RU2470317C1 - Differential-range hydroacoustic device for determining position of surface or underwater vessel relative given channel - Google Patents
Differential-range hydroacoustic device for determining position of surface or underwater vessel relative given channel Download PDFInfo
- Publication number
- RU2470317C1 RU2470317C1 RU2011129187/07A RU2011129187A RU2470317C1 RU 2470317 C1 RU2470317 C1 RU 2470317C1 RU 2011129187/07 A RU2011129187/07 A RU 2011129187/07A RU 2011129187 A RU2011129187 A RU 2011129187A RU 2470317 C1 RU2470317 C1 RU 2470317C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- inputs
- time delay
- triggers
- outputs
- vessel
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Measurement Of Velocity Or Position Using Acoustic Or Ultrasonic Waves (AREA)
Abstract
Description
Предложение относится к гидроакустическим разностно-дальномерным (гиперболическим) навигационным системам и может быть использовано для определения координат судна при его прохождении по заданному фарватеру.The proposal relates to hydroacoustic difference-rangefinding (hyperbolic) navigation systems and can be used to determine the coordinates of the vessel during its passage along a given fairway.
Известно устройство для определения двух декартовых координат объекта (патент RU 2020514, МПК G01S 11/00, 30.09.1994), содержащее три маяка, расположенные в вершинах прямоугольного равнобедренного треугольника, приемник сигналов маяков, блок определения разности времен прихода сигналов от маяков, компаратор, блок определения прогнозируемого начального значения координаты, сумматор, блок вычисления декартовой координаты, блок определения расчетного значения разности дальностей от объектов до маяков, блок вычитания и два масштабирующих блока. Недостаток устройства заключается в его сложности, необходимости проведения большого числа вычислительных операций и, как следствие, в невысоких надежности и быстродействии.A device for determining two Cartesian coordinates of an object (patent RU 2020514, IPC
Известна синхронная дальномерная навигационная система для мелкого моря (патент RU 2158431, МПК G01S 15/08, 27.10. 2000), содержащая навигационную базу из М гидроакустических приемоответчиков с различными частотами ответа, размещенный на объекте навигации гидроакустический передатчик, М-канальный приемник, измерители времени распространения гидроакустических сигналов от объекта навигации до приемоответчика, блоки преобразования временных интервалов в дистанции и вычислитель координат объекта навигации. Недостаток системы состоит в необходимости применения большого числа оборудования и его сложности.Known synchronous rangefinding navigation system for the shallow sea (patent RU 2158431, IPC
Наиболее близкой к предлагаемому устройству является система определения местоположения в море плавучей буровой установки или подводной лодки (патент GB 1162714, МПК G01S 5/18, 27.08.1969). Система содержит импульсный передатчик акустических сигналов, установленный на объекте навигации, четыре донных гидрофона, связанных через приемники акустических сигналов с радиобуями-ответчиками на поверхности воды, четыре бистабильные схемы и аналоговое счетно-решающее устройство для определения координат объекта. Недостатком системы, основанной на дальномерном принципе измерения координат, является необходимость создания, помимо акустических каналов связи, радиоканалов, работающих на нескольких частотах, усложняющих и снижающих надежность системы в целом.Closest to the proposed device is a system for determining the location in the sea of a floating drilling rig or submarine (patent GB 1162714, IPC G01S 5/18, 08/27/1969). The system contains a pulsed acoustic signal transmitter installed on the navigation object, four bottom hydrophones connected via acoustic signal receivers with beacons-transponders on the water surface, four bistable circuits and an analog calculating device for determining the coordinates of the object. The disadvantage of a system based on the range-finding principle of measuring coordinates is the need to create, in addition to acoustic communication channels, radio channels operating at several frequencies, complicating and reducing the reliability of the system as a whole.
Предлагаемое устройство обеспечивает получение системы координат, близкой к декартовой, что существенно упрощает вычисление координат судна, повышает быстродействие, надежность устройства и сокращает требуемый объем оборудования.The proposed device provides a coordinate system close to Cartesian, which greatly simplifies the calculation of the coordinates of the vessel, improves speed, reliability of the device and reduces the required amount of equipment.
На фиг.1 представлена функциональная схема разностно-дальномерного гидроакустического устройства определения местоположения надводного или подводного судна относительно заданного фарватера. На фиг.2 показана координатная сетка вблизи заданного фарватера, создаваемая предлагаемым устройством.Figure 1 presents a functional diagram of a differential-ranging hydroacoustic device for determining the location of a surface or underwater vessel relative to a given fairway. Figure 2 shows the coordinate grid near a given channel created by the proposed device.
Устройство содержит гидроакустический импульсный излучатель 1, установленный на судне, две пары донных гидрофонов 2, 3 и 4, 5, связанных через приемники 6, 7, 8, 9 с входами установки в «1» основных триггеров 10, 11 и 12, 13 соответствующих пар. Одна пара гидрофонов 2, 3 установлена вдоль фарватера - ось Y, другая - поперечно ему - ось X. Устройство снабжено двумя блоками 14, 15 формирования импульса временной задержки и двумя блоками 16,17 индикации продольной и поперечной координаты (y, x) судна относительно заданного фарватера. Единичные и нулевые выходы каждой пары основных триггеров 10, 11 и 12, 13 подключены к первому, второму и третьему, четвертому входам соответствующих блоков 14, 15, с пятым и шестым входами которых соединены выходы соответствующих пар приемников 6, 7 и 8, 9 акустических сигналов. С первыми тремя выходами блоков 14, 15 связаны входы блоков 16, 17 индикации продольной и поперечной координаты судна, а с четвертыми выходами - входы установки в «0» соответственно триггеров 10, 11 и 12, 13.The device contains a hydro-acoustic
Каждый из блоков 14, 15 выполнен в виде двух схем И 18, 19, двух схем ИЛИ 20, 21, двух дополнительных триггеров 22, 23 и ждущего мультивибратора 24. Входы схемы И 18 подключены к первому и четвертому входам блока 14 (15), входы схемы И 19 - ко второму и третьему входам блока 14 (15), выходы схем И 18, 19 соединены с входами установки в «1» триггеров 22, 23 и через элемент ИЛИ 20 - с первым выходом блока 14 (15), со вторым и третьим выходами которого связаны выходы дополнительных триггеров 23, 22. Входы элемента ИЛИ 21 подключены к пятому и шестому входам блока 14 (15), а выход через ждущий мультивибратор 24 - к входам установки в «0» триггеров 22, 23 и к четвертому выходу блока 14 (15).Each of the
Каждый блок 16, 17 индикации продольной и поперечной координаты судна содержит частотомер 25, прецизионный генератор 26 регулируемой частоты и два светодиодных индикатора 27, 28 знака временной задержки. Вход частотомера 25 подключен к первому входу блока 16 (17), индикаторы 27, 28 - ко второму и третьему входам блока 16 (17), а генератор 26 - к входу частотомера 25 для подключения внешнего генератора.Each vessel longitudinal and lateral
Разностно-дальномерное гидроакустическое устройство определения местоположения надводного или подводного судна относительно заданного фарватера работает следующим образом.Difference-range hydroacoustic device for determining the location of surface or submarine relative to a given channel operates as follows.
Во время прохождения судна вдоль заданного фарватера (ось Y) излучатель 1 посылает в воду импульсы ультразвука, воспринимаемые парами гидрофонов 2, 3 и 4, 5, установленными вдоль и поперек фарватера. Временные сдвиги между импульсами, принимаемыми гидрофонами 2, 3 и 4, 5, пропорциональны разностям расстояний от них до излучателя 1. При этом координаты излучателя 1-x, y могут быть определены следующей системой двух гиперболических уравнений:During the passage of the vessel along a given fairway (Y axis), the
, ,
где А - расстояние от центра О (середина фарватера, точка пересечения осей X, Y) до места установки гидрофонов 2, 3;where A is the distance from the center O (middle of the fairway, the point of intersection of the axes X, Y) to the installation location of
В - расстояние от центра О до места установки гидрофонов 4, 5;B is the distance from the center O to the installation site of
с - скорость ультразвука в воде (с≈1500 м/с);s is the ultrasound velocity in water (s≈1500 m / s);
Δt23 - время запаздывания прихода импульса ультразвука на гидрофон 3 относительно момента его прихода на гидрофон 2, t - может быть ;Δt 23 is the delay time of the arrival of the ultrasound pulse to the
Δt45 - время запаздывания прихода импульса ультразвука на гидрофон 5 относительно момента его прихода на гидрофон 4, t - может быть ;Δt 45 is the delay time of the arrival of the ultrasound pulse to the
Решение системы уравнений для продольной и поперечной координат судна (излучателя 1) имеет вид:The solution of the system of equations for the longitudinal and transverse coordinates of the vessel (emitter 1) has the form:
. .
На фиг.2 представлены два семейства изолиний, определенных для конкретной акватории и соответствующих уравнениям гипербол, входящих в вышеприведенную систему уравнений. Изолинии построены для фиксированных значений Δt23 и Δt45. Из фиг.2 следует, что образованная изолиниями координатная сетка вблизи фарватера (оси Y) близка к прямоугольной (декартовой) системе, описываемой упрощенными выражениями:Figure 2 shows two families of isolines defined for a specific water area and corresponding to hyperbole equations included in the above system of equations. Contours are plotted for fixed values of Δt 23 and Δt 45 . From figure 2 it follows that the grid formed by the isolines near the fairway (Y axis) is close to a rectangular (Cartesian) system described by simplified expressions:
, ,
. .
Выражения независимы друг от друга и положены в основу работы устройства.Expressions are independent of each other and form the basis of the device.
При нахождении излучателя 1 в первом квадранте акватории, ограниченном положительными полуосями Y, X, первые принимаемые импульсы поступают от гидрофонов 2 и 4, вызывая срабатывание триггеров 10, 12. При этом в блоках 14, 15 на выходах элементов И 18 появляются единицы, устанавливающие триггеры 22 в единичное состояние и через элементы ИЛИ 20 поступающие на первые выходы блоков 14, 15. По передним фронтам формируемых импульсов в блоках 16, 17 осуществляется запуск частотомеров 25, установленных в режим измерения длительности импульса. Одновременно с этим под действием высоких потенциалов триггеров 22 в блоках 16, 17 загораются светодиоды 28, индицирующие знаки «+» временной задержки. При поступлении вторых - запаздывающих - импульсов от гидрофонов 3 и 5 срабатывают триггеры 11, 13. При этом на выходах элементов И 18 и элементов ИЛИ 20 блоков 14, 15 появляются нулевые потенциалы, завершающие формирование информационных импульсов. По задним фронтам указанных импульсов частотомеры 25 блоков 16, 17 прекращают измерение их длительностей и на некоторое время (время индикации) фиксируют результат измерения.When the
Для перевода показаний частотомеров 25, выраженных в миллисекундах, в метры, согласно упрощенным выражениям для координат x, y, к частотомерам 25, вместо внутренних опорных генераторов, подключены внешние, прецизионные, регулируемые по частоте генераторы 26. Выставляемая частота генераторов 26, согласно тем же выражениям, должна быть кратна половине скорости ультразвука в воде - с/2. При изменении скорости ультразвука в зависимости от температуры воды и ее солености частота генераторов 26 периодически корректируется.To translate the readings of the
Для подготовки устройства к следующему циклу измерений и для предотвращения сбоев в работе устройства, связанных с возможностью пропадания первых опережающих импульсов, в блоках 14, 15 служат элементы ИЛИ 21 и мультивибраторы 24. Длительность формируемых мультивибраторами 24 импульсов - ΔtMB, с одной стороны, превышает максимально возможную длительность импульсов , , а, с другой, меньше периода следования Т импульсов от излучателя 1 за вычетом , , иначе говоря:To prepare the device for the next measurement cycle and to prevent malfunctions in the operation of the device associated with the possibility of the loss of the first leading pulses, in
Так, при Т=1000 мс и оптимальной длительностью ΔtMB является их среднее значение - 500 мс.So, at T = 1000 ms and the optimal duration Δt MB is their average value - 500 ms.
При правильной работе устройства мультивибраторы 24 запускаются от первых - опережающих импульсов, поступающих от одного из гидрофонов 2, 3 и 4, 5 через приемники 6, 7 и 8, 9 и элементы ИЛИ 21 блоков 14, 15. В этом случае формирование информационных импульсов на первых выходах блоков 14, 15 и измерение их длительности в блоках 16, 17 заканчивается раньше формирования импульсов на выходах мультивибраторов 24. По окончании импульсов мультивибраторов 24 по их задним фронтам производится сброс триггеров 10, 11, 12, 13 и 22, 23 в нулевое исходное состояние, необходимое для проведения следующего цикла измерений. При нарушении синхронности в работе устройства, например, при пропадании по какой-либо причине первого - опережающего импульса мультивибратор 24 запускается по второму - отстающему импульсу и обеспечивает возврат схемы устройства в исходное состояние до прихода первого - опережающего импульса из следующей пары импульсов от гидрофонов 2, 3 и 4, 5. Благодаря этому восстанавливается правильная работа устройства.With proper operation of the device,
При переходе излучателя 1 из первого квадранта, например, в четвертый, ограниченный отрицательными полуосями Y, X, первые - опережающие импульсы поступают от гидрофонов 3, 5, вызывая срабатывание триггеров 11, 13. На выходе элементов И 19 блоков 14, 15 появляется единица, которая через элементы ИЛИ 20 запускает частотомеры 25 блоков 16, 17, а через триггеры 23 зажигает светодиоды 27When the
«-». С приходом отстающих импульсов от гидрофонов 2, 4 срабатывают триггеры 10, 12. На выходе элементов И 19 и элементов ИЛИ 20 появляются нулевые потенциалы, завершающие формирование информационных импульсов. Частотомеры 25 отображают координаты излучателя 1. Мультивибраторы 24, запущенные первыми импульсами, по окончании формируемых импульсов сбрасывают триггеры 10, 11, 12, 13, 22, 23 в исходное нулевое состояние. Дальнейшая работа устройства происходит аналогичным образом. "-". With the arrival of lagging pulses from
В результате в блоках 16, 17 индицируются величины смещений излучателя 1 от осей Y и Х с указанием знака этих смещений.As a result, in
Таким образом, предлагаемое устройство реализует достаточно простой, надежный и точный способ определения координат объекта относительно заданного фарватера. Минимальное количество вычислительных операций обеспечивает высокое быстродействие и малые аппаратурные затраты. Использование стандартного, широко распространенного оборудования повышает универсальность и снижает стоимость устройства.Thus, the proposed device implements a fairly simple, reliable and accurate way to determine the coordinates of the object relative to a given fairway. The minimum number of computing operations provides high performance and low hardware costs. Using standard, widespread equipment enhances versatility and reduces device costs.
При необходимости повысить точность определения координат объекта во всей акватории устройство должно быть снабжено счетно-решающим устройством, вычисляющим координаты в соответствии с точными математическими выражениями и работающим в реальном масштабе времени. Исходными данными для него могут служить как импульсы и сигналы знака с выходов блоков 14, 15, так и цифровые коды, снимаемые с выходов частотомеров 25 по окончании счета длительности импульсов.If necessary, to increase the accuracy of determining the coordinates of the object in the entire water area, the device should be equipped with a calculating and solving device that calculates the coordinates in accordance with exact mathematical expressions and works in real time. The source data for it can serve as pulses and sign signals from the outputs of
Устройство может быть использовано при проводке судна по морским каналам, в бухтах и гаванях, над измерительными и обрабатывающими стендами, в частности, при измерении намагниченности и последующем размагничивании судов. С помощью радиосвязи информация о положении судна может передаваться и на его собственный борт.The device can be used when navigating a vessel through sea channels, in bays and harbors, above measuring and processing stands, in particular, when measuring magnetization and subsequent demagnetization of vessels. Using radio communications, information about the position of the vessel can be transmitted on its own board.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2011129187/07A RU2470317C1 (en) | 2011-07-13 | 2011-07-13 | Differential-range hydroacoustic device for determining position of surface or underwater vessel relative given channel |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2011129187/07A RU2470317C1 (en) | 2011-07-13 | 2011-07-13 | Differential-range hydroacoustic device for determining position of surface or underwater vessel relative given channel |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2470317C1 true RU2470317C1 (en) | 2012-12-20 |
Family
ID=49256630
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2011129187/07A RU2470317C1 (en) | 2011-07-13 | 2011-07-13 | Differential-range hydroacoustic device for determining position of surface or underwater vessel relative given channel |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2470317C1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2546846C2 (en) * | 2013-06-20 | 2015-04-10 | Открытое акционерное общество "Центральный научно-исследовательский институт "Курс" (ОАО "ЦНИИ "Курс") | Method of determining position of vessel and motion characteristics thereof |
Citations (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
GB1162714A (en) * | 1965-11-06 | 1969-08-27 | Inst Francais Du Petrole | System for Beaconing and Location at Sea for a Floating Rig or a Submarine Craft |
RU2020514C1 (en) * | 1990-12-29 | 1994-09-30 | Севастопольский Приборостроительный Институт | Device for determining two cartesian coordinates of object |
RU2052838C1 (en) * | 1992-08-11 | 1996-01-20 | Багдалов Закир Хадыевич | Method of and device for displaying ship movement |
US5579285A (en) * | 1992-12-17 | 1996-11-26 | Hubert; Thomas | Method and device for the monitoring and remote control of unmanned, mobile underwater vehicles |
EP0811853B1 (en) * | 1996-06-07 | 2002-04-10 | ETAT FRANCAIS représenté par le DELEGUE GENERAL pour L'ARMEMENT | Method for steering and protecting a ship |
JP2004191125A (en) * | 2002-12-10 | 2004-07-08 | Port & Airport Research Institute | Underwater position measuring method and underwater position measuring device |
RU2303275C2 (en) * | 2004-08-12 | 2007-07-20 | Северное государственное федеральное унитарное научно-производственное предприятие по морским геологоразведочным работам "СЕВМОРГЕО" | Method for determination of co-ordinates of submerged objects |
RU86321U1 (en) * | 2009-02-25 | 2009-08-27 | Открытое акционерное общество Таганрогский авиационный научно-технический комплекс им. Г.М. Бериева | MULTI-FREQUENCY NAVIGATION SYSTEM |
CN101644759A (en) * | 2008-12-23 | 2010-02-10 | 中国科学院声学研究所 | Submarine object-locating system based on dualistic structure and locating method |
-
2011
- 2011-07-13 RU RU2011129187/07A patent/RU2470317C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
GB1162714A (en) * | 1965-11-06 | 1969-08-27 | Inst Francais Du Petrole | System for Beaconing and Location at Sea for a Floating Rig or a Submarine Craft |
RU2020514C1 (en) * | 1990-12-29 | 1994-09-30 | Севастопольский Приборостроительный Институт | Device for determining two cartesian coordinates of object |
RU2052838C1 (en) * | 1992-08-11 | 1996-01-20 | Багдалов Закир Хадыевич | Method of and device for displaying ship movement |
US5579285A (en) * | 1992-12-17 | 1996-11-26 | Hubert; Thomas | Method and device for the monitoring and remote control of unmanned, mobile underwater vehicles |
EP0811853B1 (en) * | 1996-06-07 | 2002-04-10 | ETAT FRANCAIS représenté par le DELEGUE GENERAL pour L'ARMEMENT | Method for steering and protecting a ship |
JP2004191125A (en) * | 2002-12-10 | 2004-07-08 | Port & Airport Research Institute | Underwater position measuring method and underwater position measuring device |
RU2303275C2 (en) * | 2004-08-12 | 2007-07-20 | Северное государственное федеральное унитарное научно-производственное предприятие по морским геологоразведочным работам "СЕВМОРГЕО" | Method for determination of co-ordinates of submerged objects |
CN101644759A (en) * | 2008-12-23 | 2010-02-10 | 中国科学院声学研究所 | Submarine object-locating system based on dualistic structure and locating method |
RU86321U1 (en) * | 2009-02-25 | 2009-08-27 | Открытое акционерное общество Таганрогский авиационный научно-технический комплекс им. Г.М. Бериева | MULTI-FREQUENCY NAVIGATION SYSTEM |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2546846C2 (en) * | 2013-06-20 | 2015-04-10 | Открытое акционерное общество "Центральный научно-исследовательский институт "Курс" (ОАО "ЦНИИ "Курс") | Method of determining position of vessel and motion characteristics thereof |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN102749622B (en) | Multiwave beam-based depth-sounding joint inversion method for sound velocity profile and seafloor topography | |
CN104007418B (en) | A kind of big basic matrix Underwater Wide Band Sources spread spectrum beacon alignment system and method based on time synchronized | |
ES2717753T3 (en) | Method and apparatus for synchronization of underwater clocks using light and sound | |
CN109116360B (en) | A kind of deep-sea real-time high-precision locating method and system | |
CN104133217B (en) | Method and device for three-dimensional velocity joint determination of underwater moving target and water flow | |
JP5275486B1 (en) | Ship speedometer and ship speed measurement method | |
RU2561012C1 (en) | System for determining and monitoring location of underwater object | |
RU2437114C1 (en) | System for determining coordinates of underwater objects | |
WO2018081503A1 (en) | Ability to measure distance between stations using dgps/rtk gps in the velocity-area method (stationary) using acoustic doppler current profile | |
CN105785067A (en) | Seawater flow velocity measurement method based on sonic propagation time difference | |
KR102082263B1 (en) | Underwater Acoustic Positioning System and Method thereof | |
CN104280024B (en) | Device and method for integrated navigation of deepwater robot | |
Casalino et al. | RT 2: A real-time ray-tracing method for acoustic distance evaluations among cooperating AUVs | |
RU2346295C1 (en) | Active sonar | |
JP6207817B2 (en) | Underwater position-related information acquisition system | |
RU75061U1 (en) | ACTIVE HYDROLOCATOR | |
RU2470317C1 (en) | Differential-range hydroacoustic device for determining position of surface or underwater vessel relative given channel | |
US4176338A (en) | High resolution acoustic navigation system | |
RU2581416C1 (en) | Method of measuring sound speed | |
RU2545068C1 (en) | Measurement method of changes of heading angle of movement of source of sounding signals | |
RU2529207C1 (en) | Navigation system for towed underwater vehicle | |
CN206321338U (en) | Acoustic velocity measurement device under a kind of Real-time Water based on semisubmersible drilling platform accommodation instrument | |
RU2614854C2 (en) | Method of measuring depth and echo sounder therefor | |
US3469229A (en) | Underwater acoustic navigation system | |
RU2516594C1 (en) | Method of determining distance estimation error using sonar system |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PC43 | Official registration of the transfer of the exclusive right without contract for inventions |
Effective date: 20130930 |
|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20200714 |