RU2444760C1 - Method for removing lower surface of ice cover - Google Patents
Method for removing lower surface of ice cover Download PDFInfo
- Publication number
- RU2444760C1 RU2444760C1 RU2010138021/28A RU2010138021A RU2444760C1 RU 2444760 C1 RU2444760 C1 RU 2444760C1 RU 2010138021/28 A RU2010138021/28 A RU 2010138021/28A RU 2010138021 A RU2010138021 A RU 2010138021A RU 2444760 C1 RU2444760 C1 RU 2444760C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- ice
- frequency
- picture
- sectors
- ice cover
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к гидролокации, а более конкретно к гидролокационной съемке нижней поверхности ледяного покрова.The invention relates to sonar, and more particularly to sonar imaging of the lower surface of the ice sheet.
Известен способ съемки нижней поверхности ледяного покрова (Гудошников Ю.П., Козлов Д.Н., Кубышкин Н.В, Водолазные исследования торосов и стамух в Баренцевом море в 2003 г. // Комплексные исследования и изыскания ледовых и гидрометеорологических явлений и процессов на арктическом шельфе. СПб. 2004. Труды ААНИИ. Том 449, с.238-246 [1]). который заключается в следующем. В небольшие майны, расположенные в районах работ по разбуриванию торосов морфометрии и подводной гидролокации, опускается видеокамера в герметичном боксе для выбора места спуска водолазов. Критерием при выборе места спуска является наличие участка ровного льда не далее 50 м от наиболее заглубленной части киля тороса. На выбранном участке ровного льда готовится рабочая майна размером 2×1.5 м для спуска водолазов, расчищается от снега световая дорожка от майны к торосу для увеличения освещенности под водой. Рядом с майной устанавливается обогревательная палатка. Спуск водолазов выполняется в специальных гидрокостюмах. Подводная фото- и видеосъемка производится на цифровую видеокамеру, аналоговую видеокамеру и фотоаппарат «Зенит ЕТ» с объективом «Мир», помещенные в герметичные боксы. Для масштабирования изображений на боксы устанавливают лазерные указатели, обеспечивающие параллельные лучи с базовым расстоянием 0,5 м. Для проверки глубины отснятых объектов и ориентации камеры перед ее объективом устанавливают глубиномер с указателями крена и дифферента. Для подсветки снимаемых объектов используют подводные светильники 200 Вт и две фотовспышки по 80 Дж каждая. Цифровая и аналоговая видеокамеры в боксах, светильники с аккумуляторами и лазерные указатели конструктивно смонтированы в одном блоке. Для привязки подводных наблюдений к данным бурения в скважины опускают маркированные рейки таким образом, чтобы маркировка была хорошо различима для подводного наблюдателя. После проведения съемок, по полученным фото- и видеоматериалам выполняют анализ о морфометрии подводной части ледяного покрова.A known method of shooting the lower surface of the ice cover (Gudoshnikov Yu.P., Kozlov D.N., Kubyshkin N.V., Diving studies of hummocks and hammers in the Barents Sea in 2003 // Comprehensive studies and research of ice and hydrometeorological phenomena and processes on the Arctic shelf. St. Petersburg. 2004. Proceedings of the AARI. Volume 449, p.238-246 [1]). which is as follows. In small lanes located in areas of drilling for hummock morphometry and underwater sonar, a video camera is lowered in an airtight box to select a place for divers to descend. The criterion for choosing the place of descent is the presence of a site of smooth ice no further than 50 m from the most deepened part of the keel of the hummock. A working lane of 2 × 1.5 m in size is being prepared on a selected area of flat ice for the divers to lower, a light path is cleared from snow from the lane to the hummock to increase light exposure under water. A heating tent is installed near the lane. Divers descend in special wetsuits. Underwater photo and video shooting is performed on a digital video camera, an analog video camera and a Zenit ET camera with a Mir lens placed in airtight boxes. To scale the images, laser pointers are installed on the boxes, providing parallel beams with a base distance of 0.5 m. To check the depth of captured objects and the orientation of the camera, a depth gauge with roll and trim indicators is installed in front of its lens. To illuminate the objects being shot, underwater lamps of 200 W and two flash units of 80 J each are used. Digital and analog video cameras in the boxes, lamps with batteries and laser pointers are structurally mounted in one unit. To associate underwater observations with drilling data, the marked rails are lowered into the wells so that the marking is clearly visible to the underwater observer. After the shooting, according to the obtained photo and video materials, an analysis is performed on the morphometry of the underwater part of the ice cover.
Данный способ имеет существенные ограничения по использованию, обусловленные пределом погружения водолазов, наличие мутности в водных слоях. Кроме того. привязка подводных наблюдений с использованием маркированной рейки имеет невысокую точность, что при камеральной обработке полученных материалов может внести дополнительную погрешность. Реализация способа весьма трудоемкая.This method has significant limitations on use, due to the immersion limit of divers, the presence of turbidity in the water layers. Besides. the binding of underwater observations using a marked rail has a low accuracy, which may cause an additional error during desk processing of the obtained materials. The implementation of the method is very time-consuming.
Известен также способ и устройство для его осуществления (Гидролокационная съемка нижней поверхности ледяного покрова / Зубакин Г.К., Криницкий П.И., Гудошников Ю.П. и др. // Комплексные исследования и изыскания ледовых и гидрометеорологических явлений и процессов на арктическом шельфе. СПб. 2004. Труды ААНИИ. Том 449, с.229-237 [2]), который реализуется следующим образом. Во льду рядом с исследуемым объектом на расстоянии 20-50 м бурится лунка диаметром не менее 180-220 мм. В лунку, проверенную на наличие «подсовов». опускается антенная конструкция на глубину сканирования. Рядом устанавливается палатка, в которой размещается регистрирующая аппаратура. Над лункой размещается поворотная платформа. Кабель-трос зажимается во втулке поворотной платформой. С помощью анкерного устройства антеннам придают рабочее положение. К приемопередатчику подключается кабель от антенного модуля и линия от подводного блока с телеметрией. Производится экспозиция, длительность которой зависит от радиуса излучаемого кругового пространства ледовой поверхности. По окончании экспозиции полученное изображение визуализируется на мониторе в полярной системе координат. На одной лунке съемка ведется с нескольких горизонтов, количество которых определяется глубиной моря и характером ледяного покрова. Демонтаж комплекса производится в обратном порядке. После приведения всего оборудования в транспортное состояние комплекс перемещается на следующую точку. В перерыве между ледовыми станциями результаты съемки в цифровом виде записываются на компакт-диске. При необходимости распечатывается твердая копия на принтере.There is also known a method and device for its implementation (sonar survey of the lower surface of the ice cover / Zubakin G.K., Krinitsky P.I., Gudoshnikov Yu.P. et al. // Integrated research and investigation of ice and hydrometeorological phenomena and processes in the Arctic offshore. St. Petersburg. 2004. Proceedings of the AARI. Volume 449, p.229-237 [2]), which is implemented as follows. A hole with a diameter of at least 180-220 mm is drilled in ice next to the test object at a distance of 20-50 m. In the hole, checked for the presence of "podsov". the antenna structure is lowered to the scanning depth. A tent is installed nearby, in which recording equipment is located. A rotary platform is located above the hole. The cable is clamped in the sleeve by a rotary platform. Using the anchor device, the antennas are placed in a working position. A cable from the antenna module and a line from the underwater unit with telemetry are connected to the transceiver. An exposure is made, the duration of which depends on the radius of the radiated circular space of the ice surface. At the end of the exposure, the resulting image is visualized on a monitor in a polar coordinate system. On one hole, surveys are conducted from several horizons, the number of which is determined by the depth of the sea and the nature of the ice cover. The dismantling of the complex is carried out in the reverse order. After bringing all the equipment into a transport state, the complex moves to the next point. In the interval between the ice stations, the results of the survey are digitally recorded on a CD. If necessary, a hard copy is printed on the printer.
Энергообеспечение осуществляется переносной электростанцией. Рабочая палатка обогревается электротепловентилятором. Графическая станция размещается в термоблоке. Экспозиции привязаны к топопланам верхней поверхности льда. Результаты гидролокационной съемки даются в виде графических файлов bmp-формата, содержащих изображения результатов сканирования нижней поверхности льда, каждое из которых представляет собой круговое поле, его центром является точка установки гидролокатора. Выступы на нижней поверхности льда обозначаются белыми засветками на общем темно-синем фоне поля. Тень, отбрасываемая выступом при сканировании, отображается темным пятном. На круговом поле введена прямоугольная система координат, такая же, как и используемая при топосъемке верхней поверхности льда на данной станции.Energy supply is carried out by a portable power station. The working tent is heated by an electric fan heater. The graphic station is located in the fuser. Exposures are tied to topographic plans of the upper ice surface. The sonar survey results are given in the form of graphic bmp-format files containing images of the results of scanning the bottom surface of the ice, each of which is a circular field, its center is the location of the sonar. The protrusions on the lower surface of the ice are indicated by white flashes on the general dark blue background of the field. The shadow cast by the protrusion during scanning is displayed as a dark spot. A rectangular coordinate system has been introduced in the circular field, the same as that used for surveying the top surface of the ice at this station.
Обработка снимков осуществляется при помощи программы View Polar sonar, которая позволяет определить горизонтальные размеры элементов рельефа нижней поверхности льда и заглубление выступов на ней по длине тени в направлении радиуса сканирования. Измерения в горизонтальной плоскости выполняются в режиме «Линейные размеры», что позволяет определить расстояние между двумя точками с известными координатами при помощи «мыши». Определение величины заглубления выступов происходит аналогичным образом. В режиме «высота киля» после введения поправки на толщину льда при помощи «мыши» отмечается точка конца тени от интересующего выступа. При этом высвечивается радиус сканирования, на котором отмечается точка начала тени. После выбора обеих точек в нижней части экрана в отдельных окнах выводятся координаты и заглубление (в метрах) выбранной точки выступа.Processing of images is carried out using the View Polar sonar program, which allows you to determine the horizontal dimensions of the relief elements of the lower ice surface and the deepening of the protrusions on it along the length of the shadow in the direction of the scanning radius. Measurements in the horizontal plane are performed in the "Linear dimensions" mode, which allows you to determine the distance between two points with known coordinates using the "mouse". Determination of the depth of the protrusions occurs in a similar way. In the “keel height” mode, after adjusting for the ice thickness with the help of the “mouse”, the point of the end of the shadow from the protrusion of interest is marked. In this case, the scanning radius is displayed, at which the point of the beginning of the shadow is marked. After selecting both points at the bottom of the screen, the coordinates and depth (in meters) of the selected protrusion point are displayed in separate windows.
Устройство для реализации известного способа представляет собой гидролокатор кругового обзора, работающий в полярной системе координат PSS-2, и конструктивно состоит из антенны, размещенной на анкерном устройстве, немагнитной штанги с анкерным устройством жестко соединенной с несущим кабель-тросом, поворотной платформы, которая вращает кабель-трос, прецизионного датчика вращения, двухканального приемопередатчика, станции обработки данных на базе портативного компьютера PENTIUM-II. спутниковой навигационной системы GPS, системы электроснабжения. При этом рабочая частота приемопредатчика 115 кГц, длительность импульса посылки 125 мкс, излучаемая мощность 1,5 кВт, ширина диаграммы направленности 0,8 градусов. Устройство также содержит фазовый канал и блок телеметрии, включающий датчики крена, дифферента, заглубления и азимута излучаемого сигнала.The device for implementing the known method is an all-round sonar operating in the polar coordinate system PSS-2, and structurally consists of an antenna located on the anchor device, a non-magnetic rod with an anchor device rigidly connected to the cable carrier cable, a rotary platform that rotates the cable -cable, precision rotation sensor, two-channel transceiver, data processing station based on a PENTIUM-II laptop computer. GPS satellite navigation system, power supply system. At the same time, the operating frequency of the transceiver is 115 kHz, the duration of the sending pulse is 125 μs, the radiated power is 1.5 kW, the beam width is 0.8 degrees. The device also contains a phase channel and a telemetry unit, including roll, trim, depth and azimuth sensors of the emitted signal.
При использовании данного устройства время одной экспозиции в зависимости от радиуса охвата составляет от 10 до 40 минут. Телеметрия позволяет определить пространственную ориентацию антенного модуля, а использование фазового канала дает получить картину видимой части исследуемого объекта (кили торосистых образований, изометрические морфоструктуры поверхности дна ледового образования). В оптимальных условиях светотеневая картина нижней поверхности ледяного покрова может охватывать площадь до 400-750 м в диаметре при работе из одной лунки.When using this device, the time of one exposure, depending on the radius of coverage, is from 10 to 40 minutes. Telemetry allows you to determine the spatial orientation of the antenna module, and the use of the phase channel gives a picture of the visible part of the object under study (keels of hummocky formations, isometric morphostructures of the surface of the bottom of the ice formation). Under optimal conditions, the black and white picture of the lower surface of the ice cover can cover an area of up to 400-750 m in diameter when working from one hole.
Достоинствами способа является то, что можно обследовать на максимальное заглубление киля на порядок больше торосов, выявить заглубленные выступы на нижней поверхности льда, расположенные между точками бурения, и не обнаруженные прямыми измерениями, а также оценить такую важную морфометрическую характеристику, как максимальное заглубление килей торосов.The advantages of the method are that it is possible to inspect the keel for a maximum depth by an order of magnitude more hummocks, to identify the buried protrusions on the lower surface of the ice located between the drilling points and not detected by direct measurements, and also to evaluate such an important morphometric characteristic as the maximum depth of the hummocks keels.
К недостаткам известного способа могут быть отнесены следующие.The disadvantages of this method can be attributed to the following.
1. Сложная форма нижней поверхности всторошенного льда может приводить к появлению дополнительной погрешности определения осадки киля. Эта погрешность возникает в случае, когда за наиболее выступающей частью киля расположен участок всторошенного льда с большой протяженностью вдоль радиуса сканирования, не только не перекрываемый тенью от выступа, но и ограничивающий ее размеры. Для устранения этой погрешности в известном способе вводится поправка, обусловленная толщиной льда в районе наиболее удаленной от центра сканирования границы тени. Эта поправка определяется по данным механического бурения и прибавляется к максимальной осадке киля, определенной по размерам тени. Поскольку при сканировании охватывается площадь ледяного покрова, в несколько раз превышающая полигон сквозного бурения, возможен вариант, когда данные о толщине льда в районе тени, по результатам бурения отсутствуют. В этом случае в качестве поправки принимают среднюю толщину ровного льда в районе станции. Однако при этом возможно внесение дополнительной погрешности в конечный результат из-за неточного значения поправки на толщину льда. Аналогичный вариант также возможен, когда тень, отбрасываемая килем тороса, выходит за границу кругового снимка.1. The complex shape of the bottom surface of the crushed ice may lead to the appearance of an additional error in determining the keel draft. This error arises in the case when behind the most protruding part of the keel there is a portion of agitated ice with a large length along the scanning radius, not only not covered by the shadow from the protrusion, but also limiting its size. To eliminate this error in the known method, a correction is introduced due to the thickness of the ice in the region of the shadow border that is farthest from the scanning center. This correction is determined by mechanical drilling and is added to the maximum draft of the keel, determined by the size of the shadow. Since scanning covers an ice cover area several times larger than the through drilling range, it is possible that there is no data on the thickness of ice in the shadow area based on the drilling results. In this case, the average thickness of flat ice in the area of the station is taken as a correction. However, it is possible to introduce an additional error in the final result due to an inaccurate correction value for the ice thickness. A similar option is also possible when the shadow cast by the keel of the hummock extends beyond the boundary of a circular image.
2. Отсутствует возможность построения модели рельефа, которая очень важна для оценки возможных последствий от сближения дрейфующих торосов и айсбергов с буровыми платформами и морскими газовыми и нефтяными терминалами.2. There is no possibility of building a relief model, which is very important for assessing the possible consequences of the convergence of drifting hummocks and icebergs with drilling platforms and offshore gas and oil terminals.
Кроме того, способ имеет ограниченное применение, так как может выполняться только с ледовых полей, на которых могут быть оборудованы станции, заглубление антенного блока не превышает 25 м.In addition, the method has limited application, since it can be performed only from ice fields, on which stations can be equipped, the depth of the antenna unit does not exceed 25 m.
3. Система навигации (визуальное воспроизведение ледового поля) построена по известной технологии GA принципа организации точки наблюдения трехмерной сцены, в которой используется стандартный принцип - точка наблюдения расположена вне сцены и при навигации сцена неподвижна, а изменяются координаты точки наблюдения и угол наблюдения. При этом центр вращения явно не определяется, что и является одной из причин потери изображения при навигации.3. The navigation system (visual reproduction of the ice field) is built on the well-known GA technology of the principle of organizing the observation point of a three-dimensional scene, in which the standard principle is used - the observation point is located outside the scene and the scene is stationary during navigation, and the coordinates of the observation point and the viewing angle are changed. In this case, the center of rotation is not clearly determined, which is one of the reasons for the loss of image during navigation.
Известны также способы и устройства (патент FR №2431137, патент FR №2509869, патент DE №2481791, патенты GB №1418614, GB №1486068, патенты US №4596007, №4603408, №4605140, авторские свидетельства SU №747313, №1060033 [3-12]), представляющие собой гидролокационные системы, предназначенные для топографического представления донной поверхности и нижележащих слоев, и размещенные внутри капсулы, буксируемой в погруженном положении судном-носителем. В принципе, данные системы могут быть использованы для топографического представления погруженной части ледяного поля или айсберга путем ее сканирования гидролокационными сигналами, что позволит исключить погрешность определения осадки киля за счет расширения границы исследуемого участка при использовании параметрических антенн (а.с. SU №1060033, №688104, патент US №4287580 [12-14]). Однако размещение гидролокационных систем в буксируемых капсулах судном-носителем требует сложной системы ориентации и позиционирования для удержания капсулы относительно судна и ледового поля, что практически исключает вариант их использования для съемки рельефа подводной части ледяных полей, представляющих собой торосистые поверхности.Methods and devices are also known (patent FR No. 2431137, patent FR No. 2509869, patent DE No. 2481791, GB patents No. 1418614, GB No. 1486068, US patents No. 4596007, No. 4603408, No. 4605140, copyright certificate SU No. 747313, No. 1060033 [ 3-12]), which are sonar systems designed for topographic representation of the bottom surface and underlying layers, and placed inside a capsule towed in a submerged position by a carrier vessel. In principle, these systems can be used for topographic representation of the submerged part of the ice field or iceberg by scanning it with sonar signals, which will eliminate the error in determining the keel draft by expanding the boundary of the studied area using parametric antennas (AS SU No. 1060033, No. 688104, US patent No. 4287580 [12-14]). However, the placement of sonar systems in towed capsules by a carrier vessel requires a complex orientation and positioning system to hold the capsule relative to the vessel and the ice field, which virtually eliminates the option of using them to capture the relief of the underwater ice fields, which are hummocked surfaces.
Задачей заявляемого технического решения является повышение достоверности съемки поверхности ледяного покрова.The objective of the proposed technical solution is to increase the reliability of shooting the surface of the ice cover.
Поставленная задача решается за счет того, что в способе съемки нижней поверхности ледяного покрова, включающем размещение гидроакустической аппаратуры в водной среде для получения картины видимой части исследуемого объекта (кили торосистых образований, изометрические морфоструктуры поверхности дна ледового образования), производство экспозиций, которые привязаны к топопланам верхней поверхности льда и длительность которых зависит от радиуса излучаемого кругового пространства ледовой поверхности, получение изображения, которое визуализируется на мониторе в полярной системе координат в виде графических файлов bmp-форматов, содержащих изображения результатов сканирования нижней поверхности льда, выполнение съемки с нескольких горизонтов, количество которых определяется глубиной моря и характером ледяного покрова, измерения в горизонтальной плоскости в режиме "линейные размеры", определение расстояний между двумя точками с известными координатами, согласно изобретению гидроакустическую аппаратуру размещают на управляемом подвижном морском объекте, приемно-излучающее устройство содержит параметрическую антенну и размещено на поворотной платформе, имеющей три степени свободы, изображение получают в трехмерном пространстве с визуализацией полного объема ледяного покрытия и с разбивкой объемов ледяного покрытия по секторам, которые различают по их частотным характеристикам, оценивают размер этих секторов по интервалу частот между минимальными и максимальными значениями силы цели на частотных зависимостях, расстояние между элементами ледяного поля, расположенными на расстояниях, меньших длительности зондирующего импульса, определяют по форме отраженного линейного частотно-модулированного сигнала.The problem is solved due to the fact that in the method of shooting the bottom surface of the ice cover, including the placement of hydroacoustic equipment in an aqueous medium to obtain a picture of the visible part of the studied object (keels of hummocky formations, isometric morphostructures of the surface of the bottom of the ice formation), the production of exposures that are associated with topographic plans the upper surface of the ice and the duration of which depends on the radius of the radiated circular space of the ice surface, obtaining an image that it is visualized on the monitor in the polar coordinate system in the form of graphic bmp-format files containing images of the results of scanning the bottom ice surface, shooting from several horizons, the number of which is determined by the depth of the sea and the nature of the ice sheet, horizontal measurements in the “linear dimensions” mode, the determination of the distances between two points with known coordinates, according to the invention, the hydroacoustic equipment is placed on a controlled moving marine object, receiving the radiating device contains a parametric antenna and is placed on a rotary platform having three degrees of freedom, the image is obtained in three-dimensional space with visualization of the total volume of ice cover and with a breakdown of the volume of ice cover by sectors, which are distinguished by their frequency characteristics, estimate the size of these sectors according to the frequency interval between the minimum and maximum values of the target force in the frequency dependences, the distance between the elements of the ice field located at distances shorter than the duration of the probe pulse is determined by the shape of the reflected linear frequency-modulated signal.
Совокупность новых отличительных признаков, заключающихся в том, что гидроакустическую аппаратуру размещают на управляемом подвижном морском объекте, приемно-излучающее устройство размещают на поворотной платформе, имеющей три степени свободы, изображение получают в трехмерном пространстве с визуализацией полного объема ледяного покрытия и с разбивкой объемов ледяного покрытия по секторам, которые различают по их частотным характеристикам, оценивают размер этих секторов по интервалу частот между минимальными и максимальными значениями силы цели на частотных зависимостях, расстояние между элементами ледяного поля, расположенными на расстояниях, меньших длительности зондирующего импульса, определяют по форме отраженного линейного частотно-модулированного сигнала, из известного уровня техники не выявлена, что позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого технического решения условию патентоспособности "изобретательский уровень".The set of new distinguishing features, namely, that the hydroacoustic equipment is placed on a controlled moving marine object, the receiving-emitting device is placed on a rotary platform having three degrees of freedom, the image is obtained in three-dimensional space with visualization of the total volume of ice cover and with a breakdown of the volume of ice cover for sectors that are distinguished by their frequency characteristics, estimate the size of these sectors by the frequency interval between the minimum and maximum values With the help of the target power dependences on the frequency dependences, the distance between the elements of the ice field located at distances shorter than the duration of the probe pulse is determined by the shape of the reflected linear frequency-modulated signal; no prior art has been identified, which allows us to conclude that the claimed technical solution meets the patentability condition "inventive step".
Одним из существенных преимуществ параметрических гидроакустических антенн является их широкополосность. При этом на всех частотах сохраняется одинаковая направленность в режиме излучения. Такие широкополосные источники звука весьма полезны при изучении отражательных свойств ледовых образований. С их помощью, используя одну антенну, можно измерять акустические характеристики практически во всем диапазоне рабочих частот. Исследования могут выполняться оперативно вплоть до измерения амплитудно-частотной характеристики за одну посылку при использовании зондирующих линейных частотно-модулированных импульсов. Последнее обстоятельство особенно важно при непрерывно изменяющихся морских условиях измерений.One of the significant advantages of parametric sonar antennas is their broadband. In this case, at all frequencies the same directivity is maintained in the radiation mode. Such broadband sound sources are very useful in studying the reflective properties of ice formations. With their help, using a single antenna, it is possible to measure acoustic characteristics in almost the entire range of operating frequencies. Investigations can be carried out promptly up to measuring the amplitude-frequency characteristic in one package using probing linear frequency-modulated pulses. The latter circumstance is especially important under continuously changing marine measurement conditions.
В гидролокации величину эхо-сигнала, отраженного от подводного объекта, принято характеризовать силой цели. Измерения частотных зависимостей силы цели с применением параметрических гидроакустических локаторов для исследования отражательных свойств объектов возможно выполнять в широком частотном диапазоне.In sonar, the magnitude of the echo reflected from the underwater object is usually characterized by the strength of the target. It is possible to measure the frequency dependences of the target force using parametric sonar locators to study the reflective properties of objects in a wide frequency range.
Для акустически жестких объектов сферической формы величина силы цели в промежуточной области между релеевским и геометрическим рассеяниями, т.е. в области, где 1<ka<10 (а - радиус), k=2π/λ - волновое число), колеблется, асимптотически приближаясь к своему постоянному значению при ka>>1. Причина этих колебаний, как показали теоретические и экспериментальные исследования, заключается в переизлучении поверхностных и дифрагированных волн, которые вносят свой вклад в процесс формирования эхо-сигнала наряду с зеркальным отражением. Возникшая интерференция между указанными типами волн при достаточной длительности зондирующих импульсов приводит к осцилляциям в частотных зависимостях силы цели. Уровень этих осцилляций, количество, интервал частот между ними определяется физическими параметрами объекта, его геометрическими размерами. Этот факт предполагает возможным использовать в качестве одного из простых и достаточно информативных признаков классификации частотную зависимость силы цели. С целью исследования возможности использования частотных зависимостей силы цели в качестве классификационных признаков были проведены измерения с помощью широкополосного параметрического источника. При этом в излучающем тракте параметрической гидроакустической локационной системы реализован двухканальный метод формирования исходных сигналов со средней частотой накачки 165 кГц. Диапазон разностных частот составлял 5-50 кГц. Перестройка частоты в указанном диапазоне осуществлялась как в течение длительности импульса по линейному закону, так и в режиме медленно меняющейся частоты от импульса к импульсу через 2, 4, 8 посылок. Шаг перестройки разностной частоты составлял 0,2 кГц.For acoustically rigid objects of a spherical shape, the magnitude of the target force in the intermediate region between Rayleigh and geometric scattering, i.e. in the region where 1 <ka <10 (a is the radius), k = 2π / λ is the wave number), oscillates, asymptotically approaching its constant value for ka >> 1. The reason for these oscillations, as shown by theoretical and experimental studies, is the re-emission of surface and diffracted waves, which contribute to the process of echo formation along with specular reflection. The resulting interference between the indicated types of waves with a sufficient duration of the probe pulses leads to oscillations in the frequency dependences of the target force. The level of these oscillations, the quantity, the frequency interval between them is determined by the physical parameters of the object, its geometric dimensions. This fact suggests that it is possible to use the frequency dependence of the target force as one of the simple and fairly informative signs of classification. In order to study the possibility of using the frequency dependences of the target force as classification features, measurements were performed using a broadband parametric source. At the same time, a two-channel method for generating the initial signals with an average pump frequency of 165 kHz is implemented in the radiating path of the parametric hydroacoustic location system. The range of difference frequencies was 5-50 kHz. Frequency tuning in the indicated range was carried out both during the pulse duration according to the linear law, and in the mode of slowly changing frequency from pulse to pulse after 2, 4, 8 transmissions. The tuning step of the difference frequency was 0.2 kHz.
Девиация разностной частоты прямого и отраженного сигнала составила 30-40 кГц. Разница коэффициентов усилителя приемного тракта для каналов прямого и отраженного импульса отличается на величину, равную расстоянию между объектами. Частота биений зависит от девиации частоты излучаемого сигнала и расстояния между объектами. Таким образом, по форме отраженного линейного частотно-модулированного сигнала можно различать одиночную и групповую цели и оценивать расстояние между элементами групповой цели при расположении объектов на расстояниях, меньших длительности зондирующего импульса.The deviation of the difference frequency of the direct and reflected signal was 30–40 kHz. The difference in the coefficients of the amplifier of the receiving path for the channels of the direct and reflected pulse differs by an amount equal to the distance between the objects. The beat frequency depends on the deviation of the frequency of the emitted signal and the distance between the objects. Thus, according to the shape of the reflected linear frequency-modulated signal, it is possible to distinguish between single and group targets and estimate the distance between the elements of the group target when the objects are located at distances shorter than the duration of the probe pulse.
Совпадение огибающих отраженных сигналов от ледяных образований с их частотными зависимостями дает возможность за одну посылку судить о частотных характеристиках отражающих элементов ледяного образования. По характеру частотных зависимостей силы цели элементов ледяного образования можно различать одиночные объекты (кили) от групповых при их расположении на расстоянии, величина которого составляет меньше половины длительности зондирующего импульса.The coincidence of the envelopes of the reflected signals from ice formations with their frequency dependences makes it possible for one premise to judge the frequency characteristics of the reflecting elements of the ice formation. By the nature of the frequency dependences of the target strength of the ice formation elements, it is possible to distinguish single objects (keels) from group objects when they are located at a distance whose value is less than half the duration of the probe pulse.
Сущность предлагаемого технического решения поясняется чертежами.The essence of the proposed technical solution is illustrated by drawings.
Фиг.1. Структурная схема формирователя сигналов накачки излучающего тракта. Излучающий тракт состоит из генераторов 1, 2, управляемых напряжением, сигналы синусоидальной формы с частотами соответственно ω1 и ω2, подаются на входы сумматора 3 и коммутатора 4. С выхода сумматора 3 сигнал в виде биений также поступают на коммутатор 4. С выхода коммутатора 4 синусоидальные сигналы или биения через аналоговые умножители 5, 6, управляемые импульсным генератором 7, подаются на регулируемые выходные усилители 8, 9, с выходов которых усиленные до необходимой величины подаются соответственно на выходные разъемы 10, 11.Figure 1. Block diagram of the driver of the pump signals of the radiating path. The radiating path consists of voltage-controlled
Импульсный генератор 12, для обеспечения привязки по фазе начала и конца излучения к нулю биений, синхронизируется сигналами генераторов 1 и 2. По приходу запускающего импульса импульсный генератор 12 вырабатывает прямоугольные импульсы, соответствующие уровням ТТЛ, и пилообразный импульс, равный по длительности прямоугольному. Амплитуда пилообразного импульса постоянна и не зависит от его длительности. Кроме того, импульсный генератор 7 генерирует сигнал в виде прямоугольных импульсов со скважностью 2, который подается на специализированную схему контроля 13. Управление частотами генераторов 1 и 2 осуществляется с помощью формирователя управляющих напряжений 14, на вход которого подается либо пилообразный импульс, либо ступенчато изменяющееся напряжение, генерируемое генератором 15 ступенчато-изменяющегося напряжения, работа которого синхронизируется импульсным генератором 7. Для нанесения частотных меток при записи частотных характеристик на ленте самописца служит генератор меток 16, на входы которого подаются опорная частота с кварцевого генератора меток 17 и синусоидальный сигнал с частотой, равной мгновенной разностной частоте, снимаемой с преобразователя частоты 18. Контроль необходимых параметров осуществляется схемой контроля 13, с выхода которой код измеренной величины подается на панель семисегментных светодиодных индикаторов 19.The
С выходов формирователя сигналов накачки поступают на широкополосные усилители мощности 20, 21, работающие в импульсном режиме на активную нагрузку 30 Ом и обеспечивающие электрическую мощность 3 кВт, излучаемую антенной 22.From the outputs of the shaper of the pump signals, they are fed to
Фиг.2. Блок-схема приемного устройства. Приемное устройство состоит из приемной антенны 23, сумматора 24, предварительного усилителя 25, основных усилителей 26, 27 прямого и отраженного сигналов, соответственно, импульсного устройства 28, блока управления 29, полосовых фильтров 30 и 31 с регулируемой полосой пропускания, пиковых детекторов 32 и 33, блока управления 34 фильтрами 30 и 31, логарифмических усилителей 35, 36, вычитающего устройства 37, коммутатора 38, сумматора 39, регистратора уровня 40, вычислителя 41.Figure 2. Block diagram of a receiving device. The receiving device consists of a receiving
К выходу сумматора 39 (выход 1) подключен необходимый регистратор уровня (осциллограф, магнитофон и т.п.).The output of the adder 39 (output 1) is connected to the necessary level recorder (oscilloscope, tape recorder, etc.).
Фиг.3. Амплитудно-частотная характеристика излучающего тракта и диаграмма направленности параметрической антенны, соответственно а) и b).Figure 3. The amplitude-frequency characteristic of the radiating path and the radiation pattern of the parametric antenna, respectively a) and b).
Фиг.4. Блок-схема архитектуры технологии трехмерной визуализации ледяного покрова включает базу геопространственных данных 42, XML-схему 43, ответные файлы XML 44, схемы запроса 45 и 46, Интернет 47, ответные файлы XML 48, браузер 49, включающий HTML-схему 50, узел Java Script 51. структуру векторных и растровых данных в формате SVG 52, интерпретатор структуры VRML 53, схему конвертации XSL-T 54.Figure 4. The block diagram of the architecture of the technology for three-dimensional visualization of ice cover includes a
В качестве преобразователя накачки используется плоская двухрезонансная многоэлементная, диаметром 0,2 м, антенна мозаичного типа, резонансные частоты первого и второго каналов составляют 150 и 180 кГц соответственно. Ширина характеристики по уровню 0,7 составляет 4 градуса. Антенна набрана из элементов пьезкерамики ЦТС-19 и ЦТСНВ-1.As a pump converter, a flat two-resonance multi-element, 0.2 m diameter, mosaic-type antenna is used, the resonant frequencies of the first and second channels are 150 and 180 kHz, respectively. The width of the characteristic at the level of 0.7 is 4 degrees. The antenna is composed of piezoelectric ceramics TsTS-19 and TsTSNV-1.
Измерительный приемник представляет собой двухканальное устройство, снабженное фильтром, стробирующим и решающим устройствами. Принятые гидрофоном прямые (излученные антенной) и отраженные целью сигналы поступают на входной фильтр нижних частот, который исключает попадание высокочастотных составляющих сигналов накачки в последующие каскады. Прошедшие через фильтр нижних частот сигналы разностной частоты усиливаются предварительным усилителем 25 и поступают на входы основных усилителей прямого 26 и отраженного 27 сигналов, в которых осуществляется временная селекция прямого и отраженного сигналов и усиление их до необходимых уровней. Работой стробирующих каскадов основных усилителей 26 и 27 управляет импульсное устройство 28, которое формирует временные ворота для прямого и отраженного сигналов. Синхронизация импульсного устройства осуществляется формирователем 14. Установка коэффициентов усиления основных усилителей осуществляется кодом, формируемым в блоке управления 29. С выходов основных усилителей 26 и 27 через полосовые фильтры 30 и 31 с регулируемой полосой пропускания сигналы с каналов для прямого и отраженного сигналов поступают на пиковые детекторы 32, 33. Регулировка полосы пропускания путем коммутации фильтров верхних и нижних частот по обоим каналам осуществляется блоком управления 34 полосовыми фильтрами 30 и 31. Пиковые детекторы 32 и 33 фиксируют уровни напряжения прямого и отраженного сигналов, величины которых логарифмируются логарифмическими усилителями 35, 36 и поступают на вычитающее устройство 37. С вычитающего устройства 37 постоянное напряжение, пропорциональное разности между уровнями прямого и отраженного сигналов, поступает на регистратор уровня 40. Импульсное устройство 28 перед приемом каждой следующей посылки вырабатывает импульс сброса и очищает память пиковых детекторов 32 и 33. Для визуального контроля, анализа, документирования прямого и отраженного сигналов одновременно или поочередно сигналы с выходов каналов прямого и отраженного сигналов, а также с выходов пиковых детекторов 32 и 33 через коммутатор 38 поступают на сумматор 39, выход которого подключен к входу вычислительного устройства 41, второй вход которого соединен с выходом регистратора уровня 40.The measuring receiver is a two-channel device equipped with a filter, gating and deciding devices. The direct signals received by the hydrophone (emitted by the antenna) and reflected by the target are fed to the input low-pass filter, which eliminates the high-frequency components of the pump signals from entering the subsequent stages. The difference frequency signals passed through the low-pass filter are amplified by a
Приемник работает в диапазоне частот 5-50 кГц; уровень шумов, приведенный ко входу по обоим каналам в полосе частот 5-50 кГц, не превышает 4 мкВ; коэффициент усиления каждого канала изменяется в пределах 12-72 дБ. Фильтрами обеспечивается подавление высокочастотных сигналов накачки выше 100 кГц не менее 80 дБ.The receiver operates in the frequency range of 5-50 kHz; the noise level brought to the input on both channels in the frequency band 5-50 kHz does not exceed 4 μV; the gain of each channel varies between 12-72 dB. Filters provide suppression of high-frequency pump signals above 100 kHz for at least 80 dB.
Фильтр нижних частот имеет частоты среза 10, 25, 50 кГц; частоты среза фильтра верхних частот 0,2; 2,5; 5; 10 кГц. Максимальная амплитуда входного сигнала в диапазоне рабочих частот составляет не более 1 В.The low-pass filter has a cutoff frequency of 10, 25, 50 kHz; high-pass filter cutoff frequencies 0.2; 2.5; 5; 10 kHz. The maximum amplitude of the input signal in the operating frequency range is not more than 1 V.
Ввиду того, что характер чередований максимумов и минимумов, а также абсолютные значения силы цели и интервал частот между минимальными и максимальными значениями силы цели в данном диапазоне частот являются различными, то это позволяет различать эти объекты по их частотным характеристикам, а также оценивать размер этих сфер по интервалу частот между минимальными и максимальными значениями силы цели на частотных зависимостях (Клей К., Медвин Г. Акустическая океанография. Основы и применения. - М.: Мир, 1980, 580 с.).Due to the fact that the nature of the alternation of maxima and minima, as well as the absolute values of the target’s strength and the frequency interval between the minimum and maximum values of the target’s strength in this frequency range, are different, this makes it possible to distinguish these objects by their frequency characteristics, as well as evaluate the size of these spheres on the frequency interval between the minimum and maximum values of target power on the frequency dependencies (Clay K., Medvin G. Acoustic oceanography. Fundamentals and applications. - M .: Mir, 1980, 580 p.).
Способ реализуется следующим образом.The method is implemented as follows.
Гидроакустическая аппаратура устанавливается на управляемый подвижный аппарат.Hydroacoustic equipment is installed on a controlled mobile device.
Приемно-излучающее устройство устанавливается на поворотную платформу, имеющую три степени свободы, что позволяет осуществлять гидролокационное облучение ледового образования под разными углами и вдоль вертикальных и горизонтальных плоскостей ледового образования.The receiving-emitting device is mounted on a turntable having three degrees of freedom, which allows sonar irradiation of the ice formation at different angles and along the vertical and horizontal planes of the ice formation.
Первоначально ледовое образование (дрейфующее ледяное поле) обследуется вдоль периметра дрейфующего ледового образования при нахождении управляемого подвижного аппарата на водной поверхности. Затем управляемый подвижный аппарат погружается. При погружении управляемого подвижного аппарата осуществляется гидролокационная съемка подводной части ледового образования. Далее управляемый подвижный аппарат перемещается вдоль периметра ледяного образования. При этом выполняется гидролокационная съемка боковых стенок ледового образования. При всплытии управляемого подвижного аппарата выполняется гидролокационная съемка другой боковой стенки ледового образования. При этом, если за одно погружение и всплытие на поверхность управляемого подвижного объекта невозможно получить полный обзор боковых сторон ледяного образования, то режим погружения и всплытия повторяют с неохваченных гидролокатором сторон ледяного образования. После выполнения гидролокационной съемки по периметру и глубине погружения приступают к гидролокационной съемке подошвы ледяного образования.Initially, an ice formation (a drifting ice field) is examined along the perimeter of a drifting ice formation when a controlled mobile device is on the water surface. Then the controlled mobile unit is immersed. When a controlled mobile device is immersed, a sonar survey of the underwater part of the ice formation is carried out. Next, the controlled mobile unit moves along the perimeter of the ice formation. In this case, a sonar survey of the side walls of the ice formation is performed. When a controlled mobile device emerges, a sonar survey of the other side wall of the ice formation is performed. At the same time, if it is impossible to get a full overview of the sides of the ice formation in one dive and ascent to the surface of a controlled moving object, then the mode of immersion and ascent is repeated from the sides of the ice formation not covered by the sonar. After performing sonar survey along the perimeter and depth of immersion, they begin sonar survey of the sole of the ice formation.
Измерения выполняются с помощью широкополосного параметрического источника с реализацией в излучающем тракте параметрической гидроакустической локационной системы двухканального метода формирования исходных сигналов со средней частотой накачки 165 кГц, с диапазоном разностных частот, равным 5-50 кГц. Перестройка частоты в указанном диапазоне осуществляется как в течение длительности импульса по линейному закону, так и в режиме медленно меняющейся частоты от импульса к импульсу через 2, 4, 8 посылок. Шаг перестройки разностной частоты составляет 0,2 кГц.The measurements are carried out using a broadband parametric source with the implementation in the emitting path of the parametric hydroacoustic location system of a two-channel method for generating the initial signals with an average pump frequency of 165 kHz, with a difference frequency range of 5-50 kHz. Frequency tuning in the indicated range is carried out both during the pulse duration according to the linear law, and in the mode of slowly changing frequency from pulse to pulse after 2, 4, 8 transmissions. The pitch of the difference frequency is 0.2 kHz.
При этом разница коэффициентов усилителя приемного тракта для каналов прямого и отраженного импульса отличается на величину, равную расстоянию между килями ледяного образования. Так как частота биений зависит от девиации частоты излучаемого сигнала и расстояния между килями, то по форме отраженного линейного частотно-модулированного сигнала различают одиночную и групповую цели и оценивают расстояние между элементами групповой цели при расположении объектов на расстояниях, меньших длительности зондирующего импульса.Moreover, the difference in the coefficients of the amplifier of the receiving path for the channels of the direct and reflected pulses differs by an amount equal to the distance between the keels of the ice formation. Since the beat frequency depends on the deviation of the frequency of the emitted signal and the distance between the keels, single and group targets are distinguished by the shape of the reflected linear frequency-modulated signal and the distance between the elements of the group target is estimated at the location of objects at distances shorter than the duration of the probe pulse.
Совпадение огибающих отраженных сигналов от ледяных образований с их частотными зависимостями дает возможность за одну посылку судить о частотных характеристиках отражающих элементов ледяного образования. По характеру частотных зависимостей силы цели элементов ледяного образования, можно различать одиночные объекты (кили) от групповых при их расположении на расстоянии, меньшем половины длительности зондирующего импульса.The coincidence of the envelopes of the reflected signals from ice formations with their frequency dependences makes it possible for one premise to judge the frequency characteristics of the reflecting elements of the ice formation. By the nature of the frequency dependences of the target strength of the ice formation elements, it is possible to distinguish single objects (keels) from group objects at their location at a distance less than half the duration of the probe pulse.
Полученные изображения ледяного образования визуализируется на мониторе в полярной системе координат в виде графических файлов bmp-форматов, содержащих изображения результатов сканирования верхней и нижней поверхности льда. Съемку выполняют с нескольких горизонтов, количество которых определяется глубиной моря и характером ледяного покрова.The obtained images of the ice formation are visualized on the monitor in the polar coordinate system in the form of graphic bmp-format files containing images of the scan results of the upper and lower ice surfaces. The survey is carried out from several horizons, the amount of which is determined by the depth of the sea and the nature of the ice cover.
Далее выполняют картографическое построение ледяного образования с учетом таких факторов, как вид генерализуемого объекта, степень извилистости линии на мониторе, степень уменьшения генерализуемого объекта.Then, cartographic construction of the ice formation is performed taking into account such factors as the type of generalizable object, the degree of tortuosity of the line on the monitor, and the degree of reduction of the generalizable object.
При этом выполняют следующие операции:The following operations are performed:
- сегментацию-разделение линейного объекта по геометрическим показателям (кривизна, фрактальная размерность, фрактальный множитель);- segmentation-separation of a linear object by geometric indicators (curvature, fractal dimension, fractal factor);
- упрощения путем уменьшения количества точек линии;- simplification by reducing the number of line points;
- сглаживания путем уменьшения кривизны линии;- smoothing by reducing the curvature of the line;
- смещения части линии или некоторых точек линии;- displacement of a part of the line or some points of the line;
- утрирования, заключающегося в утверждении или исключении отдельных элементов, не выражающихся в уменьшенном масштабе карты.- exaggeration, which consists in the approval or exclusion of individual elements that are not expressed in the reduced scale of the map.
При этом полученная кривая или сигнал подвергается всплеск-преобразованию в соответствии с зависимостью [Берлянт A.M., Бусин О.Р., Собчук Т.В. Картографическая генерализация и теория фракталов. М.: МГУ им. Ломоносова - 1998. - 136 с.; с.96-112]:In this case, the resulting curve or signal undergoes a burst transformation in accordance with the dependence [Berlyant A.M., Busin OR, Sobchuk T.V. Cartographic generalization and fractal theory. M .: Moscow State University Lomonosov - 1998 .-- 136 p .; p. 96-112]:
где звездочка означает комплексное сопряжение,where an asterisk means complex conjugation,
а12g((х-b) a) - семейство анализирующих всплеск-функций,and 12 g ((x-b) a) is a family of analyzing burst functions,
b - операция сдвига,b is the shift operation,
а - операция растяжения,a - stretching operation,
Tg(a, b) - коэффициенты всплеск-разложения.T g (a, b) are the splash-expansion coefficients.
По заданному масштабу (разрешению) карты определяется генерализованная кривая (сигнал) в соответствии с зависимостьюGiven a scale (resolution) of the map, a generalized curve (signal) is determined in accordance with the dependence
где Тg(a, b) - подмножество множества коэффициентов Тg(а, b), для которых а меньше заданного масштаба (разрешения) карты.where T g (a, b) is a subset of the set of coefficients T g (a, b) for which a is less than a given scale (resolution) of the map.
Всплеск-преобразование дает более подробную информацию о сигнале, чем стандартный анализ Фурье, используемый в известных способах. Интегральное всплеск-преобразование дает одновременно локальную информацию о сигнале и его преобразованиях. Всплесковые ряды очень удобны для вычислений, поскольку количество операций, необходимых для вычисления коэффициентов разложения, так же как и количество операций для восстановления функции по ее всплесковым коэффициентам, пропорциональны количеству отсчетов сигнала.The burst transform provides more detailed signal information than the standard Fourier analysis used in known methods. Integral burst-conversion simultaneously provides local information about the signal and its transformations. The burst series are very convenient for calculations, since the number of operations necessary to calculate the expansion coefficients, as well as the number of operations to restore the function from its burst coefficients, are proportional to the number of samples of the signal.
Посредством коэффициентов всплеск-преобразования разделяют кривые, характеризующие конфигурацию килей и торосистых поверхностей, а также общую поверхность на области с различной сложностью, что дает иерархическое многомасштабное представление анализируемого сигнала и обеспечивает эффективные геометрические преобразования на выбранных уровнях точности, быструю классификацию данных, быстрое отображение и мультиразрешающий рисунок ледяной поверхности.By means of splash-transform coefficients, the curves characterizing the configuration of keels and hummock surfaces are separated, as well as the common surface on areas with different complexity, which gives a hierarchical multiscale representation of the analyzed signal and provides effective geometric transformations at selected accuracy levels, fast data classification, fast display and multi-resolution drawing of an ice surface.
При визуализации требуемой области пространства ледяного образования данные для VRML интерпретатора 53 (фиг.4) формируются в оперативной памяти компьютера вычислительного устройства 41 с последующей загрузкой в интерпретатор 53. Для чего в загрузочный VRML файл включен узел JavaScript 51, функции которого контролируют область видимого пространства. Программными инструментами для картографической визуализации служат структуры данных в формате SVG 52, который поддерживает векторные и растровые данные. Отображение в браузере 49 данных в формате SVG осуществляется интерпретатором декларативного языка SVG. Данные в структуре SVG формируются аналогично формированию данных в формате VRML. На основе данных в структуре XML 48 (геопространственная информация), получаемых от базы данных по запросу, проводится конвертация в памяти браузера в структуру SVG с помощью схемы конвертации XSLT-T 54. Для одновременного представления геопространственных данных в двумерном и трехмерном представлении осуществляется поддержка синхронизации навигации по той и другой сцене. На картографической сцене отображается прямоугольник, соответствующий текущей области пространства, данные о которой загружены в память интерпретатора VRML 53. Синхронизация со стороны SVG осуществляется на основе функций JavaScript, встроенных в структуры SVG 52 и HTML 50. Так как синхронизацию со стороны VRML осуществить сложнее, то в загрузочный файл VRML включен узел JavaScript с навигационными функциями, не позволяющими трехмерному изображению выходить за рамки окна зрения и постоянно отслеживающими координаты окна зрения. Эти координаты служат необходимой информацией для синхронизации с картографической сценой, которая возможна с использованием таймера структуры HTML 50. Картографическая сцена содержит также береговую линию и объекты хозяйственной деятельности (морские терминалы), находящиеся в зоне ледовых исследований.When visualizing the required area of the ice formation space, the data for the VRML interpreter 53 (Fig. 4) is generated in the RAM of the computer of the
Система навигации построена с использованием альтернативного по отношению известной технологии GA принципа организации точки наблюдения трехмерной сцены, в которой используется стандартный принцип - точка наблюдения расположена вне сцены и при навигации сцена неподвижна, а изменяются координаты точки наблюдения и угол наблюдения. При этом центр вращения явно не определяется, что и является одной из причин потери изображения при навигации. В предлагаемой технологии точка наблюдения находится постоянно в центре окна наблюдения и визуализируется небольшим трехгранником осей, а начало трехгранника всегда является центром вращения изображения и при навигации сцена перемещается относительно этого центра.The navigation system is built using the alternative principle of organizing the observation point of a three-dimensional scene, which is alternative to the well-known GA technology, in which the standard principle is used - the observation point is located outside the scene and the scene is stationary during navigation, and the coordinates of the observation point and the viewing angle are changed. In this case, the center of rotation is not clearly determined, which is one of the reasons for the loss of image during navigation. In the proposed technology, the observation point is constantly in the center of the observation window and is visualized by a small trihedral of axes, and the beginning of the trihedron is always the center of rotation of the image and when navigating the scene moves relative to this center.
Предлагаемый способ дает возможность получить картину видимой части исследуемого объекта (кили торосистых образований, изометрические морфоструктуры поверхности дна ледового образования).The proposed method makes it possible to obtain a picture of the visible part of the studied object (keels of hummocky formations, isometric morphostructures of the surface of the bottom of the ice formation).
Достоинствами способа является то, что можно обследовать на максимальное заглубление киля на порядок больше торосов, выявить заглубленные выступы на нижней поверхности льда, расположенные по всей поверхности и не обнаруженные прямыми измерениями, а также оценить такую важную морфометрическую характеристику, как максимальное заглубление килей торосов.The advantages of the method is that it is possible to examine for maximum deepening of the keel an order of magnitude more hummocks, to reveal deepened protrusions on the lower surface of the ice located on the entire surface and not detected by direct measurements, and also to evaluate such an important morphometric characteristic as the maximum depth of the keels of hummocks.
Промышленная реализация предлагаемого технического решения сложности не представляет, так как предлагаемый способ может быть реализован на серийно выпускаемой аппаратуре.Industrial implementation of the proposed technical solution is not difficult, since the proposed method can be implemented on commercially available equipment.
Источники информацииInformation sources
1. Гудoшникoв Ю.П., Козлов Д.Н., Кубышкин Н.В. Водолазные исследования торосов и стамух в Баренцевом море в 2003 г. // Комплексные исследования и изыскания ледовых и гидрометеорологических явлений и процессов на арктическом шельфе СПб. 2004. Труды ААНИИ. Том 449, с.238-246.1. Gudoshnikov Yu.P., Kozlov D.N., Kubyshkin N.V. Diving studies of hummocks and hammers in the Barents Sea in 2003 // Comprehensive studies and research of ice and hydrometeorological phenomena and processes on the Arctic shelf of St. Petersburg. 2004. Proceedings of AANII. Volume 449, p. 238-246.
2. Гидролокационная съемка нижней поверхности ледяного покрова / Зубакин Г.К., Криницкий П.И., Гудошников Ю.П. и др. // Комплексные исследования и изыскания ледовых и гидрометеорологических явлений и процессов на арктическом шельфе, СПб. 2004. Труды ААНИИ. Том 449, с.229-237.2. Sonar survey of the lower surface of the ice cover / Zubakin GK, Krinitsky PI, Gudoshnikov Yu.P. et al. // Integrated research and research on ice and hydrometeorological phenomena and processes on the Arctic shelf, St. Petersburg. 2004. Proceedings of AANII. Volume 449, p.229-237.
3. Патент FR №2431137.3. Patent FR No. 2431137.
4. Патент FR №2509869.4. Patent FR No. 2509869.
5. Патент DE №2481791.5. DE patent No. 2481791.
6. Патент GB №1418614.6. GB patent No. 1418614.
7. Патент GВ №1486068.7. Patent GV No. 1486068.
8. Патент US №4596007.8. US patent No. 4596007.
9. Патент US №4603408.9. US patent No. 4603408.
10. Патент US №4605140.10. US patent No. 4605140.
11. A.с. SU №747313.11. A.s. SU No. 747313.
12. A.с. SU №1060033.12. A.s. SU No. 1060033.
13. A.с. SU №688104.13. A.s. SU No. 688104.
14. Патент US №4287580.14. US patent No. 4287580.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2010138021/28A RU2444760C1 (en) | 2010-09-13 | 2010-09-13 | Method for removing lower surface of ice cover |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2010138021/28A RU2444760C1 (en) | 2010-09-13 | 2010-09-13 | Method for removing lower surface of ice cover |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2444760C1 true RU2444760C1 (en) | 2012-03-10 |
Family
ID=46029158
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2010138021/28A RU2444760C1 (en) | 2010-09-13 | 2010-09-13 | Method for removing lower surface of ice cover |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2444760C1 (en) |
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2500985C1 (en) * | 2012-06-27 | 2013-12-10 | Открытое акционерное общество "Концерн "Океанприбор" | Method for remote detection of subsidence, thickness and height of ice |
| RU2510608C1 (en) * | 2012-11-15 | 2014-04-10 | Открытое акционерное общество "Концерн "Океанприбор" | Method of measuring thickness of ice from underwater vehicle |
| RU2549683C2 (en) * | 2013-07-15 | 2015-04-27 | Открытое акционерное общество "Государственный научно-исследовательский навигационно-гидрографический институт" (ОАО "ГНИНГИ") | Method of surveying lower surface of ice cover |
| RU2559159C1 (en) * | 2014-05-05 | 2015-08-10 | Открытое акционерное общество "Концерн "Океанприбор" | Ice thickness measuring method |
| RU2585401C1 (en) * | 2015-04-06 | 2016-05-27 | Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство промышленности и торговли Российской Федерации (Минпромторг России) | Device for detecting objects in aqueous medium |
| RU2603831C1 (en) * | 2015-06-26 | 2016-11-27 | Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство промышленности и торговли Российской Федерации (Минпромторг) | Method of determination of iceberg lowest point immersion depth |
| RU2623830C1 (en) * | 2016-07-27 | 2017-06-29 | Акционерное Общество "Концерн "Океанприбор" | Method of remote determination of relief and sedimentation of underwater iceberg part |
| RU198484U1 (en) * | 2019-12-05 | 2020-07-13 | Федеральное государственное бюджетное учреждение "Арктический и антарктический научно-исследовательский институт" | INSTRUMENT ROD |
| RU2771434C1 (en) * | 2021-04-02 | 2022-05-04 | Владимир Васильевич Чернявец | Apparatus for surveying the underwater surface of an iceberg |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB1418614A (en) * | 1973-01-15 | 1975-12-24 | Raytheon Co | Scanning sonar system |
| US4596007A (en) * | 1982-10-12 | 1986-06-17 | Thomson-Csf | Interferometric sonar in non-linear acoustics |
| RU2236691C1 (en) * | 2003-04-01 | 2004-09-20 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт физико-технических и радиотехнических измерений" | Holographic acoustic system for visualization of underwater objects in natural water basin |
| RU2394253C1 (en) * | 2008-10-13 | 2010-07-10 | Открытое акционерное общество "Федеральный научно-производственный центр "Нижегородский научно-исследовательский институт радиотехники" | Mobile ultra-high frequency three-dimensional radar |
-
2010
- 2010-09-13 RU RU2010138021/28A patent/RU2444760C1/en active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB1418614A (en) * | 1973-01-15 | 1975-12-24 | Raytheon Co | Scanning sonar system |
| US4596007A (en) * | 1982-10-12 | 1986-06-17 | Thomson-Csf | Interferometric sonar in non-linear acoustics |
| RU2236691C1 (en) * | 2003-04-01 | 2004-09-20 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт физико-технических и радиотехнических измерений" | Holographic acoustic system for visualization of underwater objects in natural water basin |
| RU2394253C1 (en) * | 2008-10-13 | 2010-07-10 | Открытое акционерное общество "Федеральный научно-производственный центр "Нижегородский научно-исследовательский институт радиотехники" | Mobile ultra-high frequency three-dimensional radar |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| Гидролокационная съемка нижней поверхности ледяного покрова. Зубакин Г.К., Криницкий П.И., Гудошников Ю.П. и др. Комплексные исследования и изыскания ледовых и гидрометеорологических явлений и процессов на арктическом шельфе. - СПб., 2004, Труды ААНИИ, т.449, с.229-237. Клей К., Медвин Г. Акустическая океанография. Основы и применения. - М.: Мир, 1980, с.580. * |
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2500985C1 (en) * | 2012-06-27 | 2013-12-10 | Открытое акционерное общество "Концерн "Океанприбор" | Method for remote detection of subsidence, thickness and height of ice |
| RU2510608C1 (en) * | 2012-11-15 | 2014-04-10 | Открытое акционерное общество "Концерн "Океанприбор" | Method of measuring thickness of ice from underwater vehicle |
| RU2549683C2 (en) * | 2013-07-15 | 2015-04-27 | Открытое акционерное общество "Государственный научно-исследовательский навигационно-гидрографический институт" (ОАО "ГНИНГИ") | Method of surveying lower surface of ice cover |
| RU2559159C1 (en) * | 2014-05-05 | 2015-08-10 | Открытое акционерное общество "Концерн "Океанприбор" | Ice thickness measuring method |
| RU2585401C1 (en) * | 2015-04-06 | 2016-05-27 | Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство промышленности и торговли Российской Федерации (Минпромторг России) | Device for detecting objects in aqueous medium |
| RU2603831C1 (en) * | 2015-06-26 | 2016-11-27 | Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство промышленности и торговли Российской Федерации (Минпромторг) | Method of determination of iceberg lowest point immersion depth |
| RU2623830C1 (en) * | 2016-07-27 | 2017-06-29 | Акционерное Общество "Концерн "Океанприбор" | Method of remote determination of relief and sedimentation of underwater iceberg part |
| RU198484U1 (en) * | 2019-12-05 | 2020-07-13 | Федеральное государственное бюджетное учреждение "Арктический и антарктический научно-исследовательский институт" | INSTRUMENT ROD |
| RU2771434C1 (en) * | 2021-04-02 | 2022-05-04 | Владимир Васильевич Чернявец | Apparatus for surveying the underwater surface of an iceberg |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2444760C1 (en) | Method for removing lower surface of ice cover | |
| US8508402B2 (en) | System and method for detecting, locating and identifying objects located above the ground and below the ground in a pre-referenced area of interest | |
| RU2434246C1 (en) | Method of surveying bottom topography of water bodies and apparatus for realising said method | |
| JP2007127639A (en) | Method and device for multi-dimensional imaging | |
| CN111854704A (en) | Marine geophysical comprehensive survey system | |
| Singh et al. | Microbathymetric mapping from underwater vehicles in the deep ocean | |
| US11789146B2 (en) | Combined method of location of sonar detection device | |
| RU2519269C1 (en) | Method of surveying bottom topography of water area and apparatus therefor | |
| CN104569972A (en) | Plant root system three-dimensional configuration nondestructive testing method | |
| RU2429507C1 (en) | Method of reconstructing sea bottom relief in depth measurement by hydroacoustic means and device to this end | |
| RU2608301C2 (en) | System and method for 3d examination of sea bottom for engineering survey | |
| JP2002168952A (en) | Method of reconstituting submarine three-dimensional structure | |
| RU2549683C2 (en) | Method of surveying lower surface of ice cover | |
| RU2466426C1 (en) | Method of reconstructing sea-floor relief when measuring depth using hydroacoustic apparatus | |
| JP3796488B2 (en) | Sinking sinking guidance device and sinking guidance method | |
| KR20040092508A (en) | System for investigation of river bottom topography and fluctuation using GPS and GPR | |
| CN113552069A (en) | Laser ultrasonic underwater target detection method and system based on interferometric synthetic aperture | |
| RU2624607C1 (en) | Method of acoustic tomography system fields in the atmosphere, the oceans and crust of different physical nature in the marine environment | |
| CN111487621A (en) | Sea surface flow field inversion method based on radar image and electronic equipment | |
| CN218037344U (en) | Seabed high-precision imaging system suitable for underwater mobile platform | |
| RU75060U1 (en) | ACOUSTIC LOCATION SYSTEM OF NEAR ACTION | |
| RU2623830C1 (en) | Method of remote determination of relief and sedimentation of underwater iceberg part | |
| RU2559311C1 (en) | Assessment method of state of ice field | |
| RU2771434C1 (en) | Apparatus for surveying the underwater surface of an iceberg | |
| RU2635332C1 (en) | Method of determining state of ice cover |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PD4A | Correction of name of patent owner | ||
| PC41 | Official registration of the transfer of exclusive right |
Effective date: 20161012 |