, в общий групповой сигнал и одновременную передачу на наземные пункты приема в двух стволах диапазона СМВ (4/6, 7/8 ГГц), а при необходимости в состав средства связи может входить и береговая станция спутниковой связи, которая осуществляет прием излучаемого группового сигнала ретранслятора и содержит аппаратуру восстановления сообщений, включающую декодер и устройство обработки и восстановления сообщений, запоминающее устройство, устройство управления.When installing a large group of drifting stations, communications equipment may also include a repeater that receives the radio signal from the drifting station in the UHF band (401-403 MHz), combining with the signals of other drifting stations and bottom beacon responders located in the area of the drifting station, in a common group signal and simultaneous transmission to ground-based reception points in two trunks of the SMB range (4/6, 7/8 GHz), and, if necessary, the communication facility may also include a coastal satellite communication station, which It accepts the emitted group signal of the repeater and contains message recovery equipment including a decoder and a message processing and recovery device, a storage device, and a control device.

Обработка сообщений включает помехоустойчивое кодирование, разбивку каждого сообщения на пакеты с длительностью, зависящей от состояния взволнованной поверхности, передачу пакетов сообщения на ретранслятор по алгоритму, автоматически формируемому в зависимости от морского волнения, которое определяется посредством спутниковой навигационной системы в соответствии с известными алгоритмами (описание к патенту РФ №2254600).Message processing includes error-correcting coding, breaking each message into packets with a duration depending on the state of the excited surface, transmitting message packets to the repeater according to an algorithm automatically generated depending on sea waves, which is determined by the satellite navigation system in accordance with known algorithms (description of RF patent No. 2254600).

Применение дрейфующих буйковых станций (дрифтеров), оснащенных GPS приемником и аппаратурой гидроакустического канала связи, в качестве навигационных маяков, расположенных на морской поверхности в сочетании с донными маяками-ответчиками, позволяет обеспечить высокоточную навигацию для подводных объектов.The use of drifting buoy stations (drifters) equipped with a GPS receiver and equipment for a hydroacoustic communication channel as navigation beacons located on the sea surface in combination with bottom transponder beacons allows for high-precision navigation for underwater objects.

Очевидно, что расположение навигационного маяка-дрифтера на морской поверхности не требует проведения относительной и абсолютной калибровок полигона, который необходим при использовании донных гидроакустических маяков-ответчиков, так как наличие у дрифтера GPS приемника позволяет ему «знать» свои географические координаты в реальном масштабе времени с высокой точностью (например, точность определения координат посредством спутникового навигационного измерительного модуля типа СНИМ разработки российской фирмы «Навис» не хуже 5 метров). Навигация подводного объекта относительно дрейфующей станции или базы из дрейфующих станций может осуществляется как в режиме с длинной, ультракороткой базой (ДБ и УКБ), так и в комбинированном режиме ДБ/УКБ.Obviously, the location of the navigation drift beacon on the sea surface does not require relative and absolute calibration of the landfill, which is necessary when using bottom sonar transponder beacons, since the drifter's GPS receiver allows it to “know” its geographical coordinates in real time with high accuracy (for example, the accuracy of determining coordinates using a satellite navigation measuring module of the SNIM type developed by the Russian company Navis is no worse than 5 meters s). Navigation of an underwater object relative to a drifting station or a base of drifting stations can be carried out both in the mode with a long, ultrashort base (DB and UKB), and in the combined DB / UKB mode.

Подводный объект оснащается соответствующими режиму работ гидроакустическими приемо-передающими антеннами, навигационным контроллером и навигационным программно-математическим обеспечением. Маяк-дрифтер работает в режиме «запрос-ответ» и в режиме «пингер» (маяк). В режиме с длинной базой для определения координат подводного объекта используются сигналы минимум от 3-4 маяков-дрифтеров (аналогично как в спутниковой GPS) и решается триангуляционная задача. При этом площадь или протяженность зоны действия системы зависит от энергетической дальности действия гидроакустической связи, количества дрифтеров, глубины расположения подводного объекта, гидрологии, шумов подводного объекта и морской поверхности. При этом, в отличие от навигации с использованием только донной навигационной базы, навигация с помощью маяков-дрифтеров, которая не требует калибровок, существенно расширяет функциональные возможности подводного объекта, дает возможность оперативно оборудовать рабочий полигон любой площади и протяженности необходимым количеством дрифтеров, позволяет подводному объекту определять свои координаты в реальном времени, оперативно менять свои тактические задачи без потери навигационной информации, получать данные по своим координатам в любое необходимое время или постоянно в автоматическом режиме.The underwater object is equipped with hydroacoustic transmitting and receiving antennas corresponding to the operating mode, a navigation controller, and navigation mathematical software. The drifter beacon operates in the request-response mode and in the pinger mode (beacon). In the long base mode, to determine the coordinates of the underwater object, signals from at least 3-4 drifting beacons are used (similar to satellite GPS) and the triangulation problem is solved. In this case, the area or extent of the system coverage area depends on the energy range of hydroacoustic communication, the number of drifters, the depth of the underwater object, hydrology, noise of the underwater object and the sea surface. At the same time, unlike navigation using only the bottom navigation base, navigation using drifters, which does not require calibrations, significantly expands the functionality of the underwater object, makes it possible to quickly equip a training ground of any area and length with the required number of drifters, and allows the underwater object determine your coordinates in real time, quickly change your tactical tasks without losing navigation information, receive data on your coordinates any necessary time or permanently in the automatic mode.

При навигации подводного объекта при ее работе на глубинах более одного километра целесообразно работать на частотах в диапазоне от 8 до 15 кГц, при этом энергетическая дальность связи с маяком-дрифтером будет достигать 10-14 км, а погрешность определения координат аппарата составит 7-10 метров в режиме ДБ и 0,3% от дальности в режиме УКБ и 0,5 град по углу пеленгации. При рабочей глубине менее одного километра целесообразно использовать рабочие частоты в диапазоне 25-35 кГц и работать в режиме УКБ. При этом максимальная дальность связи будет достигать порядка 3 км.When navigating an underwater object while operating at depths of more than one kilometer, it is advisable to work at frequencies in the range from 8 to 15 kHz, while the energy range of communication with the drifting beacon will reach 10-14 km, and the error in determining the coordinates of the device will be 7-10 meters in the DB mode and 0.3% of the range in the UKB mode and 0.5 degrees in the direction finding angle. At a working depth of less than one kilometer, it is advisable to use operating frequencies in the range of 25-35 kHz and work in the UHF mode. In this case, the maximum communication range will reach about 3 km.

Особое назначение имеет возможность подводного объекта определять свои координаты с помощью маяков-дрифтеров в пассивном режиме. В этом случае маяки-дрифтеры переводятся в режим автоматического периодического излучения гидроакустических сигналов (режим «пингер») с высокой точностью синхронизации, а подводный объект, принимая эти сигналы и используя при этом специальный алгоритм и программно-математическое обеспечение обработки, определяет свои географические координаты относительно координат маяка-дрифтера или навигационной базы из маяков-дрифтеров. Необходимо отметить при этом, что каждый сигнал маяка-дрифтера имеет специальный формат и кодировку и несет в себе информацию о географических координатах маяка-дрифтера, его индивидуальном номере, направлении и скорости его перемещения на поверхности.A special purpose is the ability of an underwater object to determine its coordinates using beacons drifters in passive mode. In this case, the drifter beacons are switched to the automatic periodic emission of sonar signals (pinger mode) with high accuracy of synchronization, and the underwater object, receiving these signals and using the special algorithm and mathematical software for processing, determines its geographical coordinates relative to coordinates of the drifting beacon or navigation base from drifting beacons. It should be noted at the same time that each signal of the drifting beacon has a special format and encoding and carries information about the geographical coordinates of the drifting beacon, its individual number, direction and speed of its movement on the surface.

Алгоритм работы навигационной системы с применением дрифтеров имеет гибкую структуру и может быть легко адаптирован как под заранее прокладываемый маршрут подводного объекта на полигоне, так и под определение координат подводного объекта в любое конкретное время ее работы на полигоне в различных гидрологических условиях, условиях шума. Дополнительные возможности по обеспечению оперативной навигации подводного объекта дает установка (запуск) маяка-дрифтера непосредственно с подводного объекта в необходимый момент времени.The algorithm of the navigation system using drifters has a flexible structure and can be easily adapted both to a pre-laid route of an underwater object at the range, and to determine the coordinates of the underwater object at any specific time of its operation at the range under various hydrological conditions, noise conditions. Additional opportunities for providing operational navigation of an underwater object are provided by the installation (launch) of a drifting beacon directly from the underwater object at the right time.

При этом в процессе всплытия на поверхность маяк-дрифтер может измерять профиль скорости звука и гидрологические параметры, что необходимо при расчете точных координат подводного объекта. После подъема дрифтера на поверхность он переходит в режим приема спутниковых сигналов системы GPS и передачи гидроакустических сигналов на подводный объект в режиме «запрос-ответ» или режиме «пингер». Подводный объект фиксирует дистанцию и пеленг до маяка-дрифтера (режим УКБ) и вычисляет свои точные географические координаты, используя информацию, принятую от маяка-дрифтера по гидроакустическому каналу связи. Скорость передачи по гидроакустическому каналу связи может составлять 9600-12400 бод. Наиболее оптимальная дальность связи в режиме УКБ при глубине подводного объекта до 500 метров - 1 км. Точность определения координат до 5 метров.At the same time, during the ascent to the surface, the lighthouse-drifter can measure the sound velocity profile and hydrological parameters, which is necessary when calculating the exact coordinates of the underwater object. After the drifter is raised to the surface, it enters the GPS satellite signal reception mode and sonar signals are transmitted to the underwater object in the “request-response” mode or “pinger” mode. The underwater object records the distance and bearing to the drift lighthouse (UKB mode) and calculates its exact geographical coordinates using information received from the drift lighthouse via the sonar communication channel. The sonar transmission rate may be 9600-12400 baud. The most optimal communication range in UKB mode with an underwater object depth of up to 500 meters is 1 km. Accuracy of determination of coordinates to 5 meters.

Наличие гидроакустического канала связи между дрифтером и подводным объектом позволяет также обеспечивать передачу служебной информации из наземного центра на подводный объект по спутниковому телеметрическому связному каналу через дрейфующую станцию, находящуюся в зоне гидроакустической связи с подводным объектом.The presence of a hydro-acoustic communication channel between the drifter and the underwater object also allows the transmission of service information from the ground center to the underwater object via a satellite telemetric communication channel through a drift station located in the hydro-acoustic communication zone with the underwater object.

В предлагаемом способе применена комбинированная система гидроакустической навигации с длинной и ультракороткой базой, которая позволяет использовать пеленгационную систему решения задачи выхода подводного объекта в точку установки дрейфующей станции. При этом гидроакустическая антенна подводного объекта представляет две имеющие общий центр базы из приемников. При этом, если две приемные базы расположены в плоскости, параллельной плоскости палубы, и ортогональны, ось одной базы направлена вдоль осевой линии подводного объекта, а ось другой базы направлена по траверзу вправо.In the proposed method, a combined hydroacoustic navigation system with a long and ultrashort base is used, which allows the use of a direction finding system for solving the problem of an underwater object reaching the drift station installation point. In this case, the hydroacoustic antenna of the underwater object is two having a common center of the base of the receivers. Moreover, if two receiving bases are located in a plane parallel to the deck plane and are orthogonal, the axis of one base is directed along the axial line of the underwater object, and the axis of the other base is directed to the right along the beam.

Две имеющие общий центр базы из приемников позволяют определить направление на источник сигнала как линию пересечения двух конических поверхностей с совпадающими вершинами.Two having a common center base of receivers allow you to determine the direction to the signal source as the line of intersection of two conical surfaces with matching vertices.

Так как плоскость палубы практически никогда не совпадает с плоскостью горизонта, то учитывается также влияние углов крена и дифферента.Since the plane of the deck almost never coincides with the plane of the horizon, the influence of heel and trim angles is also taken into account.

Информация о координатах дрейфующей станции относительно подводного объекта позволяет решить задачу выхода подводного объекта в реперную точку, так как она легко преобразуется в значения курсового угла и дистанции. Решение обратной задачи дает возможность определить координаты подводного объекта на карте или планшете, на который предварительно наносится реперная точка. В том случае, когда определяется также наклонное расстояние до дрейфующей станции, третьей поверхностью положения является сфера с радиусом, равным наклонному расстоянию.Information on the coordinates of the drifting station relative to the underwater object allows us to solve the problem of the underwater object reaching the reference point, since it can easily be converted into heading angle and distance. Solving the inverse problem makes it possible to determine the coordinates of an underwater object on a map or tablet on which a reference point is previously applied. In the case where the inclined distance to the drifting station is also determined, the third position surface is a sphere with a radius equal to the inclined distance.

Составные части подводного объекта включают приемную гидроакустическую антенну, состоящую из четырех гидрофонов. Секция антенны состоит из двух одноканальных и одного двухканального модуля, располагающихся на линейном несущем кронштейне. Расстояние между приемными гидрофонами двухканального модуля составляет 50 мм. Максимальное разнесение крайних приемников на кронштейне составляет 1000 мм. Кронштейн перфорирован, что позволяет располагать приемники в непосредственной близости друг от друга для проведения фазовой калибровки и с произвольным разнесением для проведения измерений направления прихода акустического сигнала. В качестве приемников-гидрофонов использованы пьезокерамические сферы диаметром 30 мм, внутри которых размещены предварительные усилители с коэффициентом усиления 30 дБ. Сферы размещаются на стальной пластине размером 145×145×10 мм, снабженной элементами крепления и акустической заглушкой с тыльной стороны. Коэффициент подавления звукового сигнала с тыльной стороны составляет не менее 30 дБ.Components of an underwater object include a receiving hydroacoustic antenna consisting of four hydrophones. The antenna section consists of two single-channel and one two-channel module, located on a linear carrier bracket. The distance between the receiving hydrophones of the two-channel module is 50 mm. The maximum spacing of the extreme receivers on the bracket is 1000 mm. The bracket is perforated, which allows the receivers to be located in close proximity to each other for phase calibration and with arbitrary spacing for measuring the direction of arrival of the acoustic signal. Piezoceramic spheres with a diameter of 30 mm are used as hydrophone receivers, inside of which preliminary amplifiers with a gain of 30 dB are placed. The spheres are placed on a steel plate measuring 145 × 145 × 10 mm, equipped with fasteners and an acoustic plug on the back side. The suppression ratio of the audio signal from the back is at least 30 dB.

Антенный комплекс состоит из 8-канальной 2-секционной приемной гидроакустической антенны и гидроакустической излучающей антенны.The antenna complex consists of an 8-channel 2-section receiving hydroacoustic antenna and a hydroacoustic emitting antenna.

Каждая секция приемной антенны представляет собой 4-элементный неэквидистантный гидрофонный модуль, предназначенный для измерения проекции вектора прихода акустического сигнала на одну из горизонтальных осей в режиме ультракороткой базы, в пеленгационном режиме, либо для приема сигналов в режиме длинной базы на 4 рабочих частотах. Секции приемной антенны расположены в горизонтальной плоскости перпендикулярно друг к другу.Each section of the receiving antenna is a 4-element non-equidistant hydrophone module designed to measure the projection of the acoustic signal arrival vector onto one of the horizontal axes in the ultrashort base mode, in the direction finding mode, or for receiving signals in the long base mode at 4 operating frequencies. Sections of the receiving antenna are located in a horizontal plane perpendicular to each other.

Таким образом, когда все гидрофоны производят прием на одной и той же рабочей частоте, реализуется режим определения задержки и направления прихода отклика от фиксированной дрейфующей станции в режиме ультракороткой базы, а когда каждый из гидрофонов настроен на свою рабочую частоту, осуществляется режим измерения задержек от дрейфующих станций в режиме длинной базы. Аналогичное устройство имеют и донные маяки-ответчики.Thus, when all hydrophones receive at the same working frequency, the mode for determining the delay and direction of arrival of the response from a fixed drifting station in ultra-short base mode is implemented, and when each of the hydrophones is tuned to its working frequency, a mode for measuring delays from drifting stations in long base mode. A similar device has bottom beacons responders.

Система передачи информации по гидроакустическому каналу на подводном объекте реализуется с использованием штатных средств гидроакустической связи. При этом в качестве устройств формирования и обработки сигналов могут быть применены как имеющаяся в составе гидроакустическая аппаратура, обеспечивающая режим гидроакустической связи, так и дополнительные устройства в виде приставок, подключаемых к их передающему и приемному трактам.The system for transmitting information through a sonar channel at an underwater object is implemented using standard sonar communication equipment. At the same time, as the devices for generating and processing signals, both the hydroacoustic equipment available in the composition, providing the hydroacoustic communication mode, and additional devices in the form of consoles connected to their transmitting and receiving paths can be used.

В качестве сигналов местоположения использованы тональные сигналы с частотой 3 кГц, излучаемые как в автоматическом режиме по специальной программе, так и в режиме запроса.As location signals, tonal signals with a frequency of 3 kHz are used, emitted both in automatic mode according to a special program and in a request mode.

Спутниковый связной модуль предназначен для формирования пакетов и алгоритмов управления передаваемой информации.The satellite communications module is designed to form packets and control algorithms for transmitted information.

В результате пеленгования получают массив данных (расстояний и/или пеленгов). Наносят на навигационную карту положения ориентиров (фиг.1) p1, p2, р3 и измеренных пеленгов d1, d2, d3. Для определения координат подвижного морского объекта выполняют построения на двойственной плоскости (фиг.2), где точки ориентиров p1, p2, р3 будут соответствовать двойственным прямым p1, p2, р3, координаты которых определяются по формуле d:у=ax+b→d(a,-b). Прямые пеленгов d1, d2, d3 будут соответствовать двойственным точкам d1, d2, d3, координаты которых определяются по формуле р(а,b)→р:ax-b. Если на основной плоскости пеленги не пересекаются в одной точке, то на двойственной плоскости точки d1, d2, d3 не лежат на одной прямой. Методом наименьших квадратов находят прямую линию ро, наименее уклоняющуюся от точек d1, d2, d3. Этой прямой на двойственной плоскости соответствует искомая точка ро места морского подвижного объекта на основной плоскости (О - точка на фиг.1). Прямая линия ро на двойственной плоскости пересекает все три прямые p1, p2, р3. На фиг.2 точки пересечения обозначены кружками (О). Эти точки пересечения соответствуют таким пеленгам на основной плоскости (пунктирные прямые на фиг.1), которые пересекаются в одной точке ро.As a result of direction finding, an array of data (distances and / or bearings) is obtained. Put on the navigation map the position of the landmarks (figure 1) p 1 , p 2 , p 3 and the measured bearings d 1 , d 2 , d 3 . To determine the coordinates of a moving marine object, constructs are performed on the dual plane (Fig. 2), where the points of the landmarks p 1 , p 2 , p 3 correspond to the dual straight lines p 1 , p 2 , p 3 , the coordinates of which are determined by the formula d: у = ax + b → d (a, -b). The direct bearings of d 1 , d 2 , d 3 will correspond to the dual points d 1 , d 2 , d 3 , the coordinates of which are determined by the formula p (a, b) → p: ax-b. If bearings on the main plane do not intersect at one point, then on the dual plane, points d 1 , d 2 , d 3 do not lie on one straight line. The least squares method is used to find a straight line po, the least deviating from the points d 1 , d 2 , d 3 . This straight line on the dual plane corresponds to the desired location point ro of the marine moving object on the main plane (O is the point in Fig. 1). The straight line po in the dual plane intersects all three lines p 1 , p 2 , p 3 . In figure 2, the intersection points are indicated by circles (O). These intersection points correspond to such bearings on the main plane (dashed lines in figure 1), which intersect at one point po.

Далее числовые значения полученных координат представляются в виде символов, количество которых соответствует представлению числа с заданной точностью, что практически равно числу разрядов в двоичном представлении этого числа с той же точностью. При этом запись числа в символьной системе содержит информацию не только об измеренном значении, но и содержит информацию о погрешности представления числа. Эта операция осуществляется посредством ЭВМ, составляющей наряду со средствами измерения расстояний и пеленгов и графопостроителем автоматизированную систему определения места подвижного морского объекта. При этом символьное представление чисел, характеризующих измеренные значения координат, осуществляется путем построения бинарного дерева Штерна-Брока (Грэхем Р., Кнут Д., Паташник О. Конкретная математика. - М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2006. - 703 с.).Further, the numerical values of the obtained coordinates are presented in the form of symbols, the number of which corresponds to the representation of the number with a given accuracy, which is almost equal to the number of bits in the binary representation of this number with the same accuracy. Moreover, the record of the number in the symbol system contains information not only about the measured value, but also contains information about the error in representing the number. This operation is carried out by means of a computer, which, along with means for measuring distances and bearings and a plotter, forms an automated system for determining the location of a moving marine object. The symbolic representation of numbers characterizing the measured coordinate values is carried out by constructing the Stern-Brock binary tree (Graham R., Knut D., Patashnik O. Concrete mathematics. - M .: BINOM. Laboratory of Knowledge, 2006. - 703 p.) .

Последовательность символов в представлении числа, характеризующего координаты, определяют все соответствующие узлы в дереве Штерна-Броко. Для наинизшего узла находятся его соседи как по вертикали, так и по горизонтали, что позволяет оценить точность представления числа и при необходимости перейти к представлению этого числа с другой (требуемой) точностью.The sequence of characters in the representation of the number characterizing the coordinates is determined by all the corresponding nodes in the Stern-Broco tree. For the lowest node, its neighbors are found both vertically and horizontally, which allows us to evaluate the accuracy of the representation of the number and, if necessary, switch to the representation of this number with a different (required) accuracy.

В задачах учета влияния гидрологических явлений на скорость распространения звука в водной среде большое значение имеет выбор функции распределения гидрологических характеристик для оценки экстремальных значений, определяющих степень влияния гидрологических условий на скорость распространения звука на разных горизонтах водной среды.In the problems of taking into account the influence of hydrological phenomena on the speed of sound propagation in the aquatic environment, the choice of the distribution function of hydrological characteristics is important for evaluating extreme values that determine the degree of influence of hydrological conditions on the speed of sound propagation at different horizons of the aquatic environment.

Ввиду того, что экстремальные значения гидрологических и гидроакустических характеристик распределены не по экспоненциальному закону, как это свойственно нормально распределенным случайным величинам, а по степенному закону, то это приводит к тому, что ущерб от экстремальных значений значительно выше, чем это обычно оценивается при использовании нормального закона распределения. Обоснованием этому может служить классическая теория экстремумов (Лидбеттер М., Ротсен X., Линдгрен Г. Экстремумы случайных последовательностей и процессов. - М.: Мир, 1989. - 392 с.), в которой рассматривается распределение максимума:Due to the fact that the extreme values of hydrological and hydroacoustic characteristics are distributed not according to the exponential law, as is characteristic of normally distributed random variables, but according to a power law, this leads to the fact that the damage from the extreme values is much higher than what is usually estimated using normal distribution law. The rationale for this is the classical theory of extrema (Leadbetter M., Rotsen X., Lindgren G. Extremums of random sequences and processes. - M .: Mir, 1989. - 392 p.), Which considers the distribution of the maximum:

Figure 00000001
Figure 00000001

где n независимых и одинаково распределенных случайных величин ξ с функцией распределения F(x) при больших значениях n.where n are independent and identically distributed random variables ξ with the distribution function F (x) for large values of n.

Основной результат этой теории утверждает, что если для некоторых последовательностей нормирующих констант an>0, bn случайная величина an(Mn-bn) имеет невырожденную предельную функцию распределения G(x), то эта функция G(x) должна иметь одну из трех возможных формThe main result of this theory states that if for some sequences of normalizing constants a n > 0, b n the random variable a n (M n -b n ) has a non-degenerate limit distribution function G (x), then this function G (x) should have one of three possible forms

Тип 1: G(x)=ехр(-е-x), -∞<х<∞,Type 1: G (x) = exp (-e -x ), -∞ <x <∞,

Тип 2:

Figure 00000002
Type 2:
Figure 00000002

Тип 3:

Figure 00000003
Type 3:
Figure 00000003

В частности доказывается, что "хвосты" всех функций распределения F(x) имеют только два типа:In particular, it is proved that the “tails” of all distribution functions F (x) have only two types:

- экспоненциальный (е-x) для типа 1 (например, для нормального закона распределения);- exponential (e -x ) for type 1 (for example, for the normal distribution law);

- степенной (х, α>0) для типов 2 и 3.- power law (х , α> 0) for types 2 and 3.

Покажем, что экстремальные значения гидроакустических характеристик распределены по степенному закону. Логика доказательства следующая.We show that the extreme values of hydroacoustic characteristics are distributed according to a power law. The logic of the proof is as follows.

Прямыми статистическими оценками рядов наблюдений нельзя оценить поведение "хвоста" распределения в силу редкости экстремальных событий. Воспользуемся косвенным приемом, а именно тем, что поведение "хвостов" распределений разбивает все множество невырожденных распределений случайных величин на два класса эквивалентности - степенной и экспоненциальный. Причем линейные статистики не нарушают этого разбиения. Выберем такую статистику L(an,bn) для временного хода гидрологической характеристики ξ(n), которая приводит к случайной величине η(n), распределенной по некоторому закону F*(y), для которой известен из классической теории экстремумов тип распределения ее "хвоста". Тогда такой же тип распределения "хвоста" будет у значений экстремумов гидроакустической характеристики.Direct statistical estimates of the series of observations cannot evaluate the behavior of the “tail” of the distribution due to the rarity of extreme events. We use an indirect technique, namely, that the behavior of the “tails” of the distributions splits the entire set of non-degenerate distributions of random variables into two equivalence classes - power and exponential. Moreover, linear statistics do not violate this partition. We choose such statistics L (a n , b n ) for the time course of the hydrological characteristic ξ (n), which leads to a random variable η (n) distributed according to some law F * (y), for which the distribution type is known from the classical theory of extrema her tail. Then the same type of tail distribution will be for the extrema of the sonar characteristic.

В качестве линейной статистики воспользуемся статистикой Герста, которая имеет вид (Федер Е. Фракталы. - М.: Мир, 1991. - 260 с.):As linear statistics we use the statistics of Gerst, which has the form (Feder E. Fractals. - M .: Mir, 1991. - 260 p.):

Figure 00000004
Figure 00000004

гдеWhere

Figure 00000005
Figure 00000005

Figure 00000006
Figure 00000006

Figure 00000007
Figure 00000007

Оценим функцию распределения F*(y) случайной величины η, полученную с помощью этого преобразования.Let us estimate the distribution function F * (y) of the random variable η obtained using this transformation.

Обработка временных рядов гидрологических характеристик приводит к следующей степенной зависимостиProcessing time series of hydrological characteristics leads to the following power law

F*(y)~τH,F * (y) ~ τ H ,

где 1/2<H<1.where 1/2 <H <1.

Следовательно, статистика Герста определяет случайную функцию, распределенную по степенному закону, который, как доказывается в теории экстремумов, имеет степенное распределение "хвоста". Значит и "хвосты" гидроакустических характеристик имеют степенное распределение.Therefore, Gerst statistics determines a random function distributed according to a power law, which, as proved in the theory of extrema, has a power distribution of the tail. This means that the “tails” of hydroacoustic characteristics have a power-law distribution.

Ущерб от экстремального значения гидроакустической характеристики, очевидно, является некоторой степенной функцией от величины экстремумаThe damage from the extreme value of the hydroacoustic characteristic is obviously a certain power function of the magnitude of the extremum

Q~xn, n<1.Q ~ x n , n <1.

Если в качестве количественной оценки влияния экстремальных значений гидроакустических характеристик при проектировании использовать математическое ожидание ущербаIf we use the mathematical expectation of damage as a quantitative assessment of the influence of extreme values of hydroacoustic characteristics during design

Figure 00000008
Figure 00000008

где f(x) - функция плотности распределения "хвоста" гидроакустической характеристики, то очевидно получаем:where f (x) is the density function of the "tail" of the hydroacoustic characteristic, we obviously get:

Figure 00000009
Figure 00000009

Для нормального закона распределения

Figure 00000010
при любом n. Для наблюдаемых гидроакустических процессов α~1, и вероятнее всего большое влияние "хвоста" распределения на величину ущерба от возникновения экстремального значения гидроакустической характеристики.For the normal distribution law
Figure 00000010
for any n. For the observed sonar processes, α ~ 1, and most likely a large influence of the “tail” of the distribution on the amount of damage from the occurrence of the extreme value of the sonar characteristic.

Оценку погрешности определения координат по пеленгам выполняют в следующей последовательности.The error in determining the coordinates from bearings is evaluated in the following sequence.

Оценка погрешности определения координат по пеленгам поясняется чертежами.The estimation of the error in determining the coordinates by bearings is illustrated by the drawings.

Фиг.3. Расположение пеленгов относительно истинного пеленга. Точка ориентира 1, истинная точка обсервации 2, истинный пеленг 3, левый измеренный пеленг 4, правый измеренный пеленг 5.Figure 3. The location of the bearings relative to the true bearing. Landmark 1, true observation point 2, true bearing 3, left measured bearing 4, right measured bearing 5.

Фиг.4. Классы геометрических конфигураций трех ориентиров и точки обсервации. Ориентиры 1, истинная точка обсервации 2, фиг.4а - точка обсервации 2 находится в треугольнике с вершинами в точках ориентиров 1, фиг.4б - точка обсервации 2 находится вне треугольника с вершинами в точках ориентиров 1.Figure 4. Classes of geometric configurations of three landmarks and observation points. Landmarks 1, true observation point 2, figa - observation point 2 is in a triangle with vertices at points of landmarks 1, fig. 4b - observation point 2 is outside the triangle with vertices at points of landmarks 1.

Фиг.5. Классы конфигураций. Сплошные прямые - измеренные пеленги, пунктирные - истинные пеленги.Figure 5. Classes of configurations. Solid lines are measured bearings, dotted lines are true bearings.

Фиг.6а. Класс конфигураций, при которых точка обсервации 2 находится внутри треугольника с вершинами в точках ориентиров.Figa. A class of configurations in which observation point 2 is inside a triangle with vertices at landmark points.

Фиг.6b. Класс конфигураций, при которых точка обсервации 2 находится вне вершины треугольника с вершинами в точках ориентиров 1.Fig.6b. A class of configurations in which observation point 2 is located outside the vertices of a triangle with vertices at landmark points 1.

Фиг.7. Графики вероятности расположения точки обсервации 2 внутри треугольника погрешностей.7. Charts of the probability of the location of observation point 2 inside the error triangle.

Фиг.8а, б, в. Примеры графиков суммарной вероятности нахождения точки обсервации в треугольнике погрешностей.Figa, b, c. Examples of graphs of the total probability of finding the observation point in the error triangle.

Теоретически определение погрешности основывается на количественной оценке этой степени достоверности в виде вероятности нахождения точки обсервации внутри треугольника погрешностей. Решения поставленной задачи лежат в области комбинаторной вероятности с некоторыми естественными предположениями относительно вероятностных свойств геометрических объектов. Предварительно приведем несколько технических уточнений для однозначности дальнейшего изложения.Theoretically, the determination of the error is based on a quantitative assessment of this degree of reliability in the form of the probability of finding the observation point inside the error triangle. The solutions to this problem lie in the field of combinatorial probability with some natural assumptions regarding the probabilistic properties of geometric objects. First, we give a few technical clarifications for the sake of uniqueness of the further presentation.

Будем считать, что измеренный пеленг на ориентир всегда имеет случайную погрешность относительно истинного пеленга. Измеренный пеленг может лежать слева или справа относительно истинного пеленга (фиг.3). Если измеренный пеленг лежит справа от истинного, то это событие будем обозначать символом R, а если слева, то - L.We assume that the measured bearing for a landmark always has a random error with respect to the true bearing. The measured bearing can lie on the left or right relative to the true bearing (figure 3). If the measured bearing lies to the right of the true, then this event will be denoted by the symbol R, and if to the left, then L.

Сделаем следующие предположения относительно вероятностных свойств отклонения измеренного пеленга относительно истинного.Let us make the following assumptions regarding the probabilistic properties of the deviation of the measured bearing relative to the true one.

1. Функция плотности распределения отклонения измеренного пеленга относительно истинного существует, но неизвестна. Пусть в соответствии с этой функцией плотности распределения вероятность нахождения измеренного пеленга слева относительно истинного будет равна PL, тогда вероятность нахождения измеренного пеленга справа относительно истинного будет равна PR=1-PL.1. The density distribution function of the deviation of the measured bearing relative to the true exists, but is unknown. Let, in accordance with this density distribution function, the probability of finding the measured bearing to the left relative to the true one is equal to P L , then the probability of finding the measured bearing to the right relative to the true one will be equal to P R = 1-P L.

2. При обсервации по трем пеленгам множество погрешностей являются попарно независимыми случайными событиями со своими функциями плотности распределения и, следовательно, со своими PL(n) и PR(n), n∈(1, 2, 3).2. When observing along three bearings, a lot of errors are pairwise independent random events with their distribution density functions and, therefore, with their P L (n) and P R (n), n∈ (1, 2, 3).

Таким образом, при измерении одного пеленга имеется только два несовместимых события: R и L. Эта пара событий образует в рассматриваемой задаче полную группу событий измерения одного пеленга Ω1={R1,L1}. При измерении трех пеленгов будем иметь ΩN={R1,L1,R2,L2,R3,L3}.Thus, when measuring one bearing, there are only two incompatible events: R and L. This pair of events forms in the considered problem a complete group of events of measuring one bearing Ω 1 = {R 1 , L 1 }. When measuring three bearings, we will have Ω N = {R 1 , L 1 , R 2 , L 2 , R 3 , L 3 }.

С учетом вышеизложенного, решение поставленной задачи сводится к следующим этапам:In view of the foregoing, the solution of the problem is reduced to the following steps:

1. Выявить все возможные комбинации нахождения измеренных пеленгов слева или справа относительно истинных М={ε1, ε2, ε3}, где ε={R, L}.1. To identify all possible combinations of finding the measured bearings on the left or on the right with respect to the true M = {ε 1 , ε 2 , ε 3 }, where ε = {R, L}.

2. Определить среди списка комбинаций М подмножество m комбинаций, для которых точка обсервации будет лежать в треугольнике погрешностей.2. Define among the list of combinations M the subset of m combinations for which the observation point will lie in the error triangle.

3. Вычислить суммарную вероятность Р(m) появления подмножества комбинаций, для которых точка обсервации будет лежать в треугольнике погрешностей.3. Calculate the total probability P (m) of the appearance of a subset of combinations for which the observation point will lie in the error triangle.

Для упрощения изложения положим, что PL(n)=PR(n)=0.5 (требование равно вероятности) для всех n=1, 2, 3 (в дальнейшем это ограничение будет снято).To simplify the presentation, we assume that P L (n) = P R (n) = 0.5 (the requirement is equal to probability) for all n = 1, 2, 3 (this restriction will be removed in the future).

Ориентиры занумеруем по часовой стрелке относительно точки обсервации. Выбор первого ориентира - произволен. Номера ориентиров никак не связаны с порядком измерения пеленгов.Landmarks will be numbered clockwise relative to the observation point. The choice of the first reference point is arbitrary. The reference numbers are in no way related to the bearing measurement order.

Выполнение первого этапа решения. Число возможных комбинаций (элементов множества М) равно 23. В таблице 1 перечислены все возможные комбинации.The implementation of the first stage of the decision. The number of possible combinations (elements of the set M) is 2 3 . Table 1 lists all possible combinations.

На втором этапа решения поставленной задачи все геометрические конфигурации имеет два класса геометрических конфигураций трех ориентиров и точки обсервации, обладающих различными типами комбинаций m, для которых точка обсервации будет лежать в треугольнике погрешностей. Это определяется тем, что расстояния от точки обсервации до ориентиров не имеют значения (поэтому будем изображать положения ориентиров на окружности единичного радиуса с центром в точке обсервации с учетом пеленга).At the second stage of solving the problem, all geometric configurations have two classes of geometric configurations of three landmarks and an observation point, which have different types of combinations m for which the observation point will lie in the error triangle. This is determined by the fact that the distances from the observation point to the landmarks do not matter (therefore, we will depict the positions of the landmarks on the circle of a unit radius centered at the observation point, taking into account the bearing).

Таблица 1Table 1 Перечень возможных комбинаций нахождения измеренных пеленгов слева или справа относительно истинных при обсервации по трем пеленгамThe list of possible combinations of finding the measured bearings on the left or on the right relative to the true when observing on three bearings Номер пеленгаBearing number 1 (поз.6 на фиг.5)1 (item 6 in FIG. 5) 2 (поз.7 на фиг.5)2 (item 7 in FIG. 5) 3 (поз.8 на фиг.5)3 (item 8 in FIG. 5) Номер комбинацииCombination number 1 to RR RR RR 2k RR RR LL 3k RR LL RR 4k RR LL LL 5k LL RR RR 6k LL RR LL 7k LL LL RR 8k LL LL LL

Один класс, обозначим его класс-А, состоит из конфигураций, при которых точка обсервации лежит в треугольнике с вершинами в точках ориентиров (фиг.4а), а другой класс, обозначим его класс-В, состоит из конфигураций, в которых точка обсервации лежит вне треугольника с вершинами в точках ориентиров (фиг.4b).One class, denoting its class-A, consists of configurations in which the observation point lies in a triangle with vertices at landmark points (figa), and another class, denoting its class-B, consists of configurations in which the observation point lies outside the triangle with vertices at the points of reference (fig.4b).

Типичные ситуации нахождения измеренных пеленгов слева или справа относительно истинных для всех комбинаций таблицы 1 представлены для конфигураций класса А на фиг.5а, для класса В на фиг.5b.Typical situations of finding the measured bearings on the left or on the right relative to true for all combinations of table 1 are presented for configurations of class A in figa, for class B in fig.5b.

Из этих рисунков следует, что для конфигураций класс-А для которых точка обсервации будет лежать в треугольнике погрешностей состоит из комбинаций, соответствующих номерам 1 и 8 таблицы 1 (mA={{R,R,R},{L,L,L}}), а для конфигураций класса-В состоит из комбинаций, соответствующих номерам 3 и 6 (mB={{R,L,R},{L,R,L}}).From these figures it follows that for class-A configurations for which the observation point will lie in the error triangle consists of combinations corresponding to numbers 1 and 8 of table 1 (m A = {{R, R, R}, {L, L, L }}), and for class-B configurations it consists of combinations corresponding to numbers 3 and 6 (m B = {{R, L, R}, {L, R, L}}).

Таким образом, результат второго этапа состоит в доказательстве того, что при обсервации по трем пеленгам точка обсервации лежит в треугольнике погрешностей только при двух комбинациях в каждом из двух классов конфигураций.Thus, the result of the second stage consists in proving that when observing in three bearings, the observation point lies in the error triangle with only two combinations in each of the two classes of configurations.

Третий этап включает вычисления суммарной вероятности Р(m) нахождения точки обсервации в треугольнике погрешностей. Сделанные ранее предположения о вероятностных свойствах погрешностей измерения пеленга позволяют воспользоваться теорией комбинаторной вероятности. Получим:The third step involves calculating the total probability P (m) of finding the observation point in the error triangle. Earlier assumptions about the probabilistic properties of bearing measurement errors allow us to use the theory of combinatorial probability. We get:

Figure 00000011
Figure 00000011

Figure 00000012
Figure 00000012

Таким образом, при условии равновероятности (0.5) получения измеренного значения пеленга слева или справа относительно истинного значения вероятность того, что точка обсервации будет лежать в треугольнике погрешностей равна

Figure 00000013
в каждом из двух классов конфигураций. Ясно, что всякая конкретная обсервация относится только к одному из двух классов конфигураций.Thus, under the condition of equiprobability (0.5) of obtaining the measured bearing value from the left or from the right with respect to the true value, the probability that the observation point will lie in the error triangle is
Figure 00000013
in each of two classes of configurations. It is clear that any particular observation refers to only one of two classes of configurations.

Ослабим требование равно вероятности. Положим, что PR(n)=Р0 принимает некоторое значение в интервале нуль - единица, причем одно и то же для всех n=1, 2, 3. n.Weaken the requirement is equal to probability. We assume that P R (n) = P 0 assumes a certain value in the interval zero - unity, and the same for all n = 1, 2, 3. n.

Тогда (4) и (5) запишутся в видеThen (4) and (5) can be written as

Figure 00000014
Figure 00000014

Figure 00000015
Figure 00000015

Значения функции (3) при стремлении Р0 к нулю или к единице стремятся к единице. Действительно, если Р0 стремится к нулю, то первое слагаемое в (6) стремится к нулю, а второе к единице, а если Р0 стремится к единице, то первое слагаемое в (6) стремится к единице, а второе к нулю. Так как (6) непрерывная не постоянная функция, имеющая максимальное значение, равное единице, то (6) должна иметь минимум. Он равен

Figure 00000016
и достигается в точке Р0=1/2.The values of function (3) as P 0 tends to zero or to unity tend to unity. Indeed, if P 0 tends to zero, then the first term in (6) tends to zero, and the second to unity, and if P 0 tends to unity, then the first term in (6) tends to unity, and the second to zero. Since (6) is a continuous non-constant function having a maximum value equal to unity, then (6) should have a minimum. He is equal
Figure 00000016
and is reached at the point P 0 = 1/2.

Значения функции (7) при стремлении Р0 к нулю или к единице стремятся к нулю. Действительно, если Р0 стремится к нулю или единице, то первое и второе слагаемые в (4) стремятся к нулю. Так как (7) непрерывная не постоянная функция, имеющая минимальное значение равное нулю, то (6) должна иметь максимум. Он равен

Figure 00000017
и достигается в точке Р0=1/2.Values of function (7) tend to zero when P 0 tends to zero or to unity. Indeed, if P 0 tends to zero or unity, then the first and second terms in (4) tend to zero. Since (7) is a continuous non-constant function having a minimum value equal to zero, then (6) should have a maximum. He is equal
Figure 00000017
and is reached at the point P 0 = 1/2.

Графики для выражений (6) и (7) представлены на фиг.6.Graphs for expressions (6) and (7) are presented in Fig.6.

Таким образом, в случае PR(n)=Р0 вероятность того, что точка обсервации лежит внутри треугольника погрешностей существенно зависит от класса конфигурации. Увеличение несимметричности в нахождении измеренного пеленга слева или справа относительно истинного для класса-А увеличивает вероятность нахождения точки обсервации в треугольнике погрешностей, а для класса-В - наоборот - уменьшает. При P0=1/2, вероятность нахождения точки обсервации в треугольнике погрешностей равна

Figure 00000017
и для класса-А и для класса-В. Однако при этом для класса-А это точка минимума, а для класса-В - точка максимума (фиг.6).Thus, in the case of P R (n) = P 0, the probability that the observation point lies inside the error triangle substantially depends on the configuration class. An increase in the asymmetry in finding the measured bearing on the left or on the right relative to true for class A increases the likelihood of finding an observation point in the error triangle, and for class B, on the contrary, it decreases. When P 0 = 1/2, the probability of finding a point of observation errors of the triangle is equal to
Figure 00000017
for both Class A and Class B. However, for class A this is the minimum point, and for class B it is the maximum point (Fig. 6).

Положим, что PR(n) имеет любое значение в интервале нуль - единица, причем свое для каждого n=1, 2, 3. Тогда (6) и (7) примут видWe assume that P R (n) has any value in the interval zero - unity, and its own for each n = 1, 2, 3. Then (6) and (7) take the form

Figure 00000018
Figure 00000018

Figure 00000019
Figure 00000019

Значение функции (8) будет максимально (единица), если все PR(n) (n=1, 2, 3) будут равны единице или нулю одновременно. Значение функции (8) будет минимально (нуль), если одно из PR(n) равно единице, а любое другое равно нулю. Отсюда, так как функция (8) непрерывная, то значения (8) лежат в интервале нуль - единица.The value of function (8) will be maximum (one) if all P R (n) (n = 1, 2, 3) are equal to one or zero at the same time. The value of function (8) will be minimal (zero) if one of P R (n) is equal to one, and any other is equal to zero. Hence, since function (8) is continuous, the values of (8) lie in the interval zero - unity.

Значение функции (9) будет максимально (единица), если PR(1) и PR(3) равны единице, а PR(2) равна нулю, или если PR(1) и PR(3) равны нулю, а PR(2) равна единице. Значение функции (9) будет минимально (нуль), если PR(1) или PR(3) равна нулю и PR(2) равна нулю, или если PR(1) или PR(3) равны единице и PR(2) равна единице. Отсюда, так как функция (9) непрерывная, то значения (9) лежат в интервале нуль - единица.The value of function (9) will be maximum (one) if P R (1) and P R (3) are equal to one, and P R (2) is equal to zero, or if P R (1) and P R (3) are equal to zero , and P R (2) is equal to one. The value of function (9) will be minimal (zero) if P R (1) or P R (3) is equal to zero and P R (2) is equal to zero, or if P R (1) or P R (3) are equal to one and P R (2) is equal to one. Hence, since the function (9) is continuous, the values of (9) lie in the interval zero - unity.

Некоторые примеры графиков для (8) представлены на фиг.7.Some examples of graphs for (8) are presented in Fig.7.

Таким образом, в случае, когда PR(п) имеет любое значение в интервале нуль - единица, причем свое для каждого n=1, 2, 3, вероятность того, что точка обсервации лежит внутри треугольника погрешностей также существенно зависит от класса конфигурации. Для класса-А увеличение несимметричности в нахождении каждого измеренного пеленга в одну строну (влево или вправо) относительно истинного увеличивает вероятность нахождения точки обсервации в треугольнике погрешностей. Для класса-В вероятность нахождения точки обсервации в треугольнике погрешностей достигается при увеличении больших (малых) значений PR(1) и PR(3) и одновременно малых (больших) значений PR(2).Thus, in the case when P R (n) has any value in the interval zero - unity, and its own for each n = 1, 2, 3, the probability that the observation point lies inside the error triangle also significantly depends on the configuration class. For Class-A, an increase in the asymmetry in finding each measured bearing by one side (left or right) relative to the true one increases the probability of finding the observation point in the error triangle. For class-B, the probability of finding an observational point in the error triangle is achieved by increasing large (small) values of P R (1) and P R (3) and simultaneously small (large) values of P R (2).

В результате теоретического анализа установлено, что:As a result of theoretical analysis, it was found that:

1. Вероятность нахождения точки обсервации внутри треугольника погрешностей зависит от двух классов взаимного расположения (конфигурации) точки обсервации и ориентиров, а именно класса (класс-А), когда точка обсервации находится внутри треугольника с вершинами в точках ориентиров, и класса (класс-В), когда точка лежит вне треугольника с вершинами в точках ориентиров.1. The probability of finding the observation point inside the error triangle depends on two classes of relative location (configuration) of the observation point and landmarks, namely the class (class-A), when the observation point is inside a triangle with vertices at the landmark points, and class (class-B ), when the point lies outside the triangle with vertices at the points of reference.

2. В предположении, что в процессе одной обсервации вероятность того, что каждый измеренный пеленг находится с фиксированной стороны от истинного пеленга, равна одному фиксированному для этой обсервации значению Р0∈[0,1], вероятность того, что точка обсервации лежит внутри треугольника погрешностей равна:2. Assuming that during one observation the probability that each measured bearing is located on a fixed side from the true bearing is equal to one fixed value P 0 ∈ [0,1] for this observation, the probability that the observation point lies inside the triangle errors is equal to:

- для класса-А не меньше чем

Figure 00000017
;- for class A not less than
Figure 00000017
;

- для класса-В не больше чем

Figure 00000017
.- for class-B no more than
Figure 00000017
.

3. При более слабом предположении, если PR(n) имеет любое значение в интервале нуль - единица, причем свое для каждого n=1, 2, 3, вероятность того, что точка обсервации лежит внутри треугольника погрешностей может иметь любое значение в интервале нуль - единица. Причем искусственно вводя «систематическую» погрешность в измеренные значения пеленгов, можно получить треугольник погрешностей, который с вероятностью, близкой к единице, содержит точку обсервации.3. Under a weaker assumption, if P R (n) has any value in the interval zero - one, and its own for each n = 1, 2, 3, the probability that the observation point lies inside the error triangle can have any value in the interval zero is one. Moreover, by artificially introducing a “systematic” error into the measured values of bearings, one can obtain a triangle of errors, which, with a probability close to unity, contains an observation point.

Практическая реализация метода заключается в следующем.The practical implementation of the method is as follows.

Измеряют компасные пеленги видимых и нанесенных на навигационную карту ориентиров, начиная от ориентиров, лежащих ближе к диаметральной плоскости подводного объекта.Compass bearings are measured for landmarks that are visible and plotted on the navigation map, starting from landmarks lying closer to the diametrical plane of the underwater object.

Исправляют компасные пеленги поправкой компаса. Прокладывают на навигационной карте от соответствующих ориентиров линии вычисленных пеленгов, точка пересечения которых является местом подводного объекта. При этом, если при определении по трем ориентирам линии пеленгов в одной точке не пересекаются, образуя треугольник погрешностей, выполняют построение треугольника погрешностей, включающего точку обсервации в следующей последовательности.Correct compass bearings by compass correction. Lay on the navigation map from the corresponding landmarks the lines of the calculated bearings, the intersection of which is the place of the underwater object. In this case, if, when determining from three reference points, the bearing lines at one point do not intersect, forming a triangle of errors, a triangle of errors is constructed, including the observation point in the following sequence.

Полученные значения трех измеренных пеленгов {φ1, φ2, φ3} пронумеровывают по порядку.The obtained values of the three measured bearings {φ 1 , φ 2 , φ 3 } are numbered in order.

Задают значение угла α, по величине сравнимого с предполагаемым значением абсолютной ошибки при измерении пеленгов, соответствующей величине поправки компаса.The value of the angle α is set, comparable in magnitude with the assumed value of the absolute error when measuring bearings, corresponding to the magnitude of the compass correction.

Определяют класс конфигураций, образуемый точкой обсервации и ориентирами.The class of configurations formed by the observation point and landmarks is determined.

Рассчитывают значения пеленгов {ϕ1, ϕ2, ϕ3} с учетом величины поправки компаса при этом:The bearing values {ϕ 1 , ϕ 2 , ϕ 3 } are calculated taking into account the magnitude of the compass correction in this case:

- для ситуации класса-А: складывают (или вычитают) значения {φ1, φ2, φ3} и α;- for a class-A situation: add (or subtract) the values {φ 1 , φ 2 , φ 3 } and α;

- для ситуации класса-В: складывают (или вычитают) значения {φ1, φ3}и α и вычитают (или складывают) значения {φ2} и α;- for a class-B situation: add (or subtract) the values {φ 1 , φ 3 } and α and subtract (or add) the values {φ 2 } and α;

- строят треугольник погрешностей по значениям пеленгов {ϕ1, ϕ2, ϕ3}.- build a triangle of errors on the values of bearings {ϕ 1 , ϕ 2 , ϕ 3 }.

Величину погрешности устанавливают по значениям точек обсервации, находящихся внутри треугольника.The error value is set according to the values of the observation points located inside the triangle.

В практике обработки гидроакустических наблюдений существует задача оценки среднего значения гидроакустической характеристики в некотором пространственно-временном объеме по дискретным наблюдениям. Каждое дискретное наблюдение фиксируется четырьмя координатами: временем, широтой, долготой и глубиной (высотой). Другими словами, значение гидроакустической характеристики в общем случае является функцией, заданной в четырехмерном координатном пространстве. В частных случаях эта размерность может принимать и меньшие значения. Размерность определяется числом координат точек наблюдений, значения которых меняются в массиве наблюдений. Например, для типичных задач по расчету среднего значения гидроакустической характеристики по дискретным наблюдениям:In the practice of processing sonar observations, there is the task of estimating the average value of the sonar characteristic in a certain spatio-temporal volume from discrete observations. Each discrete observation is fixed by four coordinates: time, latitude, longitude, and depth (height). In other words, the value of the hydroacoustic characteristic in the general case is a function defined in the four-dimensional coordinate space. In special cases, this dimension can take smaller values. The dimension is determined by the number of coordinates of the observation points, the values of which change in the array of observations. For example, for typical tasks of calculating the average value of the sonar characteristic from discrete observations:

1) по дискретным во времени измерениям в географической точке с фиксированными координатами на фиксированной глубине;1) by time-discrete measurements at a geographical point with fixed coordinates at a fixed depth;

2) по одновременным наблюдениям в некоторой пространственной области на фиксированной глубине;2) by simultaneous observations in a certain spatial region at a fixed depth;

3) по наблюдениям в некотором районе в разные моменты времени и в разных точках на фиксированной глубине;3) according to observations in a certain area at different points in time and at different points at a fixed depth;

4) по наблюдениям в некотором фиксированном районе за некоторый интервал времени в некотором интервале глубин.4) according to observations in a certain fixed region for a certain time interval in a certain interval of depths.

Нумерация задач соответствует размерности пространства задания гидроакустической характеристики.The numbering of tasks corresponds to the dimension of the task space of the hydroacoustic characteristics.

В известных способах среднее арифметическое для любой задачи рассчитывают путем прямого суммирования всех измеренных значений, попадающих в рассматриваемый пространственно-временной объем, и делят на общее число измерений.In known methods, the arithmetic average for any task is calculated by direct summation of all measured values falling into the considered spatio-temporal volume and divided by the total number of measurements.

В действительности такой метод расчета среднего арифметического гидроакустической характеристики не позволяет получить минимально возможную погрешность в оценке среднего. Причиной этого является то, что в принятом методе игнорируется распределение точек наблюдения по пространственно-временному объему. Более того, точность оценки среднего значения применяемого метода уменьшается с увеличением размерности пространства координат наблюдений.In fact, this method of calculating the arithmetic mean of the sonar characteristic does not allow us to obtain the minimum possible error in estimating the mean. The reason for this is that in the adopted method, the distribution of observation points over the spatio-temporal volume is ignored. Moreover, the accuracy of estimating the average value of the applied method decreases with increasing dimension of the space of observation coordinates.

В заявляемом способе применен адекватный метод расчета среднего арифметического значения гидроакустической характеристики, минимизирующий погрешность.In the inventive method, an adequate method is used to calculate the arithmetic mean of the hydroacoustic characteristic, minimizing the error.

Задача определения среднего значения гидроакустической характеристики по значениям характеристики в дискретных пространственно-временных точках с математической точки зрения является задачей оценки среднего арифметического значения непрерывной функции в пространственно-временном объеме по ее значениям в дискретных точках. Погрешность в оценке среднего арифметического, при условии изотропности изменчивости функции, определяется структурой «неравномерности» расположения точек измерения в пространственно-временном объеме. Наименьшую погрешность дают точки, равномерно распределенные по рассматриваемому объему. Точки называются равномерно распределенными в n-мерном единичном кубе, если в любом гиперкубе число точек пропорционально объему гиперкуба (Соболь И.М. Многомерные квадратурные формулы и функции Хаара. - М.: Наука, 1969. - 288 с.).From the mathematical point of view, the task of determining the average value of the hydroacoustic characteristic from the values of the characteristic at discrete space-time points is the problem of estimating the arithmetic mean of a continuous function in a space-time volume from its values at discrete points. The error in the estimation of the arithmetic mean, subject to the isotropy of the variability of the function, is determined by the structure of the "unevenness" of the location of the measurement points in the spatio-temporal volume. The smallest error is given by points uniformly distributed over the volume under consideration. Points are called uniformly distributed in an n-dimensional unit cube if in any hypercube the number of points is proportional to the volume of the hypercube (I. M. Sobol. Multidimensional quadrature formulas and Haar functions. - M .: Nauka, 1969. - 288 p.).

Формально это определяется следующим образом. Обозначим через Kn единичный куб в n-мерном пространстве: Kn состоит из всех точек Р с декартовыми координатами Р=(x1, …, xn), которые удовлетворяют неравенствам 0≤xj≤1 (j=1, 2, …, n). Рассмотрим последовательность точек P0, P1, …, Pi,…, принадлежащих кубу Kn размерности n, и обозначим через SN (G) количество точек Pi с номерами 0<i<N-1, принадлежащими множеству G. Последовательность точек Р0, Р1, …, Pi,… называется равномерно распределенной в Kn (сокращенно p.p.), если для любого n-го параллелепипеда π с ребрами, параллельными координатным осям,Formally, this is defined as follows. We denote by K n the unit cube in n-dimensional space: K n consists of all points P with Cartesian coordinates P = (x 1 , ..., x n ) that satisfy the inequalities 0≤x j ≤1 (j = 1, 2, ..., n). Consider a sequence of points P 0 , P 1 , ..., P i , ... belonging to a cube K n of dimension n, and denote by S N (G) the number of points P i with numbers 0 <i <N-1 belonging to G. The sequence points P 0 , P 1 , ..., P i , ... is called uniformly distributed in K n (abbreviated pp), if for any nth box π with edges parallel to the coordinate axes,

Figure 00000020
Figure 00000020

где Vπ - объем параллелепипеда π. Можно доказать, что если G произвольная область, расположенная в Kn и имеющая объем VG, то из (10) вытекает, чтоwhere V π is the volume of the parallelepiped π. It can be proved that if G is an arbitrary domain located in K n and having volume V G , then it follows from (10) that

Figure 00000021
Figure 00000021

Таким, образом, при больших N количество точек p.p.последовательности, принадлежащих любой области G, пропорционально объему G.Thus, for large N, the number of points of a p.p. sequence belonging to any domain G is proportional to the volume G.

По теореме Вейля (Соболь И.М. Многомерные квадратурные формулы и функции Хаара. - М.: Наука, 1969. - 288 с.) для того, чтобы {Pi} была p.p., необходимо и достаточно, чтобы для любой интегрируемой, по Риману, функции f(P) выполнялось соотношениеBy Weyl theorem (Sobol IM Multidimensional quadrature formulas and Haar functions -. M .: Nauka, 1969. -. 288) to {P i} was pp, it is necessary and sufficient that any integrable by Riemann, the function f (P) satisfies the relation

Figure 00000022
Figure 00000022

Выражение (11) является оценкой среднего арифметического. Оценка погрешности (11) определяется выражениемExpression (11) is an estimate of the arithmetic mean. The error estimate (11) is determined by the expression

Figure 00000023
Figure 00000023

где С - константа, разная для функций с различной изменчивостью, D - отклонение распределения точек от p.p.where C is a constant different for functions with different variability, D is the deviation of the distribution of points from p.p.

Отклонение D определяется следующим образом. Рассмотрим в Kn сетку, состоящую из N произвольных точек Р0, Р1, …, PN-1. Каждой точке Р из Kn поставим в соответствие параллелепипед πP с диагональю ОР (О - начало координат). Объем VP этого параллелепипеда равен произведению x1…xn координат точки Р. Отклонением сетки P0, P1, …, PN-1 называется числоDeviation D is defined as follows. Consider in K n a grid consisting of N arbitrary points P 0 , P 1 , ..., P N-1 . To each point P of K n we associate a parallelepiped π P with the diagonal OP (O is the origin). The volume V P of this parallelepiped is equal to the product x 1 ... x n of the coordinates of the point P. The grid deviation P 0 , P 1 , ..., P N-1 is the number

Figure 00000024
Figure 00000024

где верхняя грань берется по всем Р∈Kn.where the upper bound is taken over all P∈K n .

Для того, чтобы последовательность точек была p.p., необходимо и достаточно, чтобы при N→∞For the sequence of points to be p.p., it is necessary and sufficient that, as N → ∞

Figure 00000025
Figure 00000025

Характеристика D(P0, …, PN-1) является весьма сложной функцией от структуры расположения точек. Верхняя граница D≤N, нижняя граница ее до сих пор не известна (за исключением случая n=1, когда inf D=1/2). Существует предположение, что наилучшая возможная оценка D для n-мерной сетки, состоящей из N точек, равнаThe characteristic D (P 0 , ..., P N-1 ) is a very complex function of the structure of the points. The upper bound is D≤N, its lower bound is still not known (with the exception of the case n = 1, when inf D = 1/2). There is an assumption that the best possible estimate of D for an n-dimensional grid consisting of N points is

Figure 00000026
Figure 00000026

Необходимо отметить, что в гидрометеорологии исследователи ошибочно полагают, что кубические сетки (их называют «регулярные», «равномерные» и т.п.) всегда очень «хорошие» и целью сбора информации является получение измерений на такой сетке.It should be noted that in hydrometeorology, researchers mistakenly believe that cubic grids (they are called “regular”, “uniform”, etc.) are always very “good” and the purpose of collecting information is to obtain measurements on such a grid.

Кубическая сетка для N=M2 точек задается координатамиThe cubic grid for N = M 2 points is specified by the coordinates

Figure 00000027
Figure 00000027

где i1, i2,…, in - независимо пробегают значения 1, 2, …, M. На фиг.9 изображена кубическая сетка при n=2, М=4.where i 1 , i 2 , ..., i n - independently run through the values 1, 2, ..., M. Figure 9 shows a cubic grid with n = 2, M = 4.

Нетрудно проверить, что для таких сеток значение

Figure 00000028
будет максимальным, например, в точке P'=(1/2M,1,1,…,1), когда SNp')=0, NVP'=N/2M=Mn-1/2. Следовательно,It is easy to verify that for such grids the value
Figure 00000028
will be maximum, for example, at the point P '= (1 / 2M, 1,1, ..., 1), when S Np' ) = 0, NV P ' = N / 2M = M n -1 / 2. Hence,

Figure 00000029
Figure 00000029

Из формулы (17) следует, что при n=1 кубические сетки оптимальны. Однако с увеличением n равномерность сеток (16) ухудшается и порядки в формуле (17) приближаются к наихудшим, равным N. Уже при n=2 порядок (17) оказывается равным

Figure 00000030
- такой же порядок соответствует случайным сеткам, состоящим из N независимых случайных точек, равномерно распределенных в Kn. Значит при n≥3 сетки (16) асимптотически хуже случайных.It follows from formula (17) that for n = 1, cubic grids are optimal. However, with increasing n, the uniformity of the grids (16) worsens and the orders in formula (17) approach the worst, equal to N. Already at n = 2, order (17) is equal
Figure 00000030
- the same order corresponds to random grids consisting of N independent random points uniformly distributed in K n . Therefore, for n≥3, grids (16) are asymptotically worse than random ones.

Пусть в Kn задано множество точек наблюдений за гидроакустической характеристикой Р0, Р1, …, PN-1. Этот набор точек далек от p.p. Необходимо определить такое подмножество точек

Figure 00000031
, которое образует сетку с наибольшей степенью равномерного распределения. Решение этой задачи будем искать следующим образом. Определим подходящую опорную сеть точек, имеющую p.p. Сравнивая координаты точек наблюдений с координатами точек опорной p.p. сетки, найдем искомое подмножество
Figure 00000032
, которое будет давать минимальную ошибку в оценке среднего арифметического, в соответствии с (12).Let K n set a set of observation points for the sonar characteristic P 0 , P 1 , ..., P N-1 . This set of points is far from pp. It is necessary to define such a subset of points
Figure 00000031
which forms the grid with the greatest degree of uniform distribution. We will seek a solution to this problem as follows. We define a suitable reference point network with pp. Comparing the coordinates of the observation points with the coordinates of the points of the reference pp grid, we find the desired subset
Figure 00000032
, which will give a minimal error in the estimation of the arithmetic mean, in accordance with (12).

В вычислительной математике построено много вариантов сеток близких к p.p. Для нашей задачи целесообразно выбрать такую сетку с последовательностью точек Q0, Q1, …, Qi, …, которая удовлетворяет трем требованиям:In computational mathematics, many variants of grids close to pp are constructed. For our task, it is advisable to choose a grid with a sequence of points Q 0 , Q 1 , ..., Q i , ... that satisfies three requirements:

1) равномерность распределения сетки должна быть асимптотически оптимальной;1) the uniformity of the distribution of the grid should be asymptotically optimal;

2) равномерность расположения точек должна наблюдаться не только при N→∞, но уже при малых N;2) uniform distribution of points should be observed not only as N → ∞, but already for small N;

3) алгоритм расчета точек Qi должен быть достаточно простым.3) the algorithm for calculating the points Q i should be quite simple.

Этим требованиям удовлетворяют, например, так называемые LPτ - последовательности (Соболь И.М. Многомерные квадратурные формулы и функции Хаара. - М.: Наука, 1969. - 288 с.).These requirements are satisfied, for example, by the so-called LP τ - sequences (I. Sobol. Multidimensional quadrature formulas and Haar functions. - M.: Nauka, 1969. - 288 p.).

Не излагая теоретического обоснования p.p. свойств этих последовательностей, приведем простой алгоритм расчета.Without setting out a theoretical justification for p.p. properties of these sequences, we present a simple calculation algorithm.

В этом алгоритме координаты (qi1, …, qin) точки Qi из LPT - последовательности вычисляется по формулеIn this algorithm, the coordinates (q i1 , ..., q in ) of the point Q i from the LP T - sequence are calculated by the formula

Figure 00000033
Figure 00000033

где i=em…e2e1 - представление i в двоичной системе,

Figure 00000034
- двоично-рациональные числа вида
Figure 00000035
, числители которых табулированы.where i = e m ... e 2 e 1 is the representation of i in the binary system,
Figure 00000034
- binary rational numbers of the form
Figure 00000035
whose numerators are tabulated.

В таблице 2 представлены

Figure 00000036
для 1≤s≤20 и 1≤j≤4, что позволяет легко вычислять точки Qi размерности n≤4 в количестве N≤220.Table 2 presents
Figure 00000036
for 1≤s≤20 and 1≤j≤4, which makes it easy to calculate points Q i of dimension n≤4 in the amount of N≤2 20 .

Отклонения D для LPτ-последовательности в двойном логарифмическом масштабе, соответственно для одномерной (А), двумерной (Б), трехмерной (В) и четырехмерной (Г) LPτ-последовательности представлены на фиг.10.The deviations of D for the LP τ sequence in the double logarithmic scale, respectively, for the one-dimensional (A), two-dimensional (B), three-dimensional (C) and four-dimensional (G) LP τ- sequences are presented in Fig. 10.

Таблица 2table 2 Таблица значений

Figure 00000037
Value table
Figure 00000037
ss nn 1one 22 33 4four 1one 1one 1one 1one 1one 22 1one 33 1one 33 33 1one 55 77 1one 4four 1one 15fifteen 11eleven 55 55 1one 1717 1313 3131 66 1one 5151 6161 2929th 77 1one 8585 6767 8181 88 1one 255255 7979 147147 99 1one 257257 465465 433433 1010 1one 771771 721721 149149 11eleven 1one 12851285 823823 719719 1212 1one 38553855 40914091 36933693 1313 1one 43694369 41254125 38413841 14fourteen 1one 1310713107 41414141 1152311523 15fifteen 1one 2184521845 2872328723 1664116641 1616 1one 6553565535 4531145311 4992549925 1717 1one 6553765537 5350553505 1667116671 18eighteen 1one 196611196611 250113250113 8322983229 1919 1one 327685327685 276231276231 515921515921 20twenty 1one 983055983055 326411326411 482707482707

Для примера на фиг.11 представлено для двумерной единичной области положение LPτ-последовательности для первых 16 точек. Положение точек свидетельствует, что оно значительно отличается от «регулярного расположения», представленного на фиг.10. Алгоритм выбора репрезентативных точек можно представить в следующем виде:For example, in Fig. 11, the position of the LP τ sequence for the first 16 points is shown for a two-dimensional unit region. The position of the points indicates that it is significantly different from the "regular location" shown in Fig.10. The algorithm for selecting representative points can be represented as follows:

Задано: множество из N точек наблюдений P0, Р1, …, РN-1 в n-мерном кубе Kn, n=1, 2, 3, 4. Каждая точка наблюдений представлена нормированными координатами P=(х1, …, xn), 0≤хj≤1, j=1, 2, …, n.Given: a set of N observation points P 0 , P 1 , ..., P N-1 in an n-dimensional cube K n , n = 1, 2, 3, 4. Each observation point is represented by the normalized coordinates P = (x 1 , ... , x n ), 0≤x j ≤1, j = 1, 2, ..., n.

Требуется: определить подмножество точек

Figure 00000038
, которые дают наименьшую ошибку в оценке среднего арифметического функции, измеренной в этих точках (т.е наиболее репрезентативный набор точек измерений для оценки среднего или, что тождественно, образуют сетку с наибольшей степенью равномерного распределения).Required: Define a subset of points
Figure 00000038
which give the smallest error in the estimation of the arithmetic mean function measured at these points (i.e., the most representative set of measurement points for estimating the mean or, identically, form a grid with the greatest degree of uniform distribution).

Инициация: Tk=T0=⌀ - набор точек-кандидатов на k шаге.Initiation: T k = T 0 = ⌀ - a set of candidate points at the k step.

Последовательность операций решения:Solution flow:

1. Вычислить N точек Qk (k=i, …N) LPτ-последовательности по формуле (18).1. Calculate N points of Q k (k = i, ... N) LP τ -sequences by formula (18).

2. Последовательно для каждого k от 1 до N:2. Consistently for each k from 1 to N:

2.1. Для каждой точки Qk найти ближайшую в евклидовой метрике точку

Figure 00000039
среди множества точек {Р1, …, РN}\Тk-1,
Figure 00000040
, и добавить ее в набор точек-кандидатов на k, образуя
Figure 00000041
.2.1. For each point Q k find the nearest point in the Euclidean metric
Figure 00000039
among the set of points {P 1 , ..., P N } \ T k-1 ,
Figure 00000040
, and add it to the set of candidate points on k, forming
Figure 00000041
.

Вычислить отклонение Dk=D(Tk) для точки Рi по формуле (7).Calculate the deviation D k = D (T k ) for the point P i according to the formula (7).

5. Последовательно для каждого k от 1 до N найти D0k=max(D1, …, Dk).5. Sequentially for each k from 1 to N find D 0k = max (D 1 , ..., D k ).

6. Найти k0, для которого существует минимальное значение D0k.6. Find k 0 for which there is a minimum value of D 0k .

Результат: набор точек

Figure 00000042
является искомым множеством точек наблюдений, дающим минимальную ошибку в оценке среднего арифметического.Result: point set
Figure 00000042
is the desired set of observation points giving a minimal error in the estimation of the arithmetic mean.

Таким образом, при расчете среднего арифметического значения гидроакустической характеристики по дискретным наблюдениям в некотором пространственно-временном объеме для минимизации погрешности необходимо учитывать распределение координат измерений. Для корректности вычислений в вычислительное устройство вводят локальные декартовы координаты для рассматриваемой пространственно-временной области, в которой размещены дрейфующая станция, донные маяки-ответчики и подводный объект.Thus, when calculating the arithmetic mean of the hydroacoustic characteristic from discrete observations in a certain spatio-temporal volume, in order to minimize the error, it is necessary to take into account the distribution of measurement coordinates. For the calculation to be correct, local Cartesian coordinates are introduced into the computing device for the considered spatio-temporal region, in which the drifting station, bottom transponder beacons and the underwater object are located.

Способ навигации подводного объекта посредством гидроакустической навигационной системы реализуется посредством навигационной базы из М гидроакустических приемоответчиков с различными частотами ответа и размещенного на объекте навигации гидроакустического приемопередатчика, посредством которого измеряют временные интервалы распространения сигналов с последующим их преобразованием в дистанции между подводным объектом и гидроакустическими приемоответчиками.A method for navigating an underwater object using a hydroacoustic navigation system is implemented through a navigation base of M hydroacoustic transponders with different response frequencies and a hydroacoustic transceiver located on the navigation object, which measures the propagation time intervals of the signals with their subsequent conversion into the distance between the underwater object and hydroacoustic transponders.

Гидроакустические приемоответчики размещают на дрейфующих станциях по водной поверхности и донных станциях на морском дне, навигационные параметры подводного объекта относительно донных или/и дрейфующей станции или базы из дрейфующих станций определяют в режиме с длинной и/или ультракороткой базой, и/или в комбинированном режиме (длинная + ультракороткая база), и/или в пеленгационной системе, при этом формируют из приемников две навигационные базы с общим центром базы, располагая их в плоскости, параллельной плоскости палубы подводного объекта, при этом ось одной базы Х направлена вдоль осевой линии подводного объекта, а ось другой базы Y направлена по траверзу вправо.Hydroacoustic transponders are placed at drifting stations on the water surface and bottom stations on the seabed, the navigation parameters of the underwater object relative to the bottom and / or drifting station or base from the drifting stations are determined in a mode with a long and / or ultrashort base, and / or in a combined mode ( long + ultrashort base), and / or in the direction finding system, in this case, two navigation bases with a common center of the base are formed from receivers, placing them in a plane parallel to the plane of the underwater deck object, wherein the one base axis X is directed along the center line of the underwater object, and another base Y axis is abeam the right.

При обработке результатов измерений выполняют оценку среднего арифметического значения гидроакустической характеристики по пространственно-временным массивам наблюдений путем вычислений.When processing the measurement results, the arithmetic mean value of the hydroacoustic characteristic is estimated from the spatio-temporal arrays of observations by calculation.

При вычислении координат выполняют минимизацию погрешности по распределению измеренных координат, при этом в вычислительное устройство вводят локальные декартовые координаты для рассматриваемой пространственно-временной области, в которой размещены дрейфующая станция, донные маяки-ответчики и подводный объект, при этом определяют временной ход гидроакустической характеристики для полученных временных рядов, при этом определяют экстремальные значения гидроакустической характеристики в каждом полученном ряду измерений методом статистики Герста, а оценку среднего арифметического значения гидроакустической характеристики по пространственно-временным массивам наблюдений выполняют путем вычислений по многомерным квадратурным формулам и функциям Хаара.When calculating the coordinates, the error is minimized by the distribution of the measured coordinates, while the local Cartesian coordinates are introduced into the computing device for the considered spatio-temporal region, in which the drifting station, bottom transponder beacons and the underwater object are located, while determining the time course of the hydroacoustic characteristics for the received time series, while determining the extreme values of the hydroacoustic characteristics in each obtained series of measurements using the st Gerst's atistics, and the arithmetic mean value of the hydroacoustic characteristic is estimated from spatio-temporal arrays of observations by calculations using multidimensional quadrature formulas and Haar functions.

Использование предлагаемого способа позволяет эффективно осуществлять требуемые операции сравнения координат за счет исключения из обработки разно точных данных при определении координат подвижного морского объекта.Using the proposed method allows you to effectively carry out the required operations of comparing the coordinates by eliminating the processing of different exact data when determining the coordinates of a moving marine object.

Промышленная реализация способа технической сложности не представляет, так как для его реализации используются штатные судовые средства пеленгации.The industrial implementation of the method is not of technical complexity, since standard ship direction finding devices are used for its implementation.

Источники информацииInformation sources

1. Патент RU №2032187 C1, 27.03.1995.1. Patent RU No. 2032187 C1, 03/27/1995.

2. Патент RU №2158431 C1, 27.10.2000.2. Patent RU No. 2158431 C1, 10.27.2000.

3. Патент RU №34020 U1, 20.11.2003.3. Patent RU No. 34020 U1, 11.20.2003.

4. Патент RU №2289149 C2, 10.12.2006.4. Patent RU No. 2289149 C2, 12/10/2006.

5. Заявка US №2008008045 A1, 10.01.2008.5. Application US No. 2008008045 A1, 01/10/2008.

6. Патент US №4024491 A, 17.05.2007.6. US patent No. 4024491 A, 05.17.2007.

7. Патент RU №2365936 C1, 03.06.2008.7. Patent RU No. 2365936 C1, 03.06.2008.

Claims (1)

Способ навигации подводного объекта посредством гидроакустической навигационной системы, включающий размещение навигационной базы из М гидроакустических приемоответчиков с различными частотами ответа и размещенного на подводном объекте навигации гидроакустического приемопередатчика, посредством которого измеряют временные интервалы распространения сигналов с последующим их преобразованием в дистанции между подводным объектом навигации и гидроакустическими приемоответчиками, размещение гидроакустических приемоответчиков на дрейфующих станциях по водной поверхности и донных станциях на морском дне, определение навигационных параметров подводного объекта навигации относительно донных или/и дрейфующей станции или базы из дрейфующих станций, которые определяют в режиме с длинной и/или ультракороткой базой, и/или в комбинированном режиме (длинная + ультракороткая база), и/или в пеленгационной системе, при этом формируют из приемников две навигационные базы с общим центром базы, располагая их в плоскости, параллельной плоскости палубы подводного объекта, при этом ось одной базы Х направлена вдоль осевой линии подводного объекта, а ось другой базы Y направлена по траверзу вправо, обработку результатов измерений по пространственно-временным массивам наблюдений, определение координат подводного объекта навигации путем вычислений, отличающийся тем, что при вычислении координат выполняют минимизацию погрешности по распределению измеренных координат, при этом в вычислительное устройство вводят локальные декартовые координаты для рассматриваемой пространственно-временной области, в которой размещены дрейфующая станция, донные маяки ответчики и подводный объект, при этом определяют временной ход гидроакустической характеристики для полученных временных рядов, при этом определяют экстремальные значения гидроакустической характеристики в каждом полученном ряду измерений методом статистики Герста, а оценку среднего арифметического значения гидроакустической характеристики по пространственно-временным массивам наблюдений выполняют путем вычислений по многомерным квадратурным формулам и функциям Хаара. A method for navigating an underwater object using a hydroacoustic navigation system, comprising placing a navigation base of M hydroacoustic transponders with different response frequencies and a hydroacoustic transceiver located on an underwater navigation object, by which the signal propagation time intervals are measured with their subsequent conversion into the distance between the underwater navigation object and hydroacoustic transponders placing sonar transponders on drifting stations on the water surface and bottom stations on the seabed, determining the navigation parameters of the underwater navigation object relative to the bottom and / or drifting station or base from drifting stations, which are determined in the mode with a long and / or ultrashort base, and / or in a combined mode ( long + ultrashort base), and / or in the direction finding system, in this case, two navigation bases with a common center of the base are formed from receivers, placing them in a plane parallel to the plane of the deck of the underwater object, at the axis of one base X is directed along the axial line of the underwater object, and the axis of the other base Y is directed along the traverse to the right, processing the measurement results from spatio-temporal arrays of observations, determining the coordinates of the underwater navigation object by calculation, characterized in that when calculating the coordinates, the error is minimized according to the distribution of the measured coordinates, while the local Cartesian coordinates for the considered spatio-temporal region, in which the drifting station, bottom beacons, transponders and an underwater object are located, while determining the temporal course of the hydroacoustic characteristics for the obtained time series, while determining the extreme values of the hydroacoustic characteristics in each measurement series by the Gerst statistics, and estimating the arithmetic mean of the hydroacoustic characteristics by spatio-temporal observation arrays are performed by calculations using multidimensional quadrature formulas and Haar functions.
RU2010138892/28A 2010-09-21 2010-09-21 Navigation method of underwater object by means of hydroacoustic navigation system RU2444759C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2010138892/28A RU2444759C1 (en) 2010-09-21 2010-09-21 Navigation method of underwater object by means of hydroacoustic navigation system

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2010138892/28A RU2444759C1 (en) 2010-09-21 2010-09-21 Navigation method of underwater object by means of hydroacoustic navigation system

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2444759C1 true RU2444759C1 (en) 2012-03-10

Family

ID=46029157

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2010138892/28A RU2444759C1 (en) 2010-09-21 2010-09-21 Navigation method of underwater object by means of hydroacoustic navigation system

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2444759C1 (en)

Cited By (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2515179C1 (en) * 2012-11-13 2014-05-10 Открытое Акционерное Общество "НИИ гидросвязи "Штиль" Method of determining direction of hydroacoustic transponder in multibeam navigation signal propagation conditions
RU2517775C1 (en) * 2012-11-27 2014-05-27 Российская Федерация, От Имени Которой Выступает Министерство Промышленности И Торговли Российской Федерации Hydroacoustic measurement system
RU2556326C1 (en) * 2014-03-25 2015-07-10 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Тихоокеанский государственный университет" Navigation method of submersible robot using single-beacon system
RU2649073C1 (en) * 2016-12-19 2018-03-29 Акционерное Общество "Концерн "Океанприбор" Method for determining coordinates of the underwater object by the hydroacoustic system of underwater navigation with an alignment beacon
RU2685705C1 (en) * 2018-08-30 2019-04-23 Акционерное общество "Российская корпорация ракетно-космического приборостроения и информационных систем" (АО "Российские космические системы") Method of determining ship own position based on automatic identification system signals and device for its implementation
RU2713814C1 (en) * 2018-11-29 2020-02-07 Акционерное Общество "Концерн "Океанприбор" Method of determining geographic coordinates of an underwater object
RU2714539C1 (en) * 2018-11-28 2020-02-18 Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Военный учебно-научный центр Военно-Морского Флота "Военно-морская академия им. Адмирала Флота Советского Союза Н.Г. Кузнецова" Method of navigation support of autonomous unmanned underwater vehicles
RU2733207C1 (en) * 2019-12-09 2020-09-30 Георгий Яковлевич Шайдуров Method for radio navigation positioning of underwater marine vehicles
CN112346101A (en) * 2020-10-23 2021-02-09 中国科学院声学研究所东海研究站 Global underwater PNT system based on Beidou space-time reference
CN112417948A (en) * 2020-09-21 2021-02-26 西北工业大学 Method for accurately guiding lead-in ring of underwater vehicle based on monocular vision
RU2763114C1 (en) * 2021-04-01 2021-12-27 Акционерное общество «Концерн «Центральный научно-исследовательский институт «Электроприбор» Method for underwater vehicle observation
RU2789636C1 (en) * 2022-07-26 2023-02-06 Российская Федерация, от имени которой выступает ФОНД ПЕРСПЕКТИВНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ Subscriber receiver as part of a deep-sea long-range hydroacoustic positioning system
CN117146830A (en) * 2023-10-31 2023-12-01 山东科技大学 Self-adaptive multi-beacon dead reckoning and long-baseline tightly-combined navigation method

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4024491A (en) * 1975-07-18 1977-05-17 Tideland Signal Corporation Wireless marine navigational aid system
RU2032187C1 (en) * 1992-08-10 1995-03-27 Институт проблем морских технологий Дальневосточного отделения РАН Sonar synchronous range-finding navigation system
US7483337B2 (en) * 2005-07-15 2009-01-27 Basilico Albert R System and method for extending GPS to divers and underwater vehicles
RU2365939C1 (en) * 2008-06-03 2009-08-27 Юрий Владимирович Румянцев Method of underwater navigation
RU2371738C1 (en) * 2008-06-09 2009-10-27 Юрий Владимирович Румянцев Hydroacoustic navigation system
RU97539U1 (en) * 2010-05-26 2010-09-10 Александр Васильевич Самойлов HYDROACOUSTIC SYSTEM OF UNDERWATER NAVIGATION FOR DIVERS

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4024491A (en) * 1975-07-18 1977-05-17 Tideland Signal Corporation Wireless marine navigational aid system
RU2032187C1 (en) * 1992-08-10 1995-03-27 Институт проблем морских технологий Дальневосточного отделения РАН Sonar synchronous range-finding navigation system
US7483337B2 (en) * 2005-07-15 2009-01-27 Basilico Albert R System and method for extending GPS to divers and underwater vehicles
RU2365939C1 (en) * 2008-06-03 2009-08-27 Юрий Владимирович Румянцев Method of underwater navigation
RU2371738C1 (en) * 2008-06-09 2009-10-27 Юрий Владимирович Румянцев Hydroacoustic navigation system
RU97539U1 (en) * 2010-05-26 2010-09-10 Александр Васильевич Самойлов HYDROACOUSTIC SYSTEM OF UNDERWATER NAVIGATION FOR DIVERS

Cited By (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2515179C1 (en) * 2012-11-13 2014-05-10 Открытое Акционерное Общество "НИИ гидросвязи "Штиль" Method of determining direction of hydroacoustic transponder in multibeam navigation signal propagation conditions
RU2517775C1 (en) * 2012-11-27 2014-05-27 Российская Федерация, От Имени Которой Выступает Министерство Промышленности И Торговли Российской Федерации Hydroacoustic measurement system
RU2556326C1 (en) * 2014-03-25 2015-07-10 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Тихоокеанский государственный университет" Navigation method of submersible robot using single-beacon system
RU2649073C1 (en) * 2016-12-19 2018-03-29 Акционерное Общество "Концерн "Океанприбор" Method for determining coordinates of the underwater object by the hydroacoustic system of underwater navigation with an alignment beacon
RU2685705C1 (en) * 2018-08-30 2019-04-23 Акционерное общество "Российская корпорация ракетно-космического приборостроения и информационных систем" (АО "Российские космические системы") Method of determining ship own position based on automatic identification system signals and device for its implementation
RU2714539C1 (en) * 2018-11-28 2020-02-18 Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Военный учебно-научный центр Военно-Морского Флота "Военно-морская академия им. Адмирала Флота Советского Союза Н.Г. Кузнецова" Method of navigation support of autonomous unmanned underwater vehicles
RU2713814C1 (en) * 2018-11-29 2020-02-07 Акционерное Общество "Концерн "Океанприбор" Method of determining geographic coordinates of an underwater object
RU2733207C1 (en) * 2019-12-09 2020-09-30 Георгий Яковлевич Шайдуров Method for radio navigation positioning of underwater marine vehicles
CN112417948B (en) * 2020-09-21 2024-01-12 西北工业大学 Method for accurately guiding lead-in ring of underwater vehicle based on monocular vision
CN112417948A (en) * 2020-09-21 2021-02-26 西北工业大学 Method for accurately guiding lead-in ring of underwater vehicle based on monocular vision
CN112346101A (en) * 2020-10-23 2021-02-09 中国科学院声学研究所东海研究站 Global underwater PNT system based on Beidou space-time reference
CN112346101B (en) * 2020-10-23 2023-08-11 中国科学院声学研究所东海研究站 Global underwater PNT system based on Beidou space-time reference
RU2763114C1 (en) * 2021-04-01 2021-12-27 Акционерное общество «Концерн «Центральный научно-исследовательский институт «Электроприбор» Method for underwater vehicle observation
RU2789636C1 (en) * 2022-07-26 2023-02-06 Российская Федерация, от имени которой выступает ФОНД ПЕРСПЕКТИВНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ Subscriber receiver as part of a deep-sea long-range hydroacoustic positioning system
RU2789999C1 (en) * 2022-07-26 2023-02-14 Российская Федерация, от имени которой выступает ФОНД ПЕРСПЕКТИВНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ Method for navigational equipment of the sea area
CN117146830A (en) * 2023-10-31 2023-12-01 山东科技大学 Self-adaptive multi-beacon dead reckoning and long-baseline tightly-combined navigation method
CN117146830B (en) * 2023-10-31 2024-01-26 山东科技大学 Self-adaptive multi-beacon dead reckoning and long-baseline tightly-combined navigation method

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2444759C1 (en) Navigation method of underwater object by means of hydroacoustic navigation system
Yan et al. Review of range-based positioning algorithms
US9648466B2 (en) Generating a model for positioning
RU2365939C1 (en) Method of underwater navigation
RU2371738C1 (en) Hydroacoustic navigation system
CN107664758B (en) Deep sea navigation positioning system and method based on long baseline or ultra-short baseline networking
RU2456634C1 (en) Method of navigating submarine object using hydroacoustic navigation system
Liu et al. Time-difference-of-arrival-based localization methods of underwater mobile nodes using multiple surface beacons
EP3001217A1 (en) Method and apparatus for object localization
Alexandri et al. A time difference of arrival based target motion analysis for localization of underwater vehicles
RU2649073C1 (en) Method for determining coordinates of the underwater object by the hydroacoustic system of underwater navigation with an alignment beacon
US8571575B2 (en) Recording medium for storing position estimation program, position estimation device, and position estimation method
US20160124069A1 (en) Systems and methods for estimating a two-dimensional position of a receiver
US20160109556A1 (en) Mitigating effects of multipath during position computation
Thio et al. Experimental evaluation of the Forkbeard ultrasonic indoor positioning system
RU2431156C1 (en) Method of positioning by hydroacoustic navigation system
US9316719B1 (en) Power difference of arrival geolocation
US9100317B1 (en) Self surveying portable sensor nodes
Vaščák et al. Radio beacons in indoor navigation
RU137394U1 (en) DEVICE FOR PROCESSING INFORMATION OF NETWORK DISTANCED IN THE SPACE OF PELENGATION POST
Wang et al. Wireless sensor networks for underwater localization: A survey
CN113093108B (en) Method and device for inverting long/ultra-short baseline for self-positioning and navigation of underwater target
CN115685165A (en) Method and device for calibrating installation deviation of three-dimensional array ultra-short baseline positioning system
RU2713814C1 (en) Method of determining geographic coordinates of an underwater object
KR102302806B1 (en) Method and apparatus for measuring location based on mobile signal