RU2452977C1 - Method of measuring distance to monitored facility - Google Patents

Method of measuring distance to monitored facility Download PDF

Info

Publication number
RU2452977C1
RU2452977C1 RU2010146050/28A RU2010146050A RU2452977C1 RU 2452977 C1 RU2452977 C1 RU 2452977C1 RU 2010146050/28 A RU2010146050/28 A RU 2010146050/28A RU 2010146050 A RU2010146050 A RU 2010146050A RU 2452977 C1 RU2452977 C1 RU 2452977C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
receiver
measured
velocity
modules
vector
Prior art date
Application number
RU2010146050/28A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2010146050A (en
Inventor
Борис Анатольевич Касаткин (RU)
Борис Анатольевич Касаткин
Сергей Борисович Касаткин (RU)
Сергей Борисович Касаткин
Original Assignee
Учреждение Российской академии наук Институт проблем морских технологий Дальневосточного отделения РАН (ИПМТ ДВО РАН)
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Учреждение Российской академии наук Институт проблем морских технологий Дальневосточного отделения РАН (ИПМТ ДВО РАН) filed Critical Учреждение Российской академии наук Институт проблем морских технологий Дальневосточного отделения РАН (ИПМТ ДВО РАН)
Priority to RU2010146050/28A priority Critical patent/RU2452977C1/en
Publication of RU2010146050A publication Critical patent/RU2010146050A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2452977C1 publication Critical patent/RU2452977C1/en

Links

Landscapes

  • Measurement Of Velocity Or Position Using Acoustic Or Ultrasonic Waves (AREA)

Abstract

FIELD: physics.
SUBSTANCE: periodic pulsed acoustic signal is generated at the monitored facility using a vertically aligned four-module antenna whose modules are arranged in pairs symmetrically about the surface of the sea bed, wherein the top and bottom modules are excited in antiphase with respect to the other two modules lying in between them. The antenna is mounted at the sea bed. Antenna emission is synchronised with zero time at the reception point on the monitored facility. The acoustic signal is received at the monitored facility using two receivers. One of the receivers lies directly on the ground and is a vector receiver at whose output the vertical and horizontal components of the oscillating velocity vector are measured. The second receiver is a directional acoustic pressure receiver. Group lag time is determined from the measured parameters while preliminarily determining time intervals. The yaw angle at the reception point is determined based on the measured values of the component of the oscillating velocity vector. The unknown distance to the monitored facility is calculated using invariant speed equal to the speed of the bottom wave and the group lag time.
EFFECT: reduced measurement error.

Description

Изобретение относится к гидроакустике и может быть использовано при разработке гидроакустических дальномерных систем с повышенной точностью и дальностью действия, предназначенных для работы в мелком море с большими дисперсионными искажениями акустического сигнала.The invention relates to sonar and can be used in the development of sonar rangefinder systems with increased accuracy and range, designed to work in the shallow sea with large dispersion distortions of the acoustic signal.

Общеизвестен способ измерения расстояния гидроакустическим дальномером, в котором измеряемое расстояние r и время распространения t акустического сигнала в среде между излучателем и приемником связаны соотношениемIt is a well-known method for measuring distance by a hydroacoustic range finder, in which the measured distance r and the propagation time t of the acoustic signal in the medium between the emitter and receiver are related by the ratio

Figure 00000001
Figure 00000001

где С - скорость звука в среде, имеющая смысл групповой скорости, усредненной по трассе распространения, если среда является неоднородной (Милн П.Х. гидроакустические системы позиционирования. Л.: Судостроение, 1989 г., с.49-60).where C is the speed of sound in the medium, having the meaning of a group velocity averaged over the propagation path, if the medium is heterogeneous (Milne P.Kh. sonar positioning systems. L .: Sudostroenie, 1989, p. 49-60).

В водоеме типа мелкого моря (волновода) точки излучения и приема связаны целым набором лучевых траекторий, а время распространения изменяется от некоторого минимального, соответствующего максимальной групповой скорости Cmax в волноводе, до некоторого максимального, соответствующего минимальной групповой скорости Cmin, называемой обычно скоростью Эйри. Физически это означает уширение акустического сигнала, при этом погрешность акустического дальномера, работающего по алгоритму (1), становится недопустимо большой.In a body of water such as a shallow sea (waveguide), the emission and reception points are connected by a whole set of ray paths, and the propagation time varies from a minimum corresponding to a maximum group velocity C max in the waveguide to a maximum corresponding to a minimum group velocity C min , usually called the Airy speed . Physically, this means broadening of the acoustic signal, while the error of the acoustic range finder operating according to algorithm (1) becomes unacceptably large.

Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является способ измерения расстояния до контролируемого объекта (Патент РФ №2311662 «Способ измерения расстояния до контролируемого объекта», G01S 15/08, 2006 г.). Указанный способ измерения расстояния использует понятие инвариантной скорости СИНВ, которая функционально выражается через фазовую Сф и групповую Сг скорости распространения акустического сигнала в водоемах типа волновода и для различных лучевых траекторий сохраняет постоянное значение. Для водоемов типа мелкого моря с отрицательным градиентом скорости звука C1(z) инвариантная скорость определяется соотношениемThe closest technical solution, selected as a prototype, is a method for measuring the distance to a controlled object (RF Patent No. 2311662 "Method for measuring the distance to a controlled object", G01S 15/08, 2006). The indicated method of measuring the distance uses the concept of the invariant velocity C INV , which is functionally expressed through the phase C f and group C g acoustic signal propagation velocity in water bodies such as a waveguide and remains constant for various radiation paths. For bodies of shallow sea type with a negative gradient of the speed of sound C 1 (z), the invariant speed is determined by the relation

Figure 00000002
Figure 00000002

а фазовая скорость может быть определена через скорость звука в водной среде в придонной области C1(h) и угол скольжения β лучей в придонной области формулойand the phase velocity can be determined through the speed of sound in the aquatic environment in the bottom region C 1 (h) and the glide angle β of the rays in the bottom region by the formula

Figure 00000003
Figure 00000003

С учетом (2)-(3) искомое расстояние выражается через измеряемые параметры соотношениемIn view of (2) - (3), the desired distance is expressed in terms of the measured parameters as

Figure 00000004
Figure 00000004

Суть указанного способа заключается в одновременном измерении скорости звука в воде в придонной области C1(h), угла скольжения β в точке приема и группового времени tг запаздывания акустического сигнала, а в качестве инвариантной скорости предложено использовать скорость распространения придонной волныThe essence of this method is to simultaneously measure the speed of sound in water in the bottom region C 1 (h), the slip angle β at the receiving point and the group delay time t g of the acoustic signal delay, and it is proposed to use the propagation velocity of the bottom wave as an invariant velocity

Figure 00000005
Figure 00000005

где

Figure 00000006
- измеренные предварительно плотность и скорость звука в придонном слое воды, плотность и скорость продольных волн в грунте соответственно. В данном способе измерения на контролирующем объекте генерируют и излучают направленно под углом скольжения α=arccos(CИHB/C1) периодический импульсный акустический сигнал, излучение которого синхронизируют с началом отсчета времени в месте приема на контролируемом объекте, причем возвышение излучателя над грунтом не превышает длины волны акустического излучения в воде λ1. На контролируемом объекте принимают акустический сигнал двумя приемниками, разнесенными на расстояние l, причем один из приемников расположен непосредственно на грунте и является векторным приемником, на выходе которого измеряют вертикальную uz и горизонтальную ur компоненты вектора колебательной скорости. В качестве второго приемника используют направленный приемник звукового давления с углом приема, равным критическому углу скольжения αкр=arccos(C1(h)/C2) для границы раздела вода - морское дно, на выходе которого измеряют звуковое давление P1(t), причем второй приемник размещают на расстоянии l от грунта, значительно большем длины волны акустического излучения λ1.Where
Figure 00000006
- previously measured density and speed of sound in the bottom layer of water, density and velocity of longitudinal waves in the soil, respectively. In this method, measurements at a monitoring object generate and emit a periodic pulsed acoustic signal directed at a glancing angle α = arccos (C ИHB / C 1 ), the radiation of which is synchronized with the reference time at the receiving location on the controlled object, and the emitter’s elevation above the ground does not exceed wavelengths of acoustic radiation in water λ 1 . At the controlled object, an acoustic signal is received by two receivers spaced apart by a distance l, one of the receivers being located directly on the ground and being a vector receiver at the output of which the vertical u z and horizontal u r components of the vibrational velocity vector are measured. As the second receiver, a directional sound pressure receiver is used with a reception angle equal to the critical slip angle α cr = arccos (C 1 (h) / C 2 ) for the water-seabed interface, at the output of which the sound pressure P 1 (t) is measured and the second receiver is placed at a distance l from the ground, significantly greater than the wavelength of acoustic radiation λ 1 .

На основе измерений параметров принятых сигналов определяют групповое время tг запаздывания по формулеBased on the measurements of the parameters of the received signals, the group delay time t g is determined by the formula

Figure 00000007
Figure 00000007

где Т1, Т - предварительно определенные временные интервалы, причем T1<T, Т - период излучения импульсного сигнала, Р1(t) - сигнал на выходе приемника.where T 1 , T are predefined time intervals, with T 1 <T, T is the period of emission of the pulse signal, P 1 (t) is the signal at the output of the receiver.

На основе измеренных значений компонент вектора колебательной скорости uz, ur определяют угол скольжения в точке приемаBased on the measured values of the components of the vibrational velocity vector u z , u r determine the slip angle at the receiving point

Figure 00000008
Figure 00000008

Figure 00000009
Figure 00000009

Figure 00000010
- параметр, измеряемый с помощью векторного приемника, а искомое расстояние вычисляют по формулам (4)-(5).
Figure 00000010
- the parameter measured using a vector receiver, and the desired distance is calculated by the formulas (4) - (5).

Основной недостаток известного способа заключается в неэффективности возбуждения придонной волны на низких частотах, которые используются для измерения достаточно больших расстояний. Кроме того, скорость придонной волны определяется формулой (5) недостаточно точно и должна корректироваться в соответствии с экспериментальными данными в сторону увеличения.The main disadvantage of this method is the inefficiency of excitation of a near-bottom wave at low frequencies, which are used to measure sufficiently large distances. In addition, the velocity of the near-bottom wave is determined by formula (5) insufficiently accurately and should be adjusted in accordance with the experimental data in the direction of increase.

В основу изобретения положена задача разработать способ измерения расстояния, обладающий наименьшей погрешностью в условиях неоднородного волновода типа мелкого моря с помощью акустических средств, наиболее эффективно работающих в придонной области.The basis of the invention is the task of developing a method for measuring distance, which has the smallest error in an inhomogeneous waveguide such as a shallow sea using acoustic means that work most effectively in the near-bottom region.

Поставленная задача решается тем, что в способе измерения расстояния до контролируемого объекта на контролирующем объекте генерируют и излучают периодический импульсный акустический сигнал вертикально ориентированной четырехмодульной антенной. Модули антенны располагают попарно симметрично относительно поверхности морского дна, верхний и нижний модули возбуждают противофазно по отношению к двум другим модулям, расположенным между ними, а саму антенну устанавливают на дно моря, глубину которого в месте установки определяют соотношениемThe problem is solved in that in a method for measuring the distance to a controlled object at a controlling object, a periodic pulsed acoustic signal is generated and emitted by a vertically oriented four-module antenna. The antenna modules are arranged in pairs symmetrically relative to the surface of the seabed, the upper and lower modules are excited in phase with respect to the two other modules located between them, and the antenna itself is installed on the bottom of the sea, the depth of which at the installation site is determined by the ratio

Figure 00000011
Figure 00000011

где χ1 - значение частотного параметра, соответствующее первой резонансной частоте в системе волновод - полупространство. Излучение акустического сигнала синхронизируют с началом отсчета времени в месте приема на контролируемом объекте. На контролируемом объекте принимают акустический сигнал двумя приемниками, разнесенными на расстояние l, причем один из приемников расположен непосредственно на грунте и является векторным приемником, на выходе которого измеряют вертикальную uz и горизонтальную ur компоненты вектора колебательной скорости. В качестве второго приемника используют направленный приемник звукового давления с углом приема, равным критическому углу скольжения αкр=arccos(C1(h)/C2) для границы раздела вода - морское дно, на выходе которого измеряют звуковое давление P1(t), причем второй приемник размещают на расстоянии l от грунта, значительно большем длины волны акустического излучения λ1.where χ 1 is the value of the frequency parameter corresponding to the first resonant frequency in the waveguide-half-space system. The radiation of the acoustic signal is synchronized with the beginning of the countdown at the place of reception at the controlled object. At the controlled object, an acoustic signal is received by two receivers spaced apart by a distance l, one of the receivers being located directly on the ground and being a vector receiver at the output of which the vertical u z and horizontal u r components of the vibrational velocity vector are measured. As the second receiver, a directional sound pressure receiver is used with a reception angle equal to the critical slip angle α cr = arccos (C 1 (h) / C 2 ) for the water-seabed interface, at the output of which the sound pressure P 1 (t) is measured and the second receiver is placed at a distance l from the ground, significantly greater than the wavelength of acoustic radiation λ 1 .

На основе измерений параметров принятых сигналов определяют групповое время tГ запаздывания по формулеBased on the measurements of the parameters of the received signals, the group delay time t G is determined by the formula

Figure 00000012
Figure 00000012

где T1, T - предварительно определенные временные интервалы, причем T1<T, Т - период излучения импульсного сигнала, P1(t) - сигнал на выходе приемника.where T 1 , T are predefined time intervals, with T 1 <T, T is the period of emission of the pulse signal, P 1 (t) is the signal at the output of the receiver.

На основе измеренных значений компонент вектора колебательной скорости uz, ur определяют угол скольжения в точке приемаBased on the measured values of the components of the vibrational velocity vector u z , u r determine the slip angle at the receiving point

Figure 00000013
Figure 00000013

Figure 00000014
Figure 00000014

Figure 00000010
- параметр, измеряемый с помощью векторного приемника,
Figure 00000010
- parameter measured using a vector receiver,

а искомое расстояние вычисляют по формуле (4)and the required distance is calculated by the formula (4)

Figure 00000015
Figure 00000015

в которой инвариантная скорость, равная скорости придонной волны, определяется соотношениемin which the invariant velocity equal to the velocity of the bottom wave is determined by the relation

Figure 00000016
Figure 00000016

Значение частотного параметра χ1, соответствующее первой резонансной частоте, предварительно определяется известным способом из расчета корней дисперсионного уравнения, как это сделано в (Б.А.Касаткин, Н.В.Злобина. Корректная постановка граничных задач в акустике слоистых сред. М.: Наука, 2009, с.142).The value of the frequency parameter χ 1 corresponding to the first resonant frequency is previously determined in a known manner from the calculation of the roots of the dispersion equation, as is done in (B.A. Kasatkin, N.V. Zlobina. Correct formulation of boundary-value problems in acoustics of layered media. M: Science, 2009, p.142).

Так, например, для грунтов песчаного типа этот параметр равенSo, for example, for sandy soils this parameter is equal to

χ1=2.7.χ 1 = 2.7.

В заявленном способе измерения расстояния до контролируемого объекта общими существенными признаками для него и для его прототипа являются:In the claimed method of measuring the distance to a controlled object, the common essential features for him and for his prototype are:

- на контролирующем объекте генерируют и излучают периодический импульсный акустический сигнал,- at the monitoring facility, a periodic pulsed acoustic signal is generated and emitted,

- синхронизируют излучение сигнала с началом отсчета времени на контролируемом объекте,- synchronize the radiation of the signal with the beginning of the time on the controlled object,

принимают акустический сигнал двумя приемниками, разнесенными на расстояние l,receive the acoustic signal by two receivers spaced a distance l,

- располагают один из приемников непосредственно на грунте,- have one of the receivers directly on the ground,

- определяют на основе измерений параметров принятых сигналов групповое время запаздывания tг по формуле- determine, based on measurements of the parameters of the received signals, the group delay time t g according to the formula

Figure 00000017
Figure 00000017

- вычисляют искомое расстояние r с использованием предварительно определенной инвариантной скорости Синв, измеренной фазовой скорости СФ и группового времени tг запаздывания.- calculating the required distance r using a predetermined invariant speed INV C measured phase velocity of F C and group delay time t d.

Сопоставительный анализ существенных признаков заявленного способа измерения расстояния до контролируемого объекта и прототипа показывает, что первый в отличие от прототипа имеет следующие отличительные признаки:A comparative analysis of the essential features of the claimed method of measuring the distance to the controlled object and the prototype shows that the first, unlike the prototype, has the following distinctive features:

- излучают акустический сигнал вертикально ориентированной четырехмодульной антенной, модули которой располагают попарно симметрично относительно поверхности морского дна, верхний и нижний модули возбуждают противофазно по отношению к двум другим модулям, расположенным между ними, а саму антенну устанавливают на дно моря, глубину которого в месте установки определяют соотношением- emit an acoustic signal with a vertically oriented four-module antenna, the modules of which are arranged in pairs symmetrically relative to the surface of the seabed, the upper and lower modules are excited in phase with respect to the other two modules located between them, and the antenna itself is installed on the sea bottom, the depth of which at the installation site is determined the ratio

Figure 00000018
Figure 00000018

где χ1 - значение частотного параметра, соответствующее первой резонансной частоте в системе волновод - полупространство,where χ 1 is the value of the frequency parameter corresponding to the first resonant frequency in the waveguide-half-space system,

- инвариантную скорость определяют соотношением- the invariant speed is determined by the ratio

Figure 00000019
Figure 00000019

Данная совокупность общих и отличительных существенных признаков обеспечивает получение технического результата во всех случаях, на которые испрашивается правовая охрана. Именно такая совокупность существенных признаков заявляемого способа измерения расстояния до контролируемого объекта позволила существенно повысить эффективность возбуждения придонной волны в береговом клине за счет правильного выбора глубины моря в месте установки излучателя и резонансных свойств самого волновода, повысить отношение сигнал/шум в точке приема и уменьшить погрешность определения расстояния. Кроме того, скорость распространения придонной волны и равная ей инвариантная скорость, определенные уточненной формулой (9), меньше скорости звука в воде вблизи дна на 0.5-1.0% во всем диапазоне изменения параметров морского грунта, а потому лучше соответствуют экспериментальным данным.This set of common and distinctive essential features provides a technical result in all cases for which legal protection is requested. It is this combination of essential features of the proposed method for measuring the distance to the controlled object that has significantly increased the efficiency of bottom wave excitation in the coastal wedge due to the correct choice of the sea depth at the installation site of the emitter and the resonant properties of the waveguide itself, to increase the signal-to-noise ratio at the receiving point and reduce the error of determination distance. In addition, the propagation velocity of the near-bottom wave and the invariant velocity equal to it, determined by the refined formula (9), is lower than the speed of sound in water near the bottom by 0.5-1.0% in the entire range of changes in the parameters of sea soil, and therefore better correspond to experimental data.

На основе изложенного можно заключить, что совокупность существенных признаков заявленного изобретения имеет причинно-следственную связь с достигнутым техническим результатом, т.е. благодаря данной совокупности существенных признаков изобретения стало возможным решить поставленную задачу. Следовательно, заявленное изобретение является новым, обладает изобретательским уровнем, т.е. оно явным образом не следует из известных технических решений и пригодно для использования.Based on the foregoing, it can be concluded that the set of essential features of the claimed invention has a causal relationship with the achieved technical result, i.e. thanks to this combination of essential features of the invention, it has become possible to solve the problem. Therefore, the claimed invention is new, has an inventive step, i.e. it does not explicitly follow from the known technical solutions and is suitable for use.

Способ измерения расстояния до контролируемого объекта реализуется следующим образом.The method of measuring the distance to the controlled object is implemented as follows.

На контролирующем объекте излучают периодический импульсный акустический сигнал вертикально ориентированной четырехмодульной антенной, модули которой располагают попарно симметрично относительно поверхности морского дна, верхний и нижний модули возбуждают противофазно по отношению к двум другим модулям, расположенным между ними, а саму антенну устанавливают на дно моря, глубина которого в месте установки определяется соотношениемA periodic pulsed acoustic signal is emitted at the monitoring facility from a vertically oriented four-module antenna, the modules of which are arranged in pairs symmetrically relative to the surface of the seabed, the upper and lower modules are excited in phase with respect to the two other modules located between them, and the antenna itself is installed on the bottom of the sea, the depth of which at the installation site is determined by the ratio

Figure 00000020
Figure 00000020

где χ1 - значение частотного параметра, соответствующее первой резонансной частоте в системе волновод - полупространство.where χ 1 is the value of the frequency parameter corresponding to the first resonant frequency in the waveguide-half-space system.

Излучение антенны синхронизируют с началом отсчета времени в точке приема на контролируемом объекте. При соответствующем выборе глубины моря в месте установки антенны и длины волны акустического излучения, которое легко реализуется в береговом клине переменной глубины, в волноводе возникает резонанс, значительно (до 30 дБ) увеличивающий уровень возбуждаемой придонной волны, которая распространяется в сторону контролируемого объекта.The radiation from the antenna is synchronized with the beginning of the time at the receiving point on the controlled object. With the appropriate choice of the depth of the sea at the installation site of the antenna and the wavelength of acoustic radiation, which is easily realized in a coastal wedge of variable depth, a resonance arises in the waveguide, which significantly (up to 30 dB) increases the level of the excited near-bottom wave, which propagates towards the controlled object.

На контролируемом объекте сигнал принимают двумя приемниками. В качестве приемника, расположенного непосредственно на грунте, используют векторный приемник, на выходе которого измеряют вертикальную uz и горизонтальную ur компоненты вектора колебательной скорости. В качестве второго приемника используют направленный приемник звукового давления с углом приема, равным критическому углу скольжения αкр=arccos(C1(h)/C2) для границы раздела вода - морское дно, на выходе которого измеряют звуковое давление P1(t), причем второй приемник размещают на расстоянии l от грунта, значительно большем длины волны (например, на порядок) акустического излучения λ1.At the controlled object, the signal is received by two receivers. As a receiver located directly on the ground, a vector receiver is used, at the output of which the vertical u z and horizontal u r components of the vibrational velocity vector are measured. As the second receiver, a directional sound pressure receiver is used with a reception angle equal to the critical slip angle α cr = arccos (C 1 (h) / C 2 ) for the water-seabed interface, at the output of which the sound pressure P 1 (t) is measured and the second receiver is placed at a distance l from the ground, significantly longer than the wavelength (for example, an order of magnitude) of acoustic radiation λ 1 .

На основе измерений параметров принятых сигналов определяют групповое время tГ запаздывания по формулеBased on the measurements of the parameters of the received signals, the group delay time t G is determined by the formula

Figure 00000021
Figure 00000021

где Т1, Т - предварительно определенные временные интервалы, причем T1<T, Т - период излучения импульсного сигнала, P1(t) - сигнал на выходе приемника.where T 1 , T are predefined time intervals, with T 1 <T, T is the period of emission of the pulse signal, P 1 (t) is the signal at the output of the receiver.

На основе измеренных значений компонент вектора колебательной скорости uz, ur определяют угол скольжения в точке приемаBased on the measured values of the components of the vibrational velocity vector u z , u r determine the slip angle at the receiving point

Figure 00000022
Figure 00000022

Figure 00000023
Figure 00000023

Figure 00000010
- параметр, измеряемый с помощью векторного приемника,
Figure 00000010
- parameter measured using a vector receiver,

а искомое расстояние вычисляют по формуле (4)and the required distance is calculated by the formula (4)

Figure 00000024
Figure 00000024

в которой инвариантная скорость, равная скорости придонной волны, определяется соотношениемin which the invariant velocity equal to the velocity of the bottom wave is determined by the relation

Figure 00000025
Figure 00000025

Использование заявленного способа измерения расстояния до контролируемого объекта позволило существенно увеличить уровень возбуждаемой придонной волны (примерно на 30 дБ) в месте расположения контролирующего объекта и снизить на 0.5-1.0% погрешность измерения расстояния в водоемах типа мелкого моря с большими дисперсионными искажениями акустического сигнала.Using the inventive method for measuring the distance to a controlled object, it was possible to significantly increase the level of the excited bottom wave (by about 30 dB) at the location of the controlling object and to reduce by 0.5-1.0% the error of distance measurement in shallow water bodies with large dispersion distortions of the acoustic signal.

Claims (1)

Способ измерения расстояния до контролируемого объекта, при котором на контролирующем объекте генерируют и излучают периодический импульсный акустический сигнал, излучение которого синхронизируют с началом отсчета времени в точке приема на контролируемом объекте, принимают акустический сигнал на контролируемом объекте двумя приемниками, разнесенными на расстояние l значительно большее длины волны акустического излучения λ1, причем один из приемников, расположенный непосредственно на грунте, является векторным приемником, на выходе которого измеряют вертикальную uz и горизонтальную ur компоненты вектора колебательной скорости, в качестве второго приемника используют направленный приемник звукового давления с углом приема, равным критическому углу скольжения αкp=arccos(C1(h)/C2) для границы раздела вода - морское дно, на выходе которого измеряют звуковое давление P1(t), на основе измерений параметров принятых сигналов определяют групповое время tг запаздывания по формуле
Figure 00000026

где T1, Т - предварительно определенные временные интервалы, причем T1<T, Т - период излучения импульсного сигнала; P1(t) - сигнал на выходе приемника звукового давления, на основе измеренных значений компонент вектора колебательной скорости uz, ur определяют угол скольжения в точке приема
Figure 00000027

Figure 00000028
Figure 00000029
Figure 00000030

Figure 00000031
- параметр, измеряемый с помощью векторного приемника,
а искомое расстояние вычисляют с использованием предварительно определенной инвариантной скорости Синв, измеренной фазовой скорости Сф и группового времени tг запаздывания по формуле
Figure 00000032
Figure 00000033

отличающийся тем, что излучают периодический импульсный акустический сигнал вертикально ориентированной четырехмодульной антенной, модули которой располагают попарно симметрично относительно поверхности морского дна, верхний и нижний модули возбуждают противофазно по отношению к двум другим модулям, расположенным между ними, саму антенну устанавливают на дно моря, глубину которого в месте установки определяют соотношением
h=λ1χ1/2π,
где χ1 - предварительно определенное значение частотного параметра, соответствующее первой резонансной частоте в системе волновод - полупространство, а инвариантную скорость, равную скорости придонной волны, определяют соотношением
Figure 00000034

где ρ1212, c12=C1(h)/C2, ρ1, C1(h), ρ2, C2 - измеренные предварительно плотность и скорость звука в придонном слое воды, плотность и скорость продольных волн в грунте соответственно.
A method for measuring the distance to a controlled object, in which a periodic pulsed acoustic signal is generated and emitted at the monitoring object, the radiation of which is synchronized with the time at the reception point at the controlled object, the acoustic signal is received at the controlled object by two receivers spaced apart by a distance l much longer waves of acoustic radiation λ 1 , and one of the receivers, located directly on the ground, is a vector receiver, the output where the vertical u z and horizontal u r components of the vibrational velocity vector are measured, a directional sound pressure receiver with a reception angle equal to the critical slip angle α кp = arccos (C 1 (h) / C 2 ) for the water interface is used as the second receiver - the seabed, at the output of which the sound pressure P 1 (t) is measured, based on measurements of the parameters of the received signals, the group delay time t g is determined by the formula
Figure 00000026

where T 1 , T are predefined time intervals, and T 1 <T, T is the period of emission of the pulse signal; P 1 (t) is the signal at the output of the sound pressure receiver, based on the measured values of the components of the vibrational velocity vector u z , u r determine the slip angle at the receiving point
Figure 00000027

Figure 00000028
Figure 00000029
Figure 00000030

Figure 00000031
- parameter measured using a vector receiver,
and the desired distance is calculated using a predetermined invariant velocity C inv , the measured phase velocity C f and the group delay time t g according to the formula
Figure 00000032
Figure 00000033

characterized in that a periodic pulsed acoustic signal is emitted by a vertically oriented four-module antenna, the modules of which are arranged in pairs symmetrically relative to the surface of the seabed, the upper and lower modules are excited in phase with respect to two other modules located between them, the antenna itself is installed on the bottom of the sea, the depth of which at the installation site is determined by the ratio
h = λ 1 χ 1 / 2π,
where χ 1 is the predefined value of the frequency parameter corresponding to the first resonant frequency in the waveguide-half-space system, and the invariant velocity equal to the velocity of the near-bottom wave is determined by the relation
Figure 00000034

where ρ 12 = ρ 1 / ρ 2 , c 12 = C 1 (h) / C 2 , ρ 1 , C 1 (h), ρ 2 , C 2 - previously measured density and speed of sound in the bottom layer of water, density and velocity of longitudinal waves in the soil, respectively.
RU2010146050/28A 2010-11-11 2010-11-11 Method of measuring distance to monitored facility RU2452977C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2010146050/28A RU2452977C1 (en) 2010-11-11 2010-11-11 Method of measuring distance to monitored facility

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2010146050/28A RU2452977C1 (en) 2010-11-11 2010-11-11 Method of measuring distance to monitored facility

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2010146050A RU2010146050A (en) 2012-05-20
RU2452977C1 true RU2452977C1 (en) 2012-06-10

Family

ID=46230273

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2010146050/28A RU2452977C1 (en) 2010-11-11 2010-11-11 Method of measuring distance to monitored facility

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2452977C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2697861C1 (en) * 2019-01-27 2019-08-21 Игорь Борисович Широков Method of measuring range at a monitored facility and a measuring station

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2541699C1 (en) * 2013-09-25 2015-02-20 Открытое акционерное общество "Концерн "Океанприбор" Hydroacoustic method of distance measurement with help of explosive source

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4229809A (en) * 1979-01-29 1980-10-21 Sperry Corporation Acoustic under sea position measurement system
US4758997A (en) * 1986-08-25 1988-07-19 Hydroacoustics Inc. Method and apparatus for the generation and transmission of signals for echo location and other signaling purposes, particularly in geophysical exploration
US5047990A (en) * 1990-06-01 1991-09-10 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy Underwater acoustic data acquisition system
RU2125278C1 (en) * 1997-09-30 1999-01-20 Институт проблем морских технологий Дальневосточного отделения РАН Method measuring distance to controlled object ( its versions )
RU2311662C1 (en) * 2006-05-23 2007-11-27 Институт проблем морских технологий Дальневосточного отделения Российской академии наук (ИПМТ ДВО РАН) Method for measuring distance to controlled object
RU2313802C1 (en) * 2006-08-14 2007-12-27 Институт проблем морских технологий Дальневосточного отделения Российской академии наук (ИПМТ ДВО РАН) Mode of measuring distance to a controlled object

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4229809A (en) * 1979-01-29 1980-10-21 Sperry Corporation Acoustic under sea position measurement system
US4758997A (en) * 1986-08-25 1988-07-19 Hydroacoustics Inc. Method and apparatus for the generation and transmission of signals for echo location and other signaling purposes, particularly in geophysical exploration
US5047990A (en) * 1990-06-01 1991-09-10 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy Underwater acoustic data acquisition system
RU2125278C1 (en) * 1997-09-30 1999-01-20 Институт проблем морских технологий Дальневосточного отделения РАН Method measuring distance to controlled object ( its versions )
RU2311662C1 (en) * 2006-05-23 2007-11-27 Институт проблем морских технологий Дальневосточного отделения Российской академии наук (ИПМТ ДВО РАН) Method for measuring distance to controlled object
RU2313802C1 (en) * 2006-08-14 2007-12-27 Институт проблем морских технологий Дальневосточного отделения Российской академии наук (ИПМТ ДВО РАН) Mode of measuring distance to a controlled object

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2697861C1 (en) * 2019-01-27 2019-08-21 Игорь Борисович Широков Method of measuring range at a monitored facility and a measuring station

Also Published As

Publication number Publication date
RU2010146050A (en) 2012-05-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2590933C1 (en) Device for obtaining information on noisy object in sea
JP2007024715A (en) River data measuring method and device
RU2311662C1 (en) Method for measuring distance to controlled object
US20220236437A1 (en) Method and system for determining top and bottom depth of an under water mud layer
RU2451300C1 (en) Hydroacoustic navigation system
RU2659710C1 (en) Vessel speed measuring method by the doppler log
RU2452978C1 (en) Method of measuring distance to monitored facility
RU2313802C1 (en) Mode of measuring distance to a controlled object
RU75062U1 (en) DOPPLER LOCATION SYSTEM
RU2452977C1 (en) Method of measuring distance to monitored facility
RU2452979C1 (en) Method of measuring distance to monitored facility
RU2456635C1 (en) Method of measuring distance to monitored facility
RU2559159C1 (en) Ice thickness measuring method
RU2125278C1 (en) Method measuring distance to controlled object ( its versions )
RU2623668C1 (en) Method of remote determination of the relative dielectric permeability of the environment under the atmosphere-ocean border
RU2510608C1 (en) Method of measuring thickness of ice from underwater vehicle
RU2356069C2 (en) Method of profiling bed loads
RU75060U1 (en) ACOUSTIC LOCATION SYSTEM OF NEAR ACTION
RU2313803C1 (en) Mode of measuring distance to a controlled object
RU2752243C1 (en) Method for measuring distance to moving underwater object
Kim et al. Using the acoustic Doppler current profiler (ADCP) to estimate suspended sediment concentration
RU2545065C2 (en) Method to measure acoustic speed in water
RU2614854C2 (en) Method of measuring depth and echo sounder therefor
CN114384525A (en) Target intensity self-testing method and system based on boundary acoustic reflection
RU2573446C1 (en) Method of determining amplitude-frequency and phase-frequency characteristics of field sensitivity of hydroacoustic receiver

Legal Events

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

Effective date: 20161112