RU2451300C1 - Hydroacoustic navigation system - Google Patents
Hydroacoustic navigation system Download PDFInfo
- Publication number
- RU2451300C1 RU2451300C1 RU2010148984/28A RU2010148984A RU2451300C1 RU 2451300 C1 RU2451300 C1 RU 2451300C1 RU 2010148984/28 A RU2010148984/28 A RU 2010148984/28A RU 2010148984 A RU2010148984 A RU 2010148984A RU 2451300 C1 RU2451300 C1 RU 2451300C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- navigation
- transponders
- frequency
- base
- signals
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Measurement Of Velocity Or Position Using Acoustic Or Ultrasonic Waves (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области навигации, а более конкретно к определению координат преимущественно подводных аппаратов для позиционирования подводных объектов при обследовании морских объектов хозяйственной деятельности.The invention relates to the field of navigation, and more specifically to determining the coordinates of mainly underwater vehicles for positioning underwater objects when examining marine objects of economic activity.
Известна гидроакустическая синхронная дальномерная навигационная система (патент RU №2032787 [1], содержащая 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.Known sonar synchronous rangefinder navigation system (patent RU No. 2032787 [1], containing a bottom navigation base of M hydroacoustic transponders with different response frequencies and placed on the navigation object hydroacoustic transmitter, clock generator, M-channel receiver, M meters of propagation time of hydroacoustic signals up to transponders and vice versa, M · N blocks for converting time intervals to distances of N in each of the channels from M, M blocks for selecting the maximum value I have a distance of N values and a coordinate calculator for the navigation object, in which each of the M channels is entered by the number of ray paths N-1 of additional measuring instruments for the propagation time of hydroacoustic signals, N-1 delay multivibrators, N-1 strobe multivibrators, N-1 selectors moreover, the first inputs of N-1 propagation meters are connected to the output of the clock generator, the second inputs are connected to the first outputs of the respective selectors, and the outputs are connected to the M · N inputs of the time interval conversion unit in the distance, the first input of each of the selectors is connected to the output of the corresponding multivibrator strobe pulse, the second input is connected to the output of the corresponding channel of the receiver, 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 , N (N-1) additional blocks for converting time intervals into distances, N-1 additional blocks for selecting the maximum the distance and the 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 meters of time intervals, and the outputs are connected to the inputs of N-1 additional blocks for selecting the maximum value, the outputs of all blocks for selecting the maximum distance value 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. 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 системы 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.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. The navigation base of such systems, pre-installed at the bottom of the water area, as a rule, consists of 12-16 responder beacons and is pre-calibrated in relative and geographical coordinates (relative and absolute calibrations) using a support vessel equipped with an onboard satellite and sonar navigation system . 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 при замене выработавших свой ресурс маяков-ответчиков. 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.Using the known method for navigating underwater vehicles requires a significant amount of ship time when replacing exhausted beacons-responders. 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.
Наиболее близкими по своей сути к заявляемому объекту техники являются устройства, приведенные в патентных описаниях (патент RU №2289149 [2] и авторское свидетельство SU №713278 [3]) и в источнике [4].The closest in essence to the claimed object of technology are the devices shown in patent descriptions (patent RU No. 2289149 [2] and copyright certificate SU No. 713278 [3]) and in the source [4].
Известна гидроакустическая синхронная дальномерная навигационная система [3], состоящая из базы гидроакустических приемоответчиков, служащих для измерения времени распространения акустических сигналов от объекта навигации до маяков, устройства вычисления дистанции по измеренному времени распространения и известной скорости звука, и устройства вычисления координат объекта навигации по найденным значениям дистанций.Known sonar synchronous rangefinder navigation system [3], consisting of a base of sonar transponders used to measure the propagation time of acoustic signals from the navigation object to the beacons, a device for calculating the distance from the measured propagation time and the known speed of sound, and a device for calculating the coordinates of the navigation object from the found values distances.
Недостатком такой системы является большая погрешность определения координат, связанная с изменчивостью скорости звука в морской среде.The disadvantage of this system is the large error in determining the coordinates associated with the variability of the speed of sound in the marine environment.
Известна также гидроакустическая синхронная дальномерная навигационная система [4], содержащая донную базу из М гидроакустических приемоответчиков с различными частотами ответа, размещенные на объекте навигации, передатчик, вход которого соединен с первым выходом генератора синхроимпульсов, М-канальный приемник, выходы которого подключены к входам М измерителей времени распространения гидроакустических сигналов до соответствующего приемоответчика и обратно, вторые входы которых соединены с вторым выходом генератора синхроимпульсов, M×N блоков преобразования временных интервалов в дистанции по числу N возможных лучевых траекторий, входы которых подключены к соответствующим выходам измерителей времени распространения, М блоков выбора максимального значения, входы которых соединены с выходами N блоков каждого из М каналов преобразования временных интервалов в дистанции, вычислитель координат объекта навигации, вход которого соединен с выходами М блоков выбора максимального значения.Also known is a hydroacoustic synchronous rangefinder navigation system [4], containing a bottom base of M hydroacoustic transponders with different response frequencies, located on the navigation object, a transmitter whose input is connected to the first output of the clock generator, an M-channel receiver, the outputs of which are connected to the inputs of M hydro-acoustic signal propagation time meters to the corresponding transponder and vice versa, the second inputs of which are connected to the second output of the clock generator c, M × N blocks for converting time intervals in distance according to the number N of possible ray paths, the inputs of which are connected to the corresponding outputs of measuring instruments for propagation time, M blocks for selecting the maximum value, the inputs of which are connected to the outputs of N blocks of each of the M channels for converting time intervals in distance , the coordinate calculator of the navigation object, the input of which is connected to the outputs of the M blocks for selecting the maximum value.
Наличие в структуре навигационной системы блоков преобразования временных интервалов в дистанции, работающих по алгоритму, учитывающему изменчивость скорости звука и эффекты многолучевости, позволяет снизить погрешность определения координат. Такая система по технической сущности является наиболее близкой к предлагаемому изобретению.The presence in the structure of the navigation system of blocks for converting time intervals into distances, operating according to an algorithm that takes into account the variability of the speed of sound and the effects of multipath, reduces the error in determining the coordinates. Such a system in technical essence is the closest to the proposed invention.
Недостатком указанной навигационной системы является относительно малая дальность действия при работе объекта навигации вблизи дна и при использовании донных маяков-ответчиков, которая связана с эффектами рефракции звука вблизи дна.The disadvantage of this navigation system is the relatively short range when operating the navigation object near the bottom and when using bottom beacons responders, which is associated with the effects of refraction of sound near the bottom.
В основу технического решения [2] положена задача разработки гидроакустической синхронной навигационной системы с большей дальностью действия без увеличения погрешности определения координат объекта навигации.The technical solution [2] is based on the task of developing a sonar synchronous navigation system with a longer range without increasing the error in determining the coordinates of the navigation object.
Поставленная задача известным устройством [2] решается тем, что в состав гидроакустической синхронной дальномерной навигационной системы дальнего действия, содержащей донную навигационную базу из М гидроакустических приемоответчиков с различными частотами ответа fm (m=1-M), размещенные на объекте навигации генератор синхроимпульсов, акустический передатчик с частотой опроса f0, вход которого соединен с первым выходом генератора синхроимпульсов. М-канальный приемник для приема ответных сигналов с частотами fm, М измерителей времени распространения акустических сигналов до приемоответчика, работающего на частоте этого канала, и обратно, первые входы которых соединены с выходами М канального приемника, а вторые входы соединены с вторым выходом генератора синхроимпульсов, M×N блоков преобразования временных интервалов в дистанции по числу N возможных лучевых траекторий, входы которых соединены с выходами соответствующих измерителей времени распространения, М блоков выбора максимального значения дистанции, входы которых соединены с выходами N блоков преобразования временных интервалов в дистанции данного канала, вычислитель координат объекта навигации, первый вход которого соединен с выходами М блоков выбора максимального значения дистанций, введены дополнительно вторая донная навигационная база из М гидроакустических маяков-пингеров с различными частотами излучения Fm (m=1-M), механически связанных с соответствующими М маяками-ответчиками, содержащих М синхронно работающих генераторов синхроимпульсов, М передатчиков с различными рабочими частотами Fm, входы которых соединены с выходами генераторов синхроимпульсов, М гидроакустических излучателей с рабочими частотами Fm, входы которых соединены с выходами передатчиков с соответствующими рабочими частотами.The problem is solved by the known device [2] is solved by the fact that the composition of the long-range hydroacoustic synchronous long-range navigation system containing a bottom navigation base of M hydroacoustic transponders with different response frequencies f m (m = 1-M), a clock generator located on the navigation object, an acoustic transmitter with a sampling frequency f 0 , the input of which is connected to the first output of the clock generator. M-channel receiver for receiving response signals with frequencies f m , M meters of propagation time of acoustic signals to a transponder operating on the frequency of this channel, and vice versa, the first inputs of which are connected to the outputs M of the channel receiver, and the second inputs are connected to the second output of the clock generator , M × N blocks of conversion of time intervals in distance according to the number N of possible ray paths, the inputs of which are connected to the outputs of the corresponding measuring instruments of propagation time, M blocks of max of the distance, the inputs of which are connected to the outputs of N blocks for converting time intervals to distances of this channel, the coordinates calculator of the navigation object, the first input of which is connected to the outputs of M blocks for selecting the maximum distance, an additional second bottom navigation base from M sonar pinger beacons with different radiation frequencies F m (m = 1-M), mechanically coupled to the respective M responder beacon containing M clock generator working synchronously, lane M sensors with different working frequencies F m, whose inputs are connected to outputs of clock generators, M sonar emitters with operating frequencies F m, whose inputs are connected to outputs of the transmitters to the respective working frequencies.
Кроме того, на объекте навигации дополнительно размещены второй генератор синхроимпульсов, работающий синхронно с генераторами синхроимпульсов маяков-пингеров, первый выход которого используется для синхронизации М синхронно работающих генераторов синхроимпульсов гидроакустических маяков-пингеров перед их установкой на дно, буксируемая приемная акустическая антенна, второй М канальный приемник для приема акустических сигналов маяков-пингеров, вход которого соединен с выходом буксируемой приемной акустической антенны, М измерителей времени распространения акустических сигналов от маяков-пингеров до объекта навигации, первые входы которых соединены с выходами второго М канального приемника, а вторые входы соединены со вторым выходом второго генератора синхроимпульсов, дополнительные М блоков преобразования временных интервалов в дистанции, входы которых соединены с выходами М измерителей времени распространения акустических сигналов от маяков-пингеров до объекта навигации, а выходы соединены со вторыми входами вычислителя координат объекта навигации, причем М гидроакустических излучателей маяков-пингеров и буксируемая приемная акустическая антенна расположены вблизи морского дна на расстоянии не более длины волны на рабочих частотах Fm, а дополнительные М блоков преобразования временных интервалов в дистанции вычисляют искомые расстояния rm через измеренные времена распространения tm по известной формуле с учетом скорости распространения придонной волны, предварительно вычисленной через параметры пограничных сред границы раздела вода - морское дно по известной формуле с учетом плотности и скорости звука в придонном слое воды и плотности и скорости звука в осадочном слое морского дна [2].In addition, a second clock generator is located at the navigation object, which works synchronously with the clock generators of pinger beacons, the first output of which is used to synchronize M synchronously driven clock generators of sonar pinger beacons before they are installed on the bottom, a towed receiving acoustic antenna, and a second M channel receiver for receiving acoustic signals of pinger beacons, the input of which is connected to the output of the towed receiving acoustic antenna, M measure the propagation time of acoustic signals from pinger beacons to the navigation object, the first inputs of which are connected to the outputs of the second M channel receiver, and the second inputs are connected to the second output of the second clock generator, additional M blocks for converting time intervals into distances, the inputs of which are connected to the outputs of M measuring the propagation time of acoustic signals from pinger beacons to the navigation object, and the outputs are connected to the second inputs of the coordinate calculator of the navigation object, m M sonar emitters beacons pingers and towed receiving acoustic antenna arranged near the seabed at a distance not more than the wavelength at the operating frequency F m, and an additional M timeslots conversion units in the distance calculating desired distance r m through the measured propagation times t m by a known a formula taking into account the propagation velocity of a near-bottom wave, previously calculated through the parameters of the boundary media of the water-seabed interface according to the well-known formula taking into account the density spine and the velocity of sound in the bottom layer of water and the density and velocity of sound in the sedimentary seabed layer [2].
Существенным недостатками известной гидроакустической синхронной дальномерной навигационной системы дальнего действия [2] является то, что получение координат подводного объекта отягощено многочисленными и трудоемкими вычислениями, обусловленными учетом скорости распространения придонной волны, плотности и скорости звука. При проведении исследований в районах со сложным рельефом эффективность вычислений может привести к обратному результату, т.е. к проявлению дополнительной погрешности в итоговых результатах определения координат подводного объекта. Кроме того, с учетом того, что донная навигационная база расположена на дне, а приемник акустических сигналов находится на подводном объекте, т.е. на разных горизонтах по глубине, то в вычисления также необходимо вводить поправочные коэффициенты.Significant disadvantages of the well-known long-range sonar synchronous long-range navigation system [2] is that obtaining the coordinates of an underwater object is burdened by numerous and time-consuming calculations, due to taking into account the propagation velocity of the near-bottom wave, density and speed of sound. When conducting research in areas with complex terrain, the efficiency of calculations can lead to the opposite result, i.e. to the manifestation of an additional error in the final results of determining the coordinates of the underwater object. In addition, taking into account the fact that the bottom navigation base is located at the bottom, and the acoustic signal receiver is located on the underwater object, i.e. at different horizons in depth, then correction factors must also be entered into the calculations.
Кроме того, формирование двух донных баз из маяков-ответчиков требует размещения большого количества активных маяков-ответчиков, автономный энергоресурс которых весьма ограничен.In addition, the formation of two bottom bases from transponder beacons requires the deployment of a large number of active transponder beacons, whose autonomous energy resource is very limited.
Задачей заявляемого технического решения является сокращение трудоемкости определения координат подводных объектов.The objective of the proposed technical solution is to reduce the complexity of determining the coordinates of underwater objects.
Поставленная задача решается за счет того, что в гидроакустической навигационной системе, содержащей донную навигационную базу из М ответчиков с различными частотами ответа fm, размещенные на объекте навигации акустический передатчик с частотой опроса f0, М-канальный приемник для приема ответных сигналов с частотами fm, M измерителей времени распространения акустических сигналов до ответчика, работающего на частоте этого канала, и обратно, M×N блоков преобразования временных интервалов в дистанции по числу N возможных лучевых траекторий, входы которых соединены с выходами соответствующих измерителей времени распространения, вычислитель координат объекта навигации, дополнительную вторую донную навигационную базу из М ответчиков с различными частотами излучения Fm (m=1-M), механически связанных с соответствующими М ответчиками, при определении координат навигационного объекта учитывают скорость распространения звука в воде в отличие от аналогов и прототипа, ответчики первой и второй навигационных баз сформированы из ответчиков, выполненных в форме сферических поверхностей, причем ответчики первой навигационной базы выполнены из акустически жестких материалов, а ответчики второй базы выполнены из акустически мягких материалов, в точках, формирующих вторую навигационную базу, маяки размещены группами на расстояниях от соответствующего одиночного маяка, меньше длительности зондирующего импульса акустического передатчика, акустический передатчик излучает сигнал в сторону ответчиков с линейной частотной модуляцией, объект навигации снабжен датчиком измерения скорости звука в воде, установленным на горизонте глубины акустического передатчика.The problem is solved due to the fact that in a sonar navigation system containing a bottom navigation base of M responders with different response frequencies f m , an acoustic transmitter with a sampling frequency f 0 , an M-channel receiver for receiving response signals with frequencies f m , M meters of the propagation time of acoustic signals to the transponder operating at the frequency of this channel and vice versa, M × N units for converting time intervals to distances according to the number N of possible ray paths d, the inputs of which are connected to the outputs of the respective measuring instruments for the propagation time, a coordinate calculator of the navigation object, an additional second bottom navigation base of M transponders with different radiation frequencies F m (m = 1-M) mechanically connected with the corresponding M transponders when determining the coordinates of the navigation the object takes into account the speed of sound propagation in water, unlike analogues and prototype, the transponders of the first and second navigation bases are formed from transponders made in the form of spherical the core, and the transponders of the first navigation base are made of acoustically rigid materials, and the transponders of the second base are made of acoustically soft materials, at the points forming the second navigation base, beacons are placed in groups at distances from the corresponding single beacon, less than the duration of the probe pulse of the acoustic transmitter, acoustic transmitter emits a signal in the direction of the linear frequency modulated transponders, the navigation object is equipped with a sensor for measuring the speed of sound in water, installed on at the depth horizon of the acoustic transmitter.
В заявленной гидроакустической навигационной системе общими существенными признаками для нее и для ее прототипа являются:In the claimed sonar navigation system, the common essential features for her and her prototype are:
- гидроакустическая навигационная система, содержащая донную навигационную базу из М ответчиков с различными частотами ответа fm (m=1-M);- sonar navigation system containing a bottom navigation base of M responders with different response frequencies f m (m = 1-M);
- размещенные на объекте навигации акустический передатчик с частотой опроса f0;- placed on the navigation object acoustic transmitter with a sampling frequency f 0 ;
- М канальный приемник для приема ответных сигналов с частотами fm;- M channel receiver for receiving response signals with frequencies f m ;
- М измерителей времени распространения акустических сигналов до ответчика, работающего на частоте этого канала, и обратно;- M meters of propagation time of acoustic signals to the transponder operating at the frequency of this channel, and vice versa;
- M×N блоков преобразования временных интервалов в дистанции по числу N возможных лучевых траекторий, входы которых соединены с выходами соответствующих измерителей времени распространения;- M × N blocks for converting time intervals into distances according to the number N of possible ray paths, the inputs of which are connected to the outputs of the respective measuring instruments for propagation time;
- вычислитель координат объекта навигации;- calculator of coordinates of the navigation object;
- вторая донная навигационная база из М ответчиков с различными частотами излучения Fm (m=1-M), механически связанных с соответствующими М ответчиками;- a second bottom navigation base of M transponders with different radiation frequencies F m (m = 1-M) mechanically associated with the corresponding M transponders;
- при определении координат навигационного объекта учитывают скорость распространения звука в воде.- when determining the coordinates of a navigation object, the speed of sound propagation in water is taken into account.
Сопоставительный анализ существенных признаков заявленной гидроакустической системы и прототипа показывает, что первая в отличие от прототипа имеет следующие отличительные признаки:A comparative analysis of the essential features of the claimed sonar system and prototype shows that the first, unlike the prototype, has the following distinctive features:
- ответчики первой и второй навигационных баз сформированы из ответчиков, выполненных в форме сферических поверхностей;- the defendants of the first and second navigation bases are formed from defendants made in the form of spherical surfaces;
- ответчики первой навигационной базы выполнены из акустически жестких материалов, а ответчики второй базы выполнены из акустически мягких материалов;- the transponders of the first navigation base are made of acoustically rigid materials, and the transponders of the second base are made of acoustically soft materials;
- в точках, формирующих вторую навигационную базу, маяки размещены группами на расстояниях от соответствующего одиночного маяка, меньше длительности зондирующего импульса акустического передатчика;- at the points forming the second navigation base, the beacons are placed in groups at distances from the corresponding single beacon, less than the duration of the probe pulse of the acoustic transmitter;
- акустический передатчик излучает сигнал в сторону ответчиков с линейной частотной модуляцией;- the acoustic transmitter emits a signal in the direction of the transponders with linear frequency modulation;
- объект навигации снабжен датчиком измерения скорости звука в воде, установленным на горизонте глубины акустического передатчика.- the navigation object is equipped with a sensor for measuring the speed of sound in water, mounted on the depth horizon of the acoustic transmitter.
Совокупность новых отличительных признаков заявляемого объекта техники обеспечивает получение технического результата, заключающегося в сокращении трудоемкости определения координат подводных объектов, за счет того, что ответчики первой и второй навигационных баз сформированы из ответчиков, выполненных в форме сферических поверхностей, ответчики первой навигационной базы выполнены из акустически жестких материалов, а ответчики второй базы выполнены из акустически мягких материалов, в точках, формирующих вторую навигационную базу, маяки размещены группами на расстояниях от соответствующего одиночного маяка, меньше длительности зондирующего импульса акустического передатчика, акустический передатчик излучает сигнал в сторону ответчиков с линейной частотной модуляцией, объект навигации снабжен датчиком измерения скорости звука в воде, установленным на горизонте глубины акустического передатчика.The combination of new distinctive features of the claimed object of technology provides a technical result, consisting in reducing the complexity of determining the coordinates of underwater objects, due to the fact that the transponders of the first and second navigation bases are formed from transponders made in the form of spherical surfaces, the transponders of the first navigation base are made of acoustically rigid materials, and the second base defendants are made of acoustically soft materials, at the points forming the second navigation base , the beacons are placed in groups at distances from the corresponding single beacon, less than the duration of the probe pulse of the acoustic transmitter, the acoustic transmitter emits a signal towards the transponders with linear frequency modulation, the navigation object is equipped with a sensor for measuring the speed of sound in water, installed at the depth horizon of the acoustic transmitter.
Сущность заявляемого технического решения поясняется чертежами.The essence of the proposed technical solution is illustrated by drawings.
Фиг.1. Акустический передатчикFigure 1. Acoustic transmitter
Излучающий тракт работает на принципе нелинейного взаимодействия акустических волн. Формирование исходных электрических сигналов осуществляется по двух канальной схеме. Сигналы с генераторов 1, 2 поступают на импульсные модуляторы 4, 5, которые управляются импульсным генератором 3. Затем радиоимпульсы усиливаются усилителями мощности 6, 7 и излучаются в воду преобразователями накачки 8. Преобразователь накачки 8 представляет собой 28-ми элементную мозаичную антенную решетку, состоящую из пьезокерамических элементов прямоугольной формы, образующих два набора с различными резонансными частотами. Излучающая поверхность преобразователя накачки 8 имеет форму квадрата со стороной 75 мм.The radiating path operates on the principle of nonlinear interaction of acoustic waves. The formation of the initial electrical signals is carried out according to two channel scheme. The signals from the
Фиг.2. Измерительный приемникFigure 2. Measuring receiver
Измерительный приемник представляет собой двухканальное усилительное устройство, снабженное фильтром, стробирующим и решающим устройствами. Принятые гидрофоном 9 прямые (излученные антенной) и отраженные пассивным ответчиком сигналы поступают на входной фильтр нижних частот 10, который исключает попадание высокочастотных составляющих сигналов накачки в последующие каскады. Прошедшие через фильтр нижних частот сигналы разностной частоты усиливаются предварительным усилителем 11 и поступают на входы основных усилителей прямого 12 и отраженного 13 сигналов, в которых осуществляется временная селекция прямого и отраженного сигналов и усиление их до необходимых уровней. Работой стробирующих каскадов основных усилителей управляет импульсное устройство 14, которое формирует временные ворота для прямого и отраженного сигналов. Синхронизация импульсного устройства осуществляется формирователем 15. Установка коэффициентов усиления основных усилителей осуществляется кодом, формируемым в блоке управления 16. С выходов основных усилителей через полосовые фильтры 17 и 18 с регулируемой полосой пропускания сигналы с каналов для прямого и отраженного сигналов поступают на пиковые детекторы 19, 20. Регулировка полосы пропускания путем коммутации фильтров верхних и нижних частот по обоим каналам осуществляется блоком управления 21 фильтров. Пиковые детекторы фиксируют уровни напряжения прямого и отраженного сигналов, величины которых логарифмируются логарифмическими усилителями 22, 23 и поступают на вычитающее устройство 24. С вычитающего устройства 24 постоянное напряжение, пропорциональное разности между уровнями прямого и отраженного сигналов, поступает на решающее устройство 25. Импульсное устройство 14 перед приемом каждой следующей посылки вырабатывает импульс сброса и очищает память пиковых детекторов 19, 20. Для анализа прямого и отраженного сигналов одновременно или поочередно сигналы с выходов каналов прямого и отраженного сигналов, а также с выходов пиковых детекторов 19, 20 через коммутатор 26 поступают на сумматор 27, к выходу которого подключен регистратор 28. Измерительный приемник работает в диапазоне частот 5-50 кГц. Уровень шумов, приведенный ко входу по обоим каналам в полосе частот 5-50 кГц, не превышает 5 мкВ. Коэффициент усиления каждого канала изменяется в пределах 12-72 дБ. Фильтрами обеспечивается подавление высокочастотных сигналов накачки выше 100 кГц не мене 80 дБ.The measuring receiver is a two-channel amplifying device equipped with a filter, gating and deciding devices. The direct signals received by the hydrophone 9 (emitted by the antenna) and reflected by the passive transponder are fed to the input low-
Фильтр нижних частот 10 имеет частоты среза фильтра верхних частот 0,2; 2,5; 5; 10 кГц.The
Максимальная амплитуда входного сигнала в диапазоне рабочих частот составляет не более 1 В.The maximum amplitude of the input signal in the operating frequency range is not more than 1 V.
В качестве приемной антенны используется набранное из пьезокерамических широкополосных приемников кольцо вокруг преобразователя накачки либо расположенная таким же образом звукоприемная антенна из электретного кабеля.As a receiving antenna, a ring around the pump transducer or piezoelectric ceramic broadband receivers is used, or a sound-receiving antenna from an electret cable located in the same way is used.
Фиг.3, фиг.4, фиг.5, фиг.6 и фиг.7 - иллюстрация теоретических и экспериментальных исследований.Figure 3, 4, 5, 6 and 7 is an illustration of theoretical and experimental studies.
Предлагаемый способ основан на методах формирования широкополосных параметрических антенн гидроакустических излучателей для исследования частотных характеристик подводных объектов для выявления их классификационных признаков.The proposed method is based on the methods of forming broadband parametric antennas of hydroacoustic emitters to study the frequency characteristics of underwater objects to identify their classification features.
Для оценки влияния размеров исследуемых сфер на частотные зависимости силы цели были проведены измерения для трех сплошных сфер из стали диаметром 38, 76 и 100 мм соответственно. Результаты измерений силы цели представлены на фиг.3. Кривые 29, 30, 31 соответствуют зависимостям от частоты силы цели сфер диаметром 38, 76 и 100 мм. Сравнивая эти зависимости, можно отметить, что общим для них является чередование максимумов и минимумов, что характерно для 1<ka<10. Однако характер этих чередований, а также абсолютные значения силы цели и интервал частот между минимальными и максимальными значениями силы цели в данном диапазоне частот являются различными. Этот факт позволяет, например, 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 по известной методике (Клей К., Медвин Г. Акустическая океанография. Основы и применения. - М.: Мир, 1980. - 580 с.). Размеры исследуемых сфер, вычисленные по частотным характеристикам по известной методике, составили 26, 73 и 80 мм для сфер диаметром 38, 76 и 100 мм соответственно. Как видно, оценка является достаточно приблизительной. Однако в некоторых практических случаях такой оценки размера объекта в совокупности с учетом абсолютной величины силы цели может оказаться вполне достаточным для того, чтобы различать объекты по их габаритам, и на основании этого принимать решения о принадлежности к тому или иному классу. Величина силы цели сферических тел часто рассматривается в зависимости от произведения ka. Такие характеристики позволяют оценить изменение отражательной способности сферы в зависимости от ее размеров или от частоты сигнала. На фиг.4 представлены графики зависимости силы цели от произведения ka для стальных сфер диаметром 38 мм (кривая 32), 76 мм (кривая 33) и 100 мм (кривая 34). Характеристики, полученные при использовании сфер разных диаметров, достаточно хорошо согласуются между собой при одинаковых значениях ka. Это еще раз подтверждает достаточную точность метода измерений. Кроме того, хорошее совпадение кривых свидетельствует о том, что характер частотных зависимостей силы цели обусловлен не просто диаметром сферы или длиной излучаемой волны, а однозначно определяется соотношением частоты и размера исследуемого акустического жесткого сферического тела.To assess the influence of the dimensions of the studied spheres on the frequency dependences of the target force, measurements were carried out for three solid spheres made of steel with a diameter of 38, 76 and 100 mm, respectively. The results of measuring the strength of the target are presented in figure 3.
Минимумы в частотных зависимостях силы цели обусловлены интерференцией между различными типами волн, участвующими в процессе формирования отраженного от сферы сигнала. Интерференция вызывает искажения формы отраженного импульса на соответствующих частотах, что в некоторых случаях по характеру искажений формы отраженного сигнала позволяет судить о материале и размерах объекта.The minima in the frequency dependences of the target force are due to interference between different types of waves involved in the formation of the signal reflected from the sphere. The interference causes distortions in the shape of the reflected pulse at the corresponding frequencies, which in some cases, by the nature of the distortions in the shape of the reflected signal, makes it possible to judge the material and size of the object.
Исследования формы эхо-сигналов проводились путем теоретических расчетов и экспериментальных измерений.Studies of the shape of the echo signals were carried out by theoretical calculations and experimental measurements.
Теоретическая задача рассеивания звука на акустической жесткой упругой сфере, находящейся за областью эффективного нелинейного взаимодействия волн, решалась в соответствии с методикой (У.К. Метсавээр Я.А., Векслер Н.Д., Кутсер М.Э. Эхо-сигналы от упругих объектов. - Таллин: Академия наук ЭССР, 1974. - 214 с.). По полученным выражениям производились вычисления эхо-сигналов от сплошных упругих сфер. Параметры зондирующего сигнала и параметры сфер выбирались соответствующими данным, которые использовались при проведении экспериментальных измерений. На фиг.5 и фиг.6 представлены результаты расчетов (фиг.5а, фиг.6а) и экспериментальных измерений (фиг.5б, фиг.6б) эхо-сигналов от сплошной медной сферы диаметром 60 мм с физическими параметрами с физическими параметрами Е=12,5 кг/см2; ν=0,35; ρ=8,9 г/см3, где Е - модуль Юнга, ν - коэффициент Пуассона, ρ - плотность материала. Длительность зондирующего импульса составляла τ=0,6 мс, частота заполнения 
Величина давления в отраженном сигнале, полученным экспериментальным путем, определялась по формуле Р=Uo/Кпγ, где Uo - напряжение на осциллографе; Кп - коэффициент передачи приемного тракта; γ - чувствительность измерительного гидрофона.The pressure in the reflected signal obtained experimentally was determined by the formula P = U o / K p γ, where U o is the voltage on the oscilloscope; To p - transmission coefficient of the receiving path; γ is the sensitivity of the measuring hydrophone.
Сопоставление сигналов, полученных расчетным и экспериментальным путем (фиг.4 и фиг.5), позволяет сделать вывод о том, что формы огибающих приведенных сигналов достаточно хорошо совпадают и незначительные различия в амплитудах находятся в пределах измерений.A comparison of the signals obtained by calculation and experimentally (Fig. 4 and Fig. 5) allows us to conclude that the shape of the envelopes of the cited signals coincide quite well and insignificant differences in the amplitudes are within the measurement range.
Искажения формы огибающих отраженных сигналов по отношению к падающим сигналам (последние имели прямоугольную форму огибающей) вызвано интерференцией различных типов волн, участвующих в формировании отраженного сигнала.The distortion of the shape of the envelopes of the reflected signals with respect to the incident signals (the latter had a rectangular shape of the envelope) is caused by the interference of various types of waves involved in the formation of the reflected signal.
Степень влияния на результирующую огибающую отраженного сигнала тех или иных типов волн зависит от размеров материала объекта, а также частоты заполнения зондирующего импульса. Это позволяет исследовать с достаточной степенью точности (как показывает сравнение численных результатов с экспериментальными) звуковые поля отражающих объектов в однородной среде, в случаях, когда можно пренебречь эффектом нелинейного взаимодействия отраженных от объекта волн накачки. Эти случаи включают в себя случай рассеяния от тел, расположенных в однородной среде, обладающих значительным поглощением для волн накачки, например в водонасыщенном однородном иле.The degree of influence on the resulting envelope of the reflected signal of certain types of waves depends on the size of the material of the object, as well as the frequency of filling of the probe pulse. This allows us to study, with a sufficient degree of accuracy (a comparison of numerical results with experimental ones), the sound fields of reflecting objects in a homogeneous medium, in cases where the effect of nonlinear interaction of pump waves reflected from the object can be neglected. These cases include the case of scattering from bodies located in a homogeneous medium, which have significant absorption for pump waves, for example, in a water-saturated homogeneous silt.
В последующем были исследованы формы эхо-сигналов отраженных импульсов от сфер различных диаметров и изготовленных из разных материалов. В ходе исследований было установлено, что для сфер, изготовленных из одного типа материалов, форма отраженного сигнала зависит от соотношения между диаметром сферы и длиной волны. Подобные искажения формы отраженных импульсов характерны для однородных сфер, изготовленных из других металлов.Subsequently, the forms of echo signals of reflected pulses from spheres of various diameters and made of different materials were investigated. In the course of research, it was found that for spheres made of the same type of materials, the shape of the reflected signal depends on the ratio between the diameter of the sphere and the wavelength. Similar distortions in the shape of reflected pulses are characteristic of homogeneous spheres made of other metals.
В случае использования сфер из акустически мягкого материала, например пенопласта или наполненной воздухом сферы с тонкой стенкой, форма отраженных импульсов в местах минимумов на частотных зависимостях силы цели отличается от формы импульса, отраженного от сплошной сферы.In the case of using spheres of acoustically soft material, for example, polystyrene foam or spheres filled with air with a thin wall, the shape of the reflected pulses at the minima in the frequency dependences of the target force differs from the shape of the pulse reflected from the solid sphere.
Этот факт позволяет по форме, огибающей эхо-сигнал, отличать сферы, выполненные из акустически жестких и мягких материалов.This fact allows us to distinguish spheres made of acoustically hard and soft materials in a shape that envelopes the echo signal.
Для оценки влияния материала объекта на частотные зависимости цели сравнивались частотные зависимости для сфер равных размеров, выполненных из различных материалов (сталь, медь, алюминий, пенопласт), как полых, так и полностью изготовленных из однородного материала.To assess the influence of the object’s material on the frequency dependences of the target, we compared the frequency dependences for spheres of equal sizes made of different materials (steel, copper, aluminum, foam), both hollow and completely made of a homogeneous material.
Анализ этих зависимостей показывает, что сходство, наблюдаемое в одинаковом частотном интервале между минимальными значениями в частотных зависимостях силы цели, обусловлено одинаковыми геометрическими размерами, и различие в материале сфер не оказывает существенного влияния на формирование этих зависимостей. Отличаются зависимости между собой крутизной переходов между экстремальными значениями силы цели, а также абсолютными значениями силы цели на одинаковых частотах.An analysis of these dependences shows that the similarity observed in the same frequency interval between the minimum values in the frequency dependences of the target force is due to the same geometric dimensions, and the difference in the material of the spheres does not significantly affect the formation of these dependencies. The inter-steepness of the transitions between the extreme values of the target strength and the absolute values of the target strength at the same frequencies differ.
Более существенное различие в частотных зависимостях наблюдаются между стальной сферой и сферой, выполненной из пенопласта. Разница в зависимостях обусловлена, в основном, значительными отличиями акустических свойств материалов, из которых изготовлены эти сферы.A more significant difference in the frequency dependences is observed between the steel sphere and the sphere made of polystyrene foam. The difference in the dependencies is mainly due to significant differences in the acoustic properties of the materials from which these spheres are made.
Это позволяет отличать по частотным зависимостям силы цели сферы одинакового размера, изготовленные из акустически мягких материалов, от сфер, изготовленных из акустически жестких материалов.This makes it possible to distinguish spheres of the same size made of acoustically soft materials from spheres made of acoustically rigid materials in frequency dependences of the force of the target.
Для оценки различий в частотных зависимостях однородных и полых сфер были измерены частотные зависимости силы цели полых сфер.To assess the differences in the frequency dependences of homogeneous and hollow spheres, the frequency dependences of the target force of the hollow spheres were measured.
Результаты измерений показывают, что полые сферы имеют более сложный характер зависимости силы цели. Характерным отличием полых сфер от однородных является отсутствие регулярности минимумов в частотных характеристиках, которые для сплошных металлических сфер являются типичными.The measurement results show that hollow spheres have a more complex character of the dependence of the target strength. A characteristic difference between hollow and homogeneous spheres is the lack of regularity of minima in the frequency characteristics, which are typical for solid metal spheres.
Достаточно сложным вопросом является задача распознавания групповой цели при расстояниях между элементами этой цели, меньшими длительности зондирующего импульса. Одним из способов, позволяющих отличать одиночную цель от групповой, может являться изучение частотной характеристики отраженного сигнала. При отражении от нескольких целей, находящихся в пределах длительности импульса, сигнал будет являться результатом интерференции отраженных сигналов от всех целей. Изменение частоты при этом будет изменять их фазовые соотношения, что скажется на результирующем отраженном сигнале и приведет к осцилляциям частотной зависимости силы цели. Подтверждением этому могут служить результаты эксперимента, в котором измерялась частотная зависимость величины отраженного сигнала для двух сплошных сфер, расположенных одна над другой на расстоянии 25 см друг от друга. Длительность импульса при проведении эксперимента составляла τ=1 мс. Результаты эксперимента приведены на фиг.7, на которой представлена частотная зависимость падающего сигнала (кривая 35) и частотная зависимость отраженного сигнала (кривая 36). Чередования минимумов и максимумов на кривой 36, характеризующей частотную зависимость величины отраженного сигнала, имеет строгую периодичность. Величина периодов зависит от расстояния между сферами. Такая сложная зависимость силы цели является результатом интерференции сигналов, отраженных от первой и второй сфер. Таким образом, по характеру частотной зависимости амплитуды отраженного сигнала можно различать одиночную или групповые цели.A rather complicated issue is the task of recognizing a group target at distances between the elements of this target less than the duration of the probe pulse. One of the ways to distinguish a single target from a group one can be to study the frequency response of the reflected signal. When reflected from several targets within the pulse duration, the signal will be the result of interference from the reflected signals from all targets. A change in frequency will change their phase relationships, which will affect the resulting reflected signal and will lead to oscillations in the frequency dependence of the target’s strength. This can be confirmed by the results of an experiment in which the frequency dependence of the reflected signal was measured for two solid spheres located one above the other at a distance of 25 cm from each other. The pulse duration during the experiment was τ = 1 ms. The experimental results are shown in Fig.7, which shows the frequency dependence of the incident signal (curve 35) and the frequency dependence of the reflected signal (curve 36). The alternation of minima and maxima on
Полученные частотные зависимости были получены при медленном изменении частоты зондирующих импульсов от импульса к импульсу. Широкополосность параметрических антенн позволяет излучать широкополосные сигналы, которые дают возможность определить частотные свойства отраженных объектов за один цикл излучения-приема. При экспериментах с использованием медной сплошной сферы диаметром 60 мм излучался сигнал с линейной частотной модуляцией (ЛЧМ). При сравнении с отраженным сигналом девиации разностной частоты составляла 5-52 кГц длительностью излученного импульса 2 мс. Сравнение частотной зависимости силы цели для аналогичной сферы, полученной при медленном изменении частоты от импульса к импульсу с огибающей отраженного сигнала ЛЧМ импульса, показало качественное их совпадение. Аналогичные результаты были получены и для алюминиевой сферы такого же диаметра.The obtained frequency dependences were obtained by slowly changing the frequency of the probe pulses from pulse to pulse. Broadband parametric antennas allows you to emit broadband signals, which make it possible to determine the frequency properties of the reflected objects in a single radiation-reception cycle. In experiments using a solid copper sphere with a diameter of 60 mm, a signal with linear frequency modulation (LFM) was emitted. When compared with the reflected signal, the difference frequency deviation was 5-52 kHz with a pulse duration of 2 ms. A comparison of the frequency dependence of the target force for a similar sphere obtained by slowly changing the frequency from pulse to pulse from the envelope of the reflected signal of the chirp pulse showed their qualitative coincidence. Similar results were obtained for the aluminum sphere of the same diameter.
При исследовании отраженных сигналов от групповой цели с помощью зондирующих ЛЧМ импульсов, при условиях эксперимента, таких же, как и при измерении с медленно меняющейся частотой для групповой цели, разница частоты девиации разностной частоты прямого и отраженного сигналов составляла от 30 до 40 кГц. Разница коэффициентов усиления приемного тракта для каналов прямого и отраженного сигналов составляла - 36 дБ. При этом отраженный импульс содержит биения двух частот, начало которых задержано относительно начала отраженного импульса на величину, равную расстоянию между объектами. Частота биений зависит от девиации частоты излучаемого сигнала и расстояния между объектами.When studying reflected signals from a group target using probing LFM pulses, under experimental conditions the same as when measuring with a slowly changing frequency for a group target, the difference in the frequency of deviation of the difference frequency of the direct and reflected signals was from 30 to 40 kHz. The difference in the gain of the receiving path for the channels of the direct and reflected signals was 36 dB. In this case, the reflected pulse contains beats of two frequencies, the beginning of which is delayed relative to the beginning of the reflected pulse 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.
Как и в случае с медленно меняющей частотой, по форме отраженного ЛЧМ сигнала можно различать одиночную и групповую цели и оценивать расстояние между элементами групповой цели при расположении объектов на расстояниях, меньших длительности зондирующего импульса.As in the case of a slowly varying frequency, the shape of the reflected LFM signal allows one to distinguish between single and group targets and estimate the distance between the elements of the group target when objects are located at distances shorter than the duration of the probe pulse.
Совпадение огибающих отраженных сигналов от исследуемых объектов с их частотными зависимостями дает возможность за одну посылку при наличии обрабатывающей аппаратуры судить о частотных характеристиках отражающих объектов.The coincidence of the envelopes of the reflected signals from the studied objects with their frequency dependences makes it possible to judge the frequency characteristics of the reflecting objects in one package if there is processing equipment.
Результаты проведенных исследований отраженных сигналов от тел сферической формы позволяют сделать вывод о том, что параметрические антенны, обладающие широкополосностью, являются удобным инструментом для исследования отражающих свойств подводных объектов в широкой полосе частот.The results of studies of reflected signals from spherical bodies allow us to conclude that parametric antennas with broadband are a convenient tool for studying the reflective properties of underwater objects in a wide frequency band.
Способ реализуется следующим образом.The method is implemented as follows.
В районе исследований на дне водоема размещают ответчики в количестве и последовательности в зависимости от удовлетворения требований, предъявляемых к точности определения координат подводного объекта и характера выполняемых исследовательских работ. При этом формируют из ответчиков две донные навигационные базы. Соответствующий каждый ответчик первой донной базы, механически связан с ответчиками второй навигационной базы, размещенными группой на расстояниях от соответствующего одиночного ответчика, меньше длительности зондирующего импульса акустического передатчика.In the research area, at the bottom of the reservoir, defendants are placed in quantity and sequence, depending on the satisfaction of the requirements for the accuracy of determining the coordinates of the underwater object and the nature of the research work. At the same time, two bottom navigation bases are formed from the defendants. The corresponding each transponder of the first bottom base is mechanically connected with the transponders of the second navigation base, placed by the group at distances from the corresponding single transponder, less than the duration of the probe pulse of the acoustic transmitter.
Каждый ответчик выполнен в виде сферы. Ответчики, формирующие первую донную навигационную базу выполнены из акустически жестких материалов, а ответчики второй базы выполнены из акустически мягких материалов. В точках, формирующих вторую навигационную базу, маяки размещены группами на расстояниях от соответствующего одиночного маяка первой донной навигационной базы меньше длительности зондирующего импульса акустического передатчика. Акустический передатчик излучает сигнал в сторону ответчиков с линейной частотной модуляцией, посредством параметрической антенны.Each respondent is made in the form of a sphere. The transponders forming the first bottom navigation base are made of acoustically rigid materials, and the second transponders are made of acoustically soft materials. At the points forming the second navigation base, the beacons are placed in groups at distances from the corresponding single beacon of the first bottom navigation base less than the duration of the probe pulse of the acoustic transmitter. An acoustic transmitter emits a signal towards linear frequency modulated transponders via a parametric antenna.
Объект навигации снабжен датчиком измерения скорости звука в воде, установленным на горизонте глубины акустического передатчика.The navigation object is equipped with a sensor for measuring the speed of sound in water, mounted on the depth horizon of the acoustic transmitter.
Излучающий тракт работает на принципе нелинейного взаимодействия акустических волн. Формирование исходных электрических сигналов осуществляется по двухканальной схеме. Сигналы с генераторов 1, 2 (фиг.1) поступают на импульсные модуляторы 4, 5, которые управляются импульсным генератором 3. Затем радиоимпульсы усиливаются усилителями мощности 6, 7 и излучаются в воду преобразователями накачки 8. Преобразователь накачки 8 представляет собой 28-элементную мозаичную антенную решетку, состоящую из пьезокерамических элементов прямоугольной формы, образующих два набора с различными резонансными частотами. Излучающая поверхность преобразователя накачки 8 имеет форму квадрата со стороной 75 мм.The radiating path operates on the principle of nonlinear interaction of acoustic waves. The formation of the initial electrical signals is carried out according to a two-channel scheme. The signals from the
Измерительный приемник (фиг.2) представляет собой двухканальное усилительное устройство, снабженное фильтром, стробирующим и решающим устройствами. Принятые гидрофоном 9 прямые (излученные антенной) и отраженные пассивным ответчиком сигналы поступают на входной фильтр нижних частот 10, который исключает попадание высокочастотных составляющих сигналов накачки в последующие каскады. Прошедшие через фильтр нижних частот сигналы разностной частоты усиливаются предварительным усилителем 11 и поступают на входы основных усилителей прямого 12 и отраженного 13 сигналов, в которых осуществляется временная селекция прямого и отраженного сигналов и усиление их до необходимых уровней. Работой стробирующих каскадов основных усилителей управляет импульсное устройство 14, которое формирует временные ворота для прямого и отраженного сигналов. Синхронизация импульсного устройства осуществляется формирователем 15. Установка коэффициентов усиления основных усилителей осуществляется кодом, формируемым в блоке управления 16. С выходов основных усилителей через полосовые фильтры 17 и 18 с регулируемой полосой пропускания сигналы с каналов для прямого и отраженного сигналов поступают на пиковые детекторы 19, 20. Регулировка полосы пропускания путем коммутации фильтров верхних и нижних частот по обоим каналам осуществляется блоком управления 21 фильтров. Пиковые детекторы фиксируют уровни напряжения прямого и отраженного сигналов, величины которых логарифмируются логарифмическими усилителями 22, 23 и поступают на вычитающее устройство 24. С вычитающего устройства 24 постоянное напряжение, пропорциональное разности между уровнями прямого и отраженного сигналов, поступает на решающее устройство 25, представляющее собой вычислительное устройство, реализованное на основе ПЭВМ PC/AT фирмы IBM с соответствующим программным обеспечением.The measuring receiver (figure 2) is a two-channel amplifier device equipped with a filter, gating and deciding devices. The direct signals received by the hydrophone 9 (emitted by the antenna) and reflected by the passive transponder are fed to the input low-
Импульсное устройство 14 перед приемом каждой следующей посылки вырабатывает импульс сброса и очищает память пиковых детекторов 19, 20. Для анализа прямого и отраженного сигналов одновременно или поочередно сигналы с выходов каналов прямого и отраженного сигналов, а также с выходов пиковых детекторов 19, 20 через коммутатор 26 поступают на сумматор 27, к выходу которого подключен регистратор 28. Измерительный приемник работает в диапазоне частот 5-50 кГц. Уровень шумов, приведенный ко входу по обоим каналам в полосе частот 5-50 кГц, не превышает 5 мкВ. Коэффициент усиления каждого канала изменяется в пределах 12-72 дБ. Фильтрами обеспечивается подавление высокочастотных сигналов накачки выше 100 кГц не мене 80 дБ.The
Фильтр нижних частот 10 имеет 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
В качестве приемной антенны используется набранное из пьезокерамических широкополосных приемников кольцо вокруг преобразователя накачки либо расположенная таким же образом звукоприемная антенна из электретного кабеля.As a receiving antenna, a ring around the pump transducer or piezoelectric ceramic broadband receivers is used, or a sound-receiving antenna from an electret cable located in the same way is used.
В регистраторе 28, реализованном на основе микропроцессора, обеспечивающего ввод-вывод информации и преобразование сигналов от всех регистрирующих и измерительных устройств гидроакустической навигационной системы типа микропроцессора семейства A8rR фирмы АТМЕС, по форме отраженного огибающего эхо-сигнала (частотным зависимостям) в соответствии с классификационными признаками для каждой группы ответчиков устанавливаются позиционные номера ответчиков, координаты которых занесены в формуляр после установки ответчиков для проведения последующих исследований.In the
На решающее устройство 25 (вычислитель координат) также поступают значения скорости звука в воде, которые измеряются датчиком измерения скорости звука в воде, установленным на горизонте глубины акустического передатчика объекта навигации в моменты излучения и приема отраженных сигналов. Датчик измерения скорости звука в воде представляет собой циклический скоростемер (1. Гусев М.Н., Яковлев Г.В. Гидроакустические доплеровские лаги // Судостроение за рубежом, 1976, №5, с.53-57. 2. Судовые измерители скорости / А.А.Хребтов, В.Н.Кошкарев и др. - Судостроение, 1978, с.133) и учитывается при окончательном определении координат подводного объекта.The deciding device 25 (coordinate calculator) also receives the values of the speed of sound in water, which are measured by a sensor for measuring the speed of sound in water, installed on the depth horizon of the acoustic transmitter of the navigation object at the moments of radiation and reception of reflected signals. The sensor for measuring the speed of sound in water is a cyclic speed meter (1. Gusev MN, Yakovlev GV Hydroacoustic Doppler logs // Shipbuilding Abroad, 1976, No. 5, p. 53-57. 2. Ship speed meters / A.A. Khrebtov, V.N. Koshkarev and others - Shipbuilding, 1978, p.133) and is taken into account in the final determination of the coordinates of the underwater object.
В отличие от аналогов и прототипа в предлагаемом способе используются пассивные маяки ответчики, не требующие энергетического обеспечения для их функционирования по прямому назначению. Обеспечивается возможность формировать донные навигационные базы любой конфигурации для обеспечения проводимых подводным объектом работ как по площадям, так и по строго определенным подводным трассам, например при укладке подводных коммуникаций.Unlike analogs and prototypes, the proposed method uses passive beacons transponders that do not require energy supply for their operation for their intended purpose. It is possible to form a bottom navigation base of any configuration to ensure work carried out by the underwater object both in areas and on strictly defined underwater routes, for example, when laying underwater communications.
Предлагаемый способ может также найти применение при обеспечении позиционирования подводных объектов.The proposed method may also find application in providing positioning of underwater objects.
Экспериментальные исследования проводились с использованием серийно изготовленной гидроакустической аппаратуре и отработанного программно-математического обеспечения.Experimental studies were carried out using commercially available sonar equipment and proven software and mathematical software.
Источники информацииInformation sources
1. Патент RU №2032187.1. Patent RU No. 2032187.
2. Патент RU №2289149.2. Patent RU No. 2289149.
3. Авторское свидетельство SU №713278.3. Copyright certificate SU No. 713278.
4. Милн П.Х. Гидроакустические системы позиционирования. Л.: Судостроение, 1989, с.49-60.4. Milne P.H. Hydroacoustic positioning systems. L .: Shipbuilding, 1989, p. 49-60.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2010148984/28A RU2451300C1 (en) | 2010-11-30 | 2010-11-30 | Hydroacoustic navigation system |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2010148984/28A RU2451300C1 (en) | 2010-11-30 | 2010-11-30 | Hydroacoustic navigation system |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2451300C1 true RU2451300C1 (en) | 2012-05-20 |
Family
ID=46230859
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2010148984/28A RU2451300C1 (en) | 2010-11-30 | 2010-11-30 | Hydroacoustic navigation system |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2451300C1 (en) |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2522168C2 (en) * | 2012-10-12 | 2014-07-10 | Долбунова Ирина Ивановна | Device for receipt of on-line data on underwater situation in global ocean |
| RU2596244C1 (en) * | 2015-08-10 | 2016-09-10 | Армен Ованесович Кочаров | Arctic underwater navigation system for driving and navigation support of water surface and underwater objects of navigation in constrained conditions of navigation |
| 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 |
| RU182405U1 (en) * | 2017-12-03 | 2018-08-20 | Илья Алексеевич Галкин | Standalone multi-functional movable buoy |
| RU2710791C1 (en) * | 2019-02-18 | 2020-01-14 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Крыловский государственный научный центр" | Method of navigation equipment of sea area and self-propelled underwater vehicle for its implementation |
| RU203448U1 (en) * | 2020-08-12 | 2021-04-06 | Григорий Николаевич Щербаков | HIDDEN UNDERWATER MARKING DEVICE |
| RU2773497C1 (en) * | 2021-04-01 | 2022-06-06 | Владимир Васильевич Чернявец | Method and system for navigation support of pilotage and positioning |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2032187C1 (en) * | 1992-08-10 | 1995-03-27 | Институт проблем морских технологий Дальневосточного отделения РАН | Sonar synchronous range-finding navigation system |
| RU2158431C1 (en) * | 1999-05-18 | 2000-10-27 | Институт проблем морских технологий Дальневосточного отделения РАН | Sonar synchronous distance-measuring navigation system for hollow sea |
| RU2371738C1 (en) * | 2008-06-09 | 2009-10-27 | Юрий Владимирович Румянцев | Hydroacoustic navigation system |
-
2010
- 2010-11-30 RU RU2010148984/28A patent/RU2451300C1/en active
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2032187C1 (en) * | 1992-08-10 | 1995-03-27 | Институт проблем морских технологий Дальневосточного отделения РАН | Sonar synchronous range-finding navigation system |
| RU2158431C1 (en) * | 1999-05-18 | 2000-10-27 | Институт проблем морских технологий Дальневосточного отделения РАН | Sonar synchronous distance-measuring navigation system for hollow sea |
| RU2371738C1 (en) * | 2008-06-09 | 2009-10-27 | Юрий Владимирович Румянцев | Hydroacoustic navigation system |
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2522168C2 (en) * | 2012-10-12 | 2014-07-10 | Долбунова Ирина Ивановна | Device for receipt of on-line data on underwater situation in global ocean |
| RU2596244C1 (en) * | 2015-08-10 | 2016-09-10 | Армен Ованесович Кочаров | Arctic underwater navigation system for driving and navigation support of water surface and underwater objects of navigation in constrained conditions of navigation |
| 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 |
| RU182405U1 (en) * | 2017-12-03 | 2018-08-20 | Илья Алексеевич Галкин | Standalone multi-functional movable buoy |
| RU2710791C1 (en) * | 2019-02-18 | 2020-01-14 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Крыловский государственный научный центр" | Method of navigation equipment of sea area and self-propelled underwater vehicle for its implementation |
| RU203448U1 (en) * | 2020-08-12 | 2021-04-06 | Григорий Николаевич Щербаков | HIDDEN UNDERWATER MARKING DEVICE |
| RU2773497C1 (en) * | 2021-04-01 | 2022-06-06 | Владимир Васильевич Чернявец | Method and system for navigation support of pilotage and positioning |
| RU2796238C1 (en) * | 2022-11-08 | 2023-05-18 | Российская Федерация, От Имени Которой Выступает Министерство Промышленности И Торговли Российской Федерации | Method for measuring target strength on a scale model |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN106154276B (en) | Deep seafloor parameter inversion method based on bottom reverberation and propagation loss | |
| KR101294493B1 (en) | Method and device for measuring a contour of the ground | |
| RU2451300C1 (en) | Hydroacoustic navigation system | |
| RU2456634C1 (en) | Method of navigating submarine object using hydroacoustic navigation system | |
| RU2343502C2 (en) | Method and system of positional analysis of object under observation by depth in aqueous medium | |
| CN110836981A (en) | Layered water flow high-resolution radial acoustic Doppler frequency measurement method | |
| CN108680234A (en) | A kind of water-depth measurement method of quarice layer medium | |
| US20220236437A1 (en) | Method and system for determining top and bottom depth of an under water mud layer | |
| RU2346295C1 (en) | Active sonar | |
| RU75062U1 (en) | DOPPLER LOCATION SYSTEM | |
| RU75061U1 (en) | ACTIVE HYDROLOCATOR | |
| RU75060U1 (en) | ACOUSTIC LOCATION SYSTEM OF NEAR ACTION | |
| KR101331333B1 (en) | Method and device for measuring a profile of the ground | |
| RU2510608C1 (en) | Method of measuring thickness of ice from underwater vehicle | |
| RU153808U1 (en) | PARAMETRIC ECHO DEDOMETER | |
| RU2463624C1 (en) | Hydroacoustic navigation system | |
| RU2529207C1 (en) | Navigation system for towed underwater vehicle | |
| EA035249B1 (en) | Detection system and method to check the position of a pipeline in a bed of a body of water | |
| RU2614854C2 (en) | Method of measuring depth and echo sounder therefor | |
| RU166051U1 (en) | CORRELATION LAG | |
| RU2545065C2 (en) | Method to measure acoustic speed in water | |
| RU2158431C1 (en) | Sonar synchronous distance-measuring navigation system for hollow sea | |
| RU2484499C1 (en) | Method of determining depth of water body using side-scanning sonar and side-scanning sonar for realising said method | |
| RU2624980C1 (en) | Hydroacoustic rho-rho navigation system | |
| RU2660292C1 (en) | Method for determining object immersion depth |