RU2510045C2 - Side-scanning phase sonar - Google Patents

Side-scanning phase sonar Download PDF

Info

Publication number
RU2510045C2
RU2510045C2 RU2012107076/28A RU2012107076A RU2510045C2 RU 2510045 C2 RU2510045 C2 RU 2510045C2 RU 2012107076/28 A RU2012107076/28 A RU 2012107076/28A RU 2012107076 A RU2012107076 A RU 2012107076A RU 2510045 C2 RU2510045 C2 RU 2510045C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
unit
signals
reflected
frequency
receiver
Prior art date
Application number
RU2012107076/28A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2012107076A (en
Inventor
Сергей Петрович Алексеев
Константин Георгиевич Ставров
Андрей Федорович Зеньков
Владимир Васильевич Чернявец
Денис Михайлович Жилин
Юрий Николаевич Жуков
Екатерина Александровна Пирогова
Евгения Анатольевна Усольцева
Original Assignee
Открытое акционерное общество "Государственный научно-исследовательский навигационно-гидрографический институт" (ОАО "ГНИНГИ")
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 Открытое акционерное общество "Государственный научно-исследовательский навигационно-гидрографический институт" (ОАО "ГНИНГИ") filed Critical Открытое акционерное общество "Государственный научно-исследовательский навигационно-гидрографический институт" (ОАО "ГНИНГИ")
Priority to RU2012107076/28A priority Critical patent/RU2510045C2/en
Publication of RU2012107076A publication Critical patent/RU2012107076A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2510045C2 publication Critical patent/RU2510045C2/en

Links

Images

Landscapes

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

Abstract

FIELD: physics.
SUBSTANCE: side-scanning phase sonar includes a radiator, a receiver, a sensor for measuring angle of roll, a control unit and a recorder, connected to a computer; the side-scanning phase sonar further includes a sensor for measuring angle of pitch, a program unit, a reflected signal spectrum analyser, a monitor; the computer is further connected to outputs of a ship echo sounder, a ship satellite navigation system receiver, the sensor for measuring angle of pitch, the program unit and the reflected signal spectrum analyser.
EFFECT: high accuracy of survey.
3 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к области гидрографии, в частности к техническим средствам определения глубин акватории фазовым гидролокатором бокового обзора, и может быть использовано для выполнения съемки рельефа дна акватории.The invention relates to the field of hydrography, in particular to technical means for determining the depths of a water area with a side-scan phase sonar, and can be used to take pictures of the relief of the bottom of the water area.

Известен способ определения глубин акватории фазовым гидролокатором бокового обзора (Судостроение за рубежом. Издание ЦНИИ Румб, 1987, с 76-80. [1]), включающий излучение гидроакустического сигнала в сторону дна и прием отраженных сигналов в двух точках, расположенных на расстоянии d по вертикали, измерение времени задержки tз отраженны х сигналов и их фазового сдвига φ в этих точках, определение направления (α) приема отраженных сигналов по формулеA known method of determining the depths of the water phase side-scan sonar (Shipbuilding abroad. Edition CRI Rumb, 1987, 76-80. [1]), including the radiation of the hydroacoustic signal to the bottom and receiving the reflected signals at two points located at a distance d along vertical measurement delay time t of reflectance of x signals and the phase shift φ in these points, to determine the direction (α) receiving reflected signals of the formula

α = arcsin C f d ϕ 2 π ( 1 )

Figure 00000001
α = arcsin C f d ϕ 2 π ( one )
Figure 00000001

где f - частота гидроакустического сигнала;where f is the frequency of the sonar signal;

С - скорость распространения звука в воде.C is the speed of sound propagation in water.

Измерение прибором угла β бортовой качки носителя антенн и вычисление глубин (Z) акватории производится по формулеThe device measures the angle β of the side rolling of the antenna carrier and calculates the depths (Z) of the water area according to the formula

Z = C t з 2 sin γ ( 2 )

Figure 00000002
Z = C t s 2 sin γ ( 2 )
Figure 00000002

где γ = α + β

Figure 00000003
.Where γ = α + β
Figure 00000003
.

Однако данный способ имеет недостаточно высокую точность.However, this method has insufficient accuracy.

Это объясняется тем, что при его использовании имеет место существенная погрешность (mγ) определения направления (γ) прихода отраженных сигналов по измеренным значениям их фазового сдвига φ в точках приема.This is because when it is used, there is a significant error (m γ ) in determining the direction (γ) of arrival of the reflected signals from the measured values of their phase shift φ at the receiving points.

Значение mγ, исходя из формулы (1), можно вычислить по формулеThe value of m γ , based on formula (1), can be calculated by the formula

m γ = ( 1 / ( 1 ϕ / 2 π ) 2 ) m ϕ ( 3 )

Figure 00000004
m γ = ( one / ( one - ϕ / 2 π ) 2 ) m ϕ ( 3 )
Figure 00000004

где mφ - погрешность измерения φ.where m φ is the measurement error φ.

Так как достоверное определение направления γ (без разрешения неоднозначности) возможно только лишь в случае малого разноса d антенн, не превышающего двух длин (λ) волн, то возможный диапазон изменения фазового сдвига φ при d=λ составит 0-2π.Since a reliable determination of the direction of γ (without resolving the ambiguity) is possible only in the case of a small separation of d antennas not exceeding two wavelengths (λ), the possible range of the phase shift φ at d = λ will be 0-2π.

Погрешность mγ, как видно из формулы (3), изменяется нелинейно и при φ=0 mγ=-mφ, а при φ=2π достигает максимума и может составить 2mφ.The error m γ , as can be seen from formula (3), varies nonlinearly and for φ = 0 m γ = -m φ , and for φ = 2π it reaches a maximum and can be 2m φ .

Данное обстоятельство обуславливает существенную погрешность (mz) определения глубины акватории z при использовании известного способа.This circumstance causes a significant error (m z ) for determining the depth of the water area z when using the known method.

Значение mz, исходя из формулы (2), можно вычислить по формулеThe value of m z , based on formula (2), can be calculated by the formula

m z = ( C t з / 2 ) cos φ m φ , ( 4 )

Figure 00000005
m z = ( C t s / 2 ) cos φ m φ , ( four )
Figure 00000005

где γ = α + β .

Figure 00000006
Where γ = α + β .
Figure 00000006

Например, когда С=1500 м/с tз=0,7 с γ=30° cos φ=87 mγ=2mφ=2·0,0017(mφ у современных фазовых гидролокаторов бокового обзора не превышает 1°). Тогда mz составит 13 м или около 4% от величины.For example, when C = 1500 m / s t z = 0.7 s γ = 30 ° cos φ = 87 m γ = 2m φ = 2 · 0.0017 (m φ for modern phase side-scan sonars does not exceed 1 °). Then m z will be 13 m or about 4% of the value.

Допустимая погрешность определения глубины акватории в соответствии с нормативными документами по съемке рельефа дна составляет 1% от глубины Z.The permissible error in determining the depth of the water area in accordance with regulatory documents for surveying the bottom topography is 1% of the depth Z.

Известен также способ определения глубин акватории фазовым гидролокатором бокового обзора (Stubbs А.К: Telesounding a merhod of wide swathe a depth measurement International Hydrographic Review 1974, 51 Ns 1, p.p.23-59 [2]), включающий одновременное излучение в сторону дна основного и вспомогательного гидроакустических сигналов, отличающихся по частоте на малую величину, и прием отраженных основных и вспомогательных сигналов в двух точках, расположенных по вертикали на заданном расстоянии d, измерение времени tc задержки прихода синфазных основных и вспомогательных сигналов с помощью двух многоканальных двухчастотных приемоизмерительных блоков, измерение прибором угла бортовой качки носителя антенн, определение по полученным данным направлений прихода синфазных основных сигналов и искомых глубин акватории расчетным путем.There is also a method for determining the depths of a water area with a side-scan phase sonar (Stubbs A.K.: Telesounding a merhod of wide swathe a depth measurement International Hydrographic Review 1974, 51 Ns 1, pp23-59 [2]), including simultaneous radiation towards the bottom of the main and auxiliary hydroacoustic signals differing in frequency by a small amount, and receiving the reflected main and auxiliary signals at two points located vertically at a given distance d, measuring the time t c the arrival delay of the common-mode main and auxiliary signals using two double-frequency channel receiver-measuring units, measuring the pitch angle of the antenna carrier by the device, determining from the received data the directions of arrival of in-phase main signals and the desired depths of the water by calculation.

Известен также фазовый гидролокатор бокового обзора, который содержит первую и вторую двухчастотные антенны, расположенные по вертикали на заданном расстоянии (d), передающий блок, первый и второй двухчастотные многоканальные приемоизмерительные блоки, блок управления, вычислитель и регистратор, при этом выходы первой и второй двухчастотных антенн подключены соответственно к входам первого и второго двухчастотных многоканальных приемоизмерительных блоков, выход передающего блока соединен с излучающей антенной, выходы первого и второго двухчастотных многоканальных приемоизмерительных блоков подключены к выходу вычислителя, выход последнего подключен к регистратору.Also known is a side-view phase sonar, which contains the first and second two-frequency antennas located vertically at a given distance (d), the transmitting unit, the first and second two-frequency multi-channel receiving and measuring units, a control unit, a calculator and a recorder, while the outputs of the first and second two-frequency antennas are connected respectively to the inputs of the first and second two-frequency multi-channel receiving and measuring units, the output of the transmitting unit is connected to the radiating antenna, the outputs of the first and second of multi-channel dual-frequency priemoizmeritelnyh units connected to the output of the calculator, the latest output is connected to the DVR.

Недостаток способа и устройства (фазового гидролокатора бокового обзора) заключается в том, что они сложны в использовании.The disadvantage of this method and device (phase sonar side view) is that they are difficult to use.

Это объясняется тем, что для повышения точности определения глубин акватории в данных технических решениях осуществляют прием отраженных гидроакустических сигналов в двух точках, расположенных по вертикали на большом по сравнению с аналогом расстоянии (d=n λ) в несколько длин волн, и измеряют время задержки сигналов, то есть сигналов, в которых фазовый сдвиг отсутствует или кратен целому числу 2π.This is because in order to increase the accuracy of determining the depths of the water area in these technical solutions, reflected hydroacoustic signals are received at two points located vertically at a large distance (d = n λ) of several wavelengths compared to the analogue, and the signal delay time is measured , that is, signals in which the phase shift is absent or a multiple of an integer 2π.

Выполнение данного действия обеспечивает высокую точность определения глубин акватории, так как при фазовом сдвиге φ=0, как видно из формулы (3), погрешность mγ будет минимальной и равной mφ.The implementation of this action provides high accuracy in determining the depths of the water area, since with a phase shift of φ = 0, as can be seen from formula (3), the error m γ will be minimal and equal to m φ .

Однако в этом случае возникает необходимость в решении сложной задачи - исключении многозначности в определении направлений прихода синфазных сигналов. Для решения этой задачи при использовании первого рассматриваемого известного способа необходимо, кроме основных, выполнить дополнительно следующие сложные действия:However, in this case, there is a need to solve a complex problem - the elimination of ambiguity in determining the directions of arrival of common-mode signals. To solve this problem when using the first known known method, it is necessary, in addition to the main ones, to perform the following additional complex actions:

принимать в третьей точке, расположенной по вертикали на вспомогательной базе на заданном расстоянии от общей точки, отраженные гидроакустические сигналы;to receive at the third point, located vertically on the auxiliary base at a given distance from the common point, the reflected sonar signals;

измерять в третьей и основных точках время задержки прихода синфазных сигналов.measure in the third and main points the delay time of the arrival of common-mode signals.

Для осуществления данных действий необходимо фазовый гидролокатор бокового обзора снабдить приемной антенной и приемоизмерительным блоком, то есть существенно усложнить структурную схему и повысить массогабаритные характеристики фазового гидролокатора бокового обзора.To carry out these actions, it is necessary to equip the side-view phase sonar with a receiving antenna and a receiving-measuring unit, that is, significantly complicate the structural diagram and increase the weight and size characteristics of the side-view phase sonar.

При использовании известного способа для решения этой же задачи необходимо выполнять, кроме основных, следующие дополнительные действия:When using the known method for solving the same problem, it is necessary to perform, in addition to the main ones, the following additional steps:

- излучать вспомогательный гидроакустический сигнал на заданной частоте, отличающейся от основной частоты;- emit an auxiliary hydroacoustic signal at a given frequency that differs from the fundamental frequency;

- принимать отраженные вспомогательные сигналы (синфазные) в тех же случаях, где принимается основной синфазный сигнал;- receive reflected auxiliary signals (common mode) in the same cases where the main common mode signal is received;

- измерять время задержки прихода вспомогательных синфазных сигналов.- measure the arrival delay time of auxiliary common-mode signals.

Для осуществления данных действий необходимо использовать вспомогательный фазовый гидролокатор бокового обзора. То есть для осуществления данного способа необходимо использовать практически два фазовых гидролокатора бокового обзора, работающих на разных частотах, что и обуславливает значительную сложность в использовании известных способов и устройств. To carry out these actions, it is necessary to use an auxiliary phase sonar side view. That is, to implement this method, it is necessary to use almost two phase side-scan sonars operating at different frequencies, which causes considerable difficulty in using known methods and devices.

Известен также способ определения глубин акватории фазовым гидролокатором бокового обзора и фазовый гидролокатор бокового обзора для его осуществления (патент RU №1829019А1, 23.07.1993 [3]), в котором технический результат заключается в упрощении процесса определения глубины акватории фазовым гидролокатором бокового обзора.There is also a method of determining the depths of the water with a side-scan phase sonar and a side-view phase sonar for its implementation (patent RU No. 1829019A1, 07.23.1993 [3]), in which the technical result consists in simplifying the process of determining the depth of the water area with a side-view phase sonar.

При этом технический результат достигается тем, что в способе определения глубин акватории фазовым гидролокатором бокового обзора, включающем излучение гидроакустического сигнала в сторону дна и прием отраженных сигналов в двух точках, расположенных по вертикали на заданном расстоянии, измерение времени задержки прихода синфазных сигналов, угла бортовой качки носителя антенн и определение по полученным данным направлений θn прихода синфазных сигналов и искомых глубин акватории расчетным путем, измерение времени tз задержки прихода отраженного гидроакустического сигнала по вертикали, отделяют временные задержки (tp) прихода синфазных сигналов в случае их отражения от ровной поверхности дна по каждому расчетному (θр) направлению по формулеIn this case, the technical result is achieved by the fact that in the method for determining the depths of the water with a side-scan phase sonar, which includes emitting the hydroacoustic signal to the bottom and receiving the reflected signals at two points located vertically at a given distance, measuring the delay time of the arrival of common-mode signals, the pitch angle carrier antennas and determining from the data arrival directions θ n in-phase signal and the desired depth of the waters by calculation, measurement of the time delay of arrival t the reflected sonar signal vertically, the time delays (t p ) of the arrival of the common-mode signals are separated if they are reflected from the flat bottom surface in each calculated (θ p ) direction according to the formula

t p n = t p sin ( θ p n + β ) + t p cos ( θ p n + β ) sin ξ sin ( θ p n + β ) sin ( θ p n + β + ξ ) ( 5 )

Figure 00000007
t p n = t p sin ( θ p n + β ) + t p cos ( θ p n + β ) sin ξ sin ( θ p n + β ) sin ( θ p n + β + ξ ) ( 5 )
Figure 00000007

где n=1,2, 3…N;where n = 1,2, 3 ... N;

N=d/λ - количество расчетных направлений θр;N = d / λ is the number of calculated directions θ p ;

ξ - генеральный угол наклона дна в полосе зондирования.ξ is the general angle of inclination of the bottom in the sensing strip.

Затем определяют сходимость вычисленных tn и измеренных tp значений по критерию (δ2), вычисленному по формулеThen, the convergence of the calculated t n and measured t p values is determined by the criterion (δ 2 ) calculated by the formula

δ 2 = m = 1 M 1 [ ( t p n + 1 t p n ) ( t c m + 1 t c m ) ] 2 ( 6 )

Figure 00000008
δ 2 = m = one M - one [ ( t p n + one - t p n ) - ( t c m + one - t c m ) ] 2 ( 6 )
Figure 00000008

где М - количество измеренных значений tс для каждого количества М расчетных направлений θр.where M is the number of measured values of t s for each number M of design directions θ p .

При этом последовательно изменяют начальное значение n от 1 до К=N-М, а за искомые направления прихода синфазных сигналов принимают М расчетных направлений θр, характеризующихся минимальным значением δ.In this case, the initial value of n is successively changed from 1 to K = N-M, and M calculated directions θ p , characterized by a minimum value of δ, are taken for the sought-after directions of arrival of common-mode signals.

Фазовый гидролокатор бокового обзора для реализации известного способа содержит первую и вторую антенны, расположенные по вертикали на заданном расстоянии, передающий блок, первый и второй приемоизмерительные блоки, блок управления, вычислитель и регистратор, при этом выходы первой и второй антенн подключены соответственно к входам первого и второго приемоизмерительных приборов, выход передающего блока соединен с приемоизлучающей антенной, выход первого и второго приемоизмерительных блоков подключены к входу вычислителя, выход последнего подключен к регистратору, а блок управления соединен с первым и вторым приемоизмерительными блоками, передающим блоком, вычислителем и регистратором, и снабжен блоком определения временных задержек прихода отраженных от ровной поверхности дна синфазных сигналов по каждому расчетному направлению, вход которого соединен с блоком управления, а выход подключен к входу вычислителя.The side-view phase sonar for implementing the known method comprises a first and a second antenna located vertically at a given distance, a transmitting unit, a first and second receiving-measuring units, a control unit, a calculator and a recorder, while the outputs of the first and second antennas are connected respectively to the inputs of the first and the second receiving-measuring devices, the output of the transmitting unit is connected to the receiving-radiating antenna, the output of the first and second receiving-measuring units are connected to the input of the calculator, the output of the last one is connected to the registrar, and the control unit is connected to the first and second receiving and measuring units, the transmitting unit, the calculator and the registrar, and is equipped with a unit for determining the time delays of arrival of common-mode signals reflected from the flat bottom of the bottom in each calculated direction, the input of which is connected to the control unit, and the output is connected to the input of the calculator.

Однако, несмотря на достижение по упрощению известного способа, он отягощен существенными расчетами и трудоемкими вычислительными операции.However, despite the achievement of simplifying the known method, it is burdened by significant calculations and laborious computational operations.

Кроме того, выделение отраженных сигналов от ровной поверхности дна и их математическая обработка связаны с рядом допущений, что существенно снижает достоверность получения конечных результатов измерений.In addition, the selection of reflected signals from a flat bottom surface and their mathematical processing are associated with a number of assumptions, which significantly reduces the reliability of obtaining the final measurement results.

Так, например, проведенные исследования искажения спектров линейных частотно модулированных (ЛЧМ) сигналов в морском грунте в зависимости от глубины проникновения в морской грунт показали, что первое отражение регистрируется в придонном слое на верхних частотах спектра. По мере увеличения глубины (ниже поверхности дна) спектр расширяется в сторону низких частот, низкочастотная часть спектра увеличивается и начинает превалировать, а при дальнейшем увеличении глубины и оставшаяся низкочастотная часть плавно уменьшается. Максимальное значение интенсивности достигается в низкочастотной части спектра. Для мощных придонных отложений иногда наблюдаются особенности в характере изменения. Эти особенности заключаются в относительном возрастании в некотором диапазоне глубин высокочастотной части спектра и проявляются в появлении низкочастотного спектра между высокочастотными спектрами. При этом преобладание низкочастотной части в этом диапазоне для этого типа грунтов менее значительно. Происходит выравнивание формы спектра и только потом уменьшение высокочастотной части, и затухание низкочастотной части. Эта особенность связана со слоистой структурой осадков и слабым поглощением в отдельных слоях. Данное обстоятельство ограничивает применение известного способа [3], так как при его реализации необходимо наличие ровной поверхности дна, свободной от придонных отложений.For example, studies of the distortion of the spectra of linear frequency-modulated (LFM) signals in marine soil depending on the depth of penetration into sea soil have shown that the first reflection is recorded in the bottom layer at the higher frequencies of the spectrum. As the depth increases (below the bottom surface), the spectrum expands toward lower frequencies, the low-frequency part of the spectrum increases and begins to prevail, and with a further increase in depth, the remaining low-frequency part gradually decreases. The maximum value of the intensity is achieved in the low-frequency part of the spectrum. For thick bottom sediments, features in the nature of the change are sometimes observed. These features consist in a relative increase in a certain depth range of the high-frequency part of the spectrum and are manifested in the appearance of a low-frequency spectrum between high-frequency spectra. Moreover, the predominance of the low-frequency part in this range is less significant for this type of soil. The spectrum forms become equalized and only then does the high-frequency part decrease and the low-frequency part decay. This feature is associated with a layered structure of precipitation and weak absorption in individual layers. This circumstance limits the application of the known method [3], since its implementation requires the presence of a flat bottom surface, free from bottom sediments.

К существенному недостатку устройства для реализации известного способа следует отнести то обстоятельство, что при расчетах временных задержек прихода отраженных волн учитывается только изменение углов бортовой качки, в то время как результаты измерений также будут отягощены влиянием килевой качки.A significant disadvantage of the device for implementing the known method is the fact that when calculating the time delays of arrival of the reflected waves, only the change in the pitching angles is taken into account, while the measurement results will also be burdened by the influence of pitching.

Задачей предлагаемого технического решения является расширение функциональных возможностей фазового гидролокатора бокового обзора для определения глубин акватории, с одновременным повышением достоверности съемки дна акватории.The objective of the proposed technical solution is to expand the functionality of the side-scan phase sonar to determine the depths of the water area, while increasing the reliability of shooting the bottom of the water area.

Поставленная задача решается за счет того, что в фазовый гидролокатор бокового обзора, который содержит излучатель, приемник, датчик измерения углов бортовой качки, блок управления и регистратор, соединенные с вычислителем, в отличии от прототипа дополнительно введены датчик измерения углов килевой качки, программный блок, анализатор спектра отраженного сигнала, монитор, вычислитель дополнительно соединен с выходами судового эхолота, судового приемоиндикатора спутниковых навигационных систем, датчика измерения углов килевой качки, программного блока и анализатором спектра отраженного сигнала и монитором, при этом монитор выполнен в виде многофункционального дисплея с возможностью формирования 3D-изображения с постоянным трехмерным представлением данных, программный блок содержит устройство нормировки, устройство определения гистограммы, блок расчета коэффициентов полинома, устройство оценки точности аппроксимации, устройство задания степени аппроксимирующего полинома, устройство принятия решения, блок деления, интегрирующее устройство, блок выделения коэффициентов при первых двух членах разложения, блок вычисления частного. The problem is solved due to the fact that in the phase sonar side view, which contains the emitter, receiver, sensor for measuring the pitching angles, control unit and recorder connected to the computer, in contrast to the prototype, an additional sensor for measuring pitching angles, a program unit, reflected spectrum analyzer, monitor, calculator is additionally connected to the outputs of a marine echo sounder, ship receiver-indicator of satellite navigation systems, pitching angle measurement sensor, the program unit and the analyzer of the spectrum of the reflected signal and the monitor, the monitor is made in the form of a multifunction display with the ability to generate 3D images with a constant three-dimensional representation of the data, the program unit contains a normalization device, a histogram determination device, a polynomial coefficient calculation unit, an approximation accuracy estimation device, device for setting the degree of the approximating polynomial, decision making device, division unit, integrating device, coefficient allocation unit cents for the first two terms of the decomposition, the unit for computing the quotient.

Сущность предлагаемого технического решения поясняется чертежами (фиг.1, 2).The essence of the proposed technical solution is illustrated by drawings (figure 1, 2).

Фиг.1. Структурная схема фазового гидролокатор бокового обзора включает вычислитель 1, буферное устройство 2, внешнюю память 3, устройство управления 4, регулируемый предварительный усилитель 5, усилитель мощности 6, излучатель 7, приемник 8, полосовой фильтр 9, предварительный усилитель 10, АЦП 11, регистратор 12, датчик 13 измерения углов бортовой качки, датчик 14 измерения углов килевой качки, программный блок 15, анализатор спектра 16 отраженного сигнала, монитор 17.Figure 1. The structural diagram of the side-scan phase sonar includes a calculator 1, a buffer device 2, an external memory 3, a control device 4, an adjustable pre-amplifier 5, a power amplifier 6, an emitter 7, a receiver 8, a bandpass filter 9, a pre-amplifier 10, an ADC 11, a recorder 12 Sensor 13 for measuring pitch angles, Sensor 14 for pitching angles, program unit 15, spectrum analyzer 16 of the reflected signal, monitor 17.

Вычислитель 1 через буферное устройство 2 также соединен с выходами судового эхолота 18, судового приемником 19 спутниковых навигационных систем, датчика 14 измерения углов килевой качки, программного блока 15 и анализатором спектра 16 отраженного сигнала.The transmitter 1 through the buffer device 2 is also connected to the outputs of the ship’s echo sounder 18, the ship’s receiver 19 of satellite navigation systems, the pitching angle sensor 14, the program unit 15 and the reflected spectrum analyzer 16.

Фиг.2. Блок-схема программного блока. Программный блок 15 содержит устройство нормировки 20, устройство определения гистограммы 21, блок 22 расчета коэффициентов полинома, устройство 23 оценки точности аппроксимации, устройство 24 задания степени аппроксимирующего полинома, устройство принятия решения 25, блок 26 деления, интегрирующее устройство 27, блок 28 выделения коэффициентов при первых двух членах разложения, блок 29 вычисления частного, микропроцессор 30.Figure 2. The block diagram of the software block. The program unit 15 contains a normalization device 20, a histogram determination device 21, a polynomial coefficient calculation unit 22, an approximation accuracy estimation device 23, an approximating polynomial degree setting device 24, a decision making device 25, a division unit 26, an integrating device 27, a coefficient allocation unit 28 for the first two members of the decomposition, block 29 calculating the quotient, microprocessor 30.

Микропроцессор 30 разработан на основе DSP - процессора и включает блок памяти, таймер, контроллер прерываний, порты связи.Microprocessor 30 is designed based on a DSP processor and includes a memory unit, a timer, an interrupt controller, and communication ports.

Вычислитель 1 выполнен на основе вычислительной платформы в виде системы на кристалле типа System on Chip (SoC) и состоит из процессора общего назначения, функции которого заключаются в решении навигационных уравнений и обслуживанием интерфейсов, и двух процессоров с векторно-матричными сопроцессорами, которые предназначены для полной программной обработки в реальном времени зарегистрированных сигналов.Calculator 1 is made on the basis of a computing platform in the form of a system on a chip of the System on Chip (SoC) type and consists of a general-purpose processor, whose functions are to solve navigation equations and interface maintenance, and two processors with vector-matrix coprocessors, which are designed for complete real-time software processing of recorded signals.

Решение навигационных задач включает выработку поправок при анализе зарегистрированных сигналов в зависимости от скорости, курса, координат, углов бортовой и килевой качек, глубины под килем судна при выполнении батиметрической съемки.Solving navigation problems involves making corrections in the analysis of recorded signals depending on speed, course, coordinates, angles of the onboard and keel qualities, depth under the keel of the vessel when performing bathymetric surveys.

Процессоры с векторно-матричным сопроцессором (например, типа NM6403, NM6404) отличаются от процессоров общего назначения тем, что имеют дополнительный векторно-матричный сопроцессор с размером матрицы не менее 64×64, где аппаратно реализованы операции умножения с накоплением. Эти процессоры с векторно-матричным сопроцессором идеально подходят для цифровой фильтрации сигналов - умножения их отсчетов на весовые коэффициенты и накопление результатов измерений, а также для решения задачи вычисления корреляции входных сигналов, взаимно корреляционной функции сигналов и их сопровождения по задержке.Processors with a vector-matrix coprocessor (for example, type NM6403, NM6404) differ from general-purpose processors in that they have an additional vector-matrix coprocessor with a matrix size of at least 64 × 64, where multiplication with accumulation is implemented in hardware. These processors with a vector-matrix coprocessor are ideally suited for digital filtering of signals - multiplying their samples by weight coefficients and accumulating measurement results, as well as for solving the problem of calculating the correlation of input signals, the cross-correlation function of the signals and their support for the delay.

Кроме того, на этом же кристалле (в составе вычислительной платформы) дополнительно реализуют блок предварительной обработки сигналов (БПОС), который выполняет функции аппаратной поддержки программной обработки сигналов. В БПОС реализованы цифровые режекторные фильтры узкополосных помех с конечной импульсной характеристикой (КИХ-фильтры). Здесь же реализованы буферизация и когерентное накопление оцифрованных выборок сигналов на интервалах времени, задаваемых программно, схемы предварительной сортировки цифровых отсчетов сигнала и квадратор для построения частотной панорамы с использованием спектральных методов на основе алгоритма быстрого преобразования Фурье. Кроме того, в вычислительной платформе, выполненной в виде SoC, размещают также аналого-цифровые преобразователи АЦП входных сигналов, необходимые для работы блоки памяти оперативной и программ, интерфейсный блок, шины внутрисистемного обмена информацией. Приемник 19 спутниковых сигналов может использовать сигналы навигационных систем и систем их поддержек GPS, ГЛОНАСС, GALILEO, SBAS и GBAS. Приемник 19 спутниковых сигналов функционально связан с датчиками 13 и 14 измерения углов бортовой и килевой качки, что позволяет реализовать инерциальную измерительную систему, позволяющую определять угловые и линейные скорости и ускорения в месте установки излучателя 7 и приемника 8, а также курс судна и необходимые поправки.In addition, on the same chip (as part of a computing platform), a signal preprocessing unit (BPOS) is additionally implemented, which performs the functions of hardware support for software signal processing. BPOS implements digital notch filters of narrow-band interference with a finite impulse response (FIR filters). It also implements buffering and coherent accumulation of digitized samples of signals at time intervals defined by software, pre-sorting schemes for digital signal samples and a quadrator for constructing a frequency panorama using spectral methods based on the fast Fourier transform algorithm. In addition, analog-to-digital converters of the ADC of the input signals, operational memory and program memory blocks, an interface block, and bus of the intra-system information exchange are also placed in a computing platform made in the form of SoC. The satellite receiver 19 can use the signals of the navigation systems and their support systems GPS, GLONASS, GALILEO, SBAS and GBAS. The receiver 19 of satellite signals is functionally connected with sensors 13 and 14 for measuring the angles of pitching and pitching, which makes it possible to implement an inertial measuring system that can determine the angular and linear velocities and accelerations at the installation site of the emitter 7 and receiver 8, as well as the ship's course and necessary corrections.

Излучатель 7 излучает волну накачки с частотой fн. Поскольку частота накачки довольно высока, то волна накачки отражается от границы раздела вода - грунт и распространяется в сторону приемника 8. Волна накачки будет взаимодействовать вследствие нелинейности среды распространения с низкочастотными сигналами с частотой F, отраженными от аномальных участков, включая подводные объекты. Результатом взаимодействия будут волны с комбинационными частотами fн±F, либо изменения фазы волны накачки.The emitter 7 emits a pump wave with a frequency f n . Since the pump frequency is quite high, the pump wave is reflected from the water-soil interface and propagates toward receiver 8. Due to the nonlinearity of the propagation medium, the pump wave will interact with low-frequency signals with a frequency F reflected from abnormal areas, including underwater objects. The result of the interaction will be waves with Raman frequencies f n ± F, or a change in the phase of the pump wave.

В вычислителе 1 формируются команды для посылки излучающих сигналов и задаются параметры работы устройства в целом. Через буферное устройство 2 информация с вычислителя 1 поступает на внешнюю память 3 и устройство управления 4. Устройство управления 4 управляет работой внешней памяти и регулируемым предварительным усилителем 5. Усилитель мощности 6 усиливает сигнал и подает его на излучатель 7.In the calculator 1, commands are generated for sending emitting signals and the parameters of the device as a whole are set. Through the buffer device 2, information from the calculator 1 enters the external memory 3 and the control device 4. The control device 4 controls the operation of the external memory and the adjustable pre-amplifier 5. The power amplifier 6 amplifies the signal and feeds it to the emitter 7.

Расстояние между излучателем 7 и приемником 8 равно 1/1σ=1. Сигналы с приемника 8 поступают на полосовой фильтр 9 и предварительный усилитель 10, которые образуют блок предварительной обработки. Сигналы оцифровываются посредством АЦП 11. Далее цифровой сигнал поступает на программный блок 15, а именно на устройство нормировки 20 и устройство определения гистограммы 21. Устройство 24 задает степень аппроксимирующего полинома и управляет работой блока 22 расчета коэффициентов полинома. Далее производится оценка точности аппроксимации на устройстве 23 оценки точности аппроксимации и данные передаются на устройство принятия решения 25, которое управляется блоком управления 4. При этом, если точность не удовлетворяет заданному порогу, то увеличивается степень полинома. Увеличение происходит до тех пор, пока точность аппроксимации не будет удовлетворительной. В блоке 26 производится деление выражения для плотности вероятности излучаемого сигнала, которая считывается из внешней памяти 3 и полученной плотности вероятности в блоке 22.The distance between the emitter 7 and the receiver 8 is 1/1 σ = 1. The signals from the receiver 8 are fed to a band-pass filter 9 and a pre-amplifier 10, which form a pre-processing unit. The signals are digitized by ADC 11. Next, the digital signal is fed to the program unit 15, namely, the normalization device 20 and the histogram determination device 21. The device 24 sets the degree of the approximating polynomial and controls the operation of the polynomial coefficient calculator 22. Next, the approximation accuracy is estimated on the approximation accuracy estimation device 23 and the data is transmitted to the decision-making device 25, which is controlled by the control unit 4. Moreover, if the accuracy does not satisfy a given threshold, the degree of polynomial increases. The increase occurs until the approximation accuracy is satisfactory. In block 26, the expression is divided for the probability density of the emitted signal, which is read from the external memory 3 and the obtained probability density in block 22.

Интегрирующее устройство 27 представляет полученный результат на блок выделения коэффициентов при первых двух членах разложения 28 и в блоке 29 производится вычисление частного. Полученный результат через буферный элемент выводится на вычислитель 1.The integrating device 27 presents the result to the coefficient extraction block for the first two terms of the expansion 28, and the quotient is calculated in block 29. The result obtained through the buffer element is displayed on the calculator 1.

Сигналы с АЦП 11 записываются на жесткий диск вычислителя 1. Каждый отчет кодируется в 14 разрядном формате. На вход алгоритма поступают данные, на основе которых производится определение нормированных гистограмм плотности вероятности для каждого сигнала. Затем, используя полиноминальное приближение, определяется аналитическое выражение плотности вероятности для каждой гистограммы. В зависимости исследования (обнаружение дефектов в трубопроводах или поиск мест утечек транспортируемого продукта) вычисляется либо функция нелинейности, либо значения моментных функций, которые характеризуют изменение формы закона распределения (в случае детектирования инородных включений в среде).The signals from the ADC 11 are recorded on the hard drive of the calculator 1. Each report is encoded in 14 bit format. The input of the algorithm receives data, based on which the normalized histograms of the probability density for each signal are determined. Then, using the polynomial approximation, an analytical expression of the probability density for each histogram is determined. Depending on the study (detection of defects in pipelines or search for leakages of the transported product), either the nonlinearity function or the values of moment functions that characterize the change in the shape of the distribution law (in the case of detection of foreign inclusions in the medium) are calculated.

Предлагаемый способ основан на определении нелинейных свойств рабочей среды путем решения обратной задачи преобразования статистических характеристик нелинейных волн.The proposed method is based on the determination of nonlinear properties of the working medium by solving the inverse problem of converting the statistical characteristics of nonlinear waves.

Как известно прямая задача преобразования закона распределения при прохождении через нелинейную систему имеет вид:As you know, the direct problem of transforming the distribution law when passing through a nonlinear system has the form:

W(p2; х, t)=W(p1(p2); x, t)/|Ψ(p1(p2))|, где p2=Ψ(p1) - нелинейное детерминированное без инерционное преобразование, заданное детерминированной функцией Ψ(p1); p1=Ф(р2) - ветвь функции, обратной к р2=Ψ(p1).W (p 2 ; x, t) = W (p 1 (p 2 ); x, t) / | Ψ (p 1 (p 2 )) |, where p 2 = Ψ (p 1 ) - non-linear deterministic without inertial the transformation given by the deterministic function Ψ (p 1 ); p1 = Φ (p2) is the branch of the function inverse to p 2 = Ψ (p 1 ).

Тогда решение для обратной задачи, которая заключается в отыскании выражения для функции Ψ(р1), принимает вид интеграла СтильтьесаThen the solution for the inverse problem, which consists in finding the expression for the function Ψ (p 1 ), takes the form of the Stieltjes integral

Ψ ( p 1 ; x , t ) = W ( p 1 ( t ) ) / W ( p 2 ( x , t ) ) * d ( p 1 ( t ) ) .

Figure 00000009
Ψ ( p one ; x , t ) = W ( p one ( t ) ) / W ( p 2 ( x , t ) ) * d ( p one ( t ) ) .
Figure 00000009

Данная формула описывает подход к определению функции, связывающей давление реакции среды р2 с давлением возмущения р1. Она лежит в основе метода определения нелинейных свойств среды, которые описываются нелинейной функцией Ψ(p1).This formula describes the approach to determining the function that connects the reaction pressure of the medium p 2 with the perturbation pressure p 1 . It underlies the method for determining the nonlinear properties of the medium, which are described by the nonlinear function Ψ (p 1 ).

Экспериментально полученные изменения плотности вероятности акустического давления в зависимости от интенсивности излучения показали, что изменения формы закона распределения проявляются в нарушении симметрии. Ввиду увеличения мощности излучения, абсолютное значение плотности вероятности уменьшается.The experimentally obtained changes in the probability density of acoustic pressure depending on the radiation intensity showed that changes in the shape of the distribution law are manifested in symmetry breaking. Due to the increase in radiation power, the absolute value of the probability density decreases.

При этом закон распределения низкочастотных компонент на расстояниях между излучателем и приемником 1, 2 и 3 1/1σ при частотах накачки 140 и 150 кГц практически не меняется и его изменение обусловлено только изменением структуры среды.In this case, the distribution law of low-frequency components at distances between the emitter and receiver 1, 2, and 3 1/1 σ at the pump frequencies of 140 and 150 kHz practically does not change and its change is caused only by a change in the structure of the medium.

Экспериментально полученные осциллограммы сигналов и соответствующие гистограммы, полученные на различных расстояниях от излучателя показали, что основные изменения, связанные с нелинейными свойствами среды распространения, происходят в ближней зоне. Поэтому наиболее значительное изменение формы закона распределения происходит также в ближней зоне излучателя до расстояния 1/1σ=1. Дальнейшее изменение формы закона распределения связано с перераспределением энергии в волне и генерацией более высокочастотных компонент. При увеличении расстояния от излучателя процесс нормализуется. The experimentally obtained waveforms of the signals and the corresponding histograms obtained at different distances from the emitter showed that the main changes associated with the nonlinear properties of the propagation medium occur in the near zone. Therefore, the most significant change in the shape of the distribution law also occurs in the near zone of the emitter to a distance of 1/1 σ = 1. A further change in the form of the distribution law is associated with the redistribution of energy in the wave and the generation of higher-frequency components. With increasing distance from the emitter, the process normalizes.

При распространении волны разностной частоты закон распределения мгновенных значений акустического давления практически не изменяется, а его изменение обусловлено только изменением структуры среды. Техническая сущность данного метода рассмотрена в источнике: Куценко Н.Н. Автореферат диссертации на соискание ученой степени канд.тех.наук. «Исследование законов распределения акустического давления преобразователей накачки параметрических антенн в нелинейных средах» - «Южный федеральный университет» в г. Таганроге, 2009. (сайт: library sfedu. Ru/referat/D212-208-23/01-04-06/2009121_D212-208-01-04-06_KutsekoNN.pdf).When a difference frequency wave propagates, the law of distribution of instantaneous values of acoustic pressure practically does not change, and its change is caused only by a change in the structure of the medium. The technical essence of this method is considered in the source: Kutsenko N.N. Abstract of dissertation for the degree of candidate of technical science. “Study of the laws of acoustic pressure distribution of parametric antenna pump transducers in nonlinear media” - Southern Federal University in Taganrog, 2009. (Website: library sfedu. Ru / referat / D212-208-23 / 01-04-06 / 2009121_D212 -208-01-04-06_KutsekoNN.pdf).

Конструктивное исполнение излучателя 7 обеспечивает дискретное сканирование внутреннего пространства, которое осуществляется путем шагового обзора за счет облучения узкой характеристикой направленности излучателя ограниченной зоны пространства и приема эхо-сигналов в пределах всего сектора, в котором осуществляется обзор. Цикл обзора равен промежутку времени между двумя последовательными излучениями: Тобз=2х max/с, где хmax - максимальная дальность излучения. Перед каждым излучением сигнала характеристика направленности излучателя 7 поворачивается на угол, равный ее ширине (шаг поиска). Полное время обзора заданного сектора определяется циклом обзора и отношением величины сектора к ширине характеристики направленности.The design of the emitter 7 provides a discrete scan of the internal space, which is carried out by step-by-step review due to irradiation with a narrow directivity characteristic of the emitter of a limited area of space and receiving echo signals within the entire sector in which the survey is carried out. The review cycle is equal to the time interval between two successive emissions: T review = 2x max / s, where x max is the maximum radiation range. Before each signal emission, the directivity characteristic of the emitter 7 is rotated by an angle equal to its width (search step). The total review time of a given sector is determined by the review cycle and the ratio of the sector value to the width of the directivity characteristic.

При обнаружении подводного объекта, находящегося на грунте, вычислителем 1 формируется команда на формирование высокой направленности, что обеспечивает более надежное определение местоположения выявленного подводного объекта.When detecting an underwater object located on the ground, the calculator 1 generates a command to form a high directivity, which provides a more reliable determination of the location of the identified underwater object.

Вычислитель 1 через буферное устройство 2 также соединен с выходами судового эхолота 18, судового приемника 19 спутниковых навигационных систем, датчика 14 измерения углов килевой качки, программного блока 15 и анализатором спектра 16 отраженного сигнала.The transmitter 1 through the buffer device 2 is also connected to the outputs of the ship’s echo sounder 18, ship receiver 19 of satellite navigation systems, pitching angle sensor 14, program unit 15 and the reflected spectrum analyzer 16.

Определение временных задержек прихода отраженных от ровной поверхности дна синфазных сигналов осуществляется посредством судового эхолота 18, представляющего собой многолучевой эхолот. Многолучевые эхолоты обладают несравнимо более высокой производительностью и обеспечивают высокую подробность съемки в сравнении с однолучевыми системами. Судовой эхолот 18 представляет собой многолучевой эхолот со сложным линейно-частотным модулированным сигналом и предназначен для измерения глубин от 20 до 6000 м. Развертка мощности принятых сигналов осуществляется по дальности и углу. Характер изменения мощности в луче с дальностью зависит от формы рельефа дна. Из 32 приемных каналов формируют 256 лучей, что позволяет получить квазинепрерывный профиль рельефа. Приемная антенна многолучевого эхолота 3 диапазона частот 30 кГц состоит из 32 элементов.The determination of time delays of arrival of common-mode signals reflected from a flat bottom surface is carried out by means of a marine echo sounder 18, which is a multi-beam echo sounder. Multi-beam echo sounders have incomparably higher performance and provide high detail in comparison with single-beam systems. The marine echo sounder 18 is a multi-beam echo sounder with a complex linear-frequency modulated signal and is designed to measure depths from 20 to 6000 m. The power of the received signals is scanned in range and angle. The nature of the change in power in the beam with a range depends on the shape of the bottom topography. Of the 32 receiving channels, 256 beams are formed, which makes it possible to obtain a quasi-continuous profile of the relief. The receiving antenna of the multi-beam echo sounder 3 of the frequency range 30 kHz consists of 32 elements.

Использование информации от многолучевого эхолота позволяет отказаться от блока определения временных задержек, поскольку такая задача решается судовым эхолотом 18.The use of information from a multipath echo sounder allows you to abandon the unit for determining time delays, since such a task is solved by a ship echo sounder 18.

Кроме того, современная тенденция, например, строительства подводных трубопроводов на больших глубинах вызывает необходимость использования высокочастотных многолучевых эхолотов для получения детальной картины рельефа дна. Для проектировщика трубопровода важно, чтобы все формы рельефа или искусственные объекты были идентифицированы в ходе батиметрической инструментальной съемки. При этом при использовании только одного судового эхолота для выполнения батиметрической съемки существует вероятность пропуска опасной формы дна (ложбины, выпуклости). В период батиметрической съемки на акватории морей Северного Ледовитого океана, при обработке результатов измерений были отмечены пропуски локальных опасных форм. Дальнейший анализ материалов батиметрической съемки показал, что вероятность пропуска локальной опасной формы дна, в зависимости от скорости судна и глубины акватории, может достигать 0,45.In addition, the current trend, for example, the construction of submarine pipelines at great depths, necessitates the use of high-frequency multipath echo sounders to obtain a detailed picture of the bottom topography. It is important for the pipeline designer that all landforms or artificial objects be identified during bathymetric instrumental surveys. Moreover, when using only one marine echo sounder to perform a bathymetric survey, there is a possibility of missing a dangerous bottom shape (hollow, bulge). During the bathymetric survey in the waters of the seas of the Arctic Ocean, omissions of local hazardous forms were noted when processing the measurement results. Further analysis of bathymetric survey data showed that the probability of missing a local dangerous bottom shape, depending on the speed of the vessel and the depth of the water area, can reach 0.45.

На малых глубинах, соизмеримых с высотой буксировки, возможно, использовать псевдосонарные имиджи, во всех остальных случаях и, особенно на больших глубинах только гидролокационная съемка может обеспечить проектировщика подводных трубопроводов полезной информацией, которая включает в себя:At shallow depths commensurate with towing height, it is possible to use pseudo-sonar images, in all other cases, and especially at great depths, only sonar imagery can provide the designer of subsea pipelines with useful information, which includes:

- идентификацию различных объектов на морском дне, которые могут существовать вдоль выбранной трассы трубопровода, включая прогибы морского дна, подводные препятствия, выходы коренных пород, песчаные волны, мутьевые потоки и оползневые структуры;- identification of various objects on the seabed that may exist along the selected route of the pipeline, including deflections of the seabed, underwater obstacles, bedrock, sand waves, muddy streams and landslide structures;

- подводные кабельные коммуникации вдоль выбранной трассы трубопровода.- underwater cable communications along the selected pipeline route.

Монитор 16 выполнен в виде многофункционального дисплеяMonitor 16 is designed as a multi-function display

с возможностью формирования 3D-изображения с постоянным трехмерным представлением данных и построен на основе процессора Intel Core2Duo с диапазонами входов RGB, цифровые видеоинтерфейсы DVI-D, 3NTSC/PAL и т.п.with the ability to create 3D images with a constant three-dimensional representation of data and is built on the basis of an Intel Core2Duo processor with RGB input ranges, digital video interfaces DVI-D, 3NTSC / PAL, etc.

Отраженные от объектов на морском дне акустические сигналы поступают на регистратор 12 и непрерывно записываются на ленту термопринтера или на магнитный носитель. Эти сигналы представляют собой отражения от различных объектов на морском дне, таких как гравий, выходы коренных пород, подводные препятствия. Интенсивность отраженного сигнала зависит от объекта, от которого этот сигнал отразился. Например, сигнал, представляющий отражение от скалы, будет представлен на записи темнее, чем отраженный сигнал от песка. Изучение интенсивности отраженных сигналов и имиджей на записях позволяет проводить геологическую и геофизическую интерпретацию и оценивать размеры различных объектов на дне.Acoustic signals reflected from objects on the seabed are fed to a recorder 12 and are continuously recorded on a thermal printer tape or on magnetic media. These signals are reflections from various objects on the seabed, such as gravel, bedrock, underwater obstacles. The intensity of the reflected signal depends on the object from which this signal is reflected. For example, a signal representing the reflection from the cliff will be represented on the recording darker than the reflected signal from the sand. Studying the intensity of the reflected signals and images on the records allows you to conduct a geological and geophysical interpretation and evaluate the size of various objects at the bottom.

Кроме того, по линейной зависимости затухания от частоты по степени асимметрии спектра отраженного сигнала можно определить коэффициент частотной зависимости затухания в пределах полосы сигнала.In addition, the linear dependence of the attenuation on the frequency of the degree of asymmetry of the spectrum of the reflected signal can determine the coefficient of the frequency dependence of the attenuation within the signal band.

Программное обеспечение, при необходимости, также позволяет выполнять измерение времени задержки прихода синфазных сигналов, и определение по полученным данным направлений θn прихода синфазных сигналов и искомых глубин акватории расчетным путем, измерение времени tз задержки прихода отраженного гидроакустического сигнала по вертикали, как это осуществляется в прототипе, т.е. отделяют временные задержки (tp) прихода синфазных сигналов в случае их отражения от ровной поверхности дна по каждому расчетному (θр) направлению по формуле (5) и затем определяют сходимость вычисленных tn и измеренных tp значений по критерию (δ), вычисленному по формуле (6).Software, optionally also enables measurement of time delay of arrival in-phase signal and determining from the data lines θ n joining inphase signals and the desired water depth by calculation, measurement of time t of a delay arrival of the reflected sonar signal along the vertical, as is done in prototype, i.e. separate the time delays (t p ) of the arrival of common-mode signals if they are reflected from a flat bottom surface for each calculated (θ p ) direction using formula (5) and then determine the convergence of the calculated t n and measured t p values according to the criterion (δ) calculated by the formula (6).

Использование линейно-частотно-модулированных сигналов позволяет получить частотную зависимость коэффициента обратного объемного рассеяния за время одного импульса, т.е. произвести анализ многочастотного эхо-сигнала от одних и тех же рассеивателей одновременно при движении носителя.The use of linearly-frequency-modulated signals makes it possible to obtain the frequency dependence of the coefficient of backward volume scattering during one pulse, i.e. to analyze the multi-frequency echo signal from the same scatterers simultaneously during carrier movement.

Источники информацииInformation sources

1. Судостроение за рубежом. Издание ЦНИИ Румб, 1987, с.76-80.1. Shipbuilding abroad. Edition of Central Research Institute Rumb, 1987, pp. 76-80.

2. Stubbs A.K: Telesounding a merhod of wide swathe a depth measurement International Hydrographic Review 1974, 51 Ns 1, p.p.23-59.2. Stubbs A.K: Telesounding a merhod of wide swathe a depth measurement International Hydrographic Review 1974, 51 Ns 1, p. P. 23-59.

3. Патент RU №1829019 А1, 23.07.1993.3. Patent RU No. 1829019 A1, 07.23.1993.

Claims (3)

1. Фазовый гидролокатор бокового обзора, содержащий излучатель, приемник, датчик измерения углов бортовой качки, блок управления и регистратор, соединенные с вычислителем, отличающийся тем, что дополнительно введены датчик измерения углов килевой качки, программный блок, анализатор спектра отраженного сигнала, монитор, вычислитель дополнительно соединен с выходами судового эхолота, судового приемника спутниковых навигационных систем, датчика измерения углов килевой качки, программного блока и анализатором спектра отраженного сигнала.1. Phase side-scan sonar, comprising a transmitter, a receiver, a pitching angle measurement sensor, a control unit and a recorder connected to a computer, characterized in that a pitching angle measurement sensor, a program unit, a reflected signal spectrum analyzer, a monitor, a calculator are additionally introduced additionally connected to the outputs of the ship’s echo sounder, ship receiver of satellite navigation systems, pitching angle sensor, program unit and reflected spectrum analyzer . 2. Фазовый гидролокатор бокового обзора по п.1, содержащий монитор, отличающийся тем, что монитор выполнен в виде многофункционального дисплея с возможностью формирования 3D-изображения с постоянным трехмерным представлением данных.2. The phase side-scan sonar according to claim 1, comprising a monitor, characterized in that the monitor is in the form of a multifunction display with the ability to form a 3D image with a constant three-dimensional representation of the data. 3. Фазовый гидролокатор бокового обзора по п.2, содержащий программный блок, отличающийся тем, что программный блок содержит устройство нормировки, устройство определения гистограммы, блок расчета коэффициентов полинома, устройство оценки точности аппроксимации, устройство задания степени аппроксимирующего полинома, устройство принятия решения, блок деления, интегрирующее устройство, блок выделения коэффициентов при первых двух членах разложения, блок вычисления частного. 3. The phase side-scan sonar according to claim 2, comprising a program unit, characterized in that the program unit comprises a normalization device, a histogram determination device, a polynomial coefficient calculation unit, an approximation accuracy estimation device, a degree approximating polynomial setting device, a decision making device, a unit division, an integrating device, a coefficient extraction unit for the first two terms of the decomposition, a quotient calculation unit.
RU2012107076/28A 2012-02-27 2012-02-27 Side-scanning phase sonar RU2510045C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2012107076/28A RU2510045C2 (en) 2012-02-27 2012-02-27 Side-scanning phase sonar

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2012107076/28A RU2510045C2 (en) 2012-02-27 2012-02-27 Side-scanning phase sonar

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2012107076A RU2012107076A (en) 2013-09-10
RU2510045C2 true RU2510045C2 (en) 2014-03-20

Family

ID=49164407

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2012107076/28A RU2510045C2 (en) 2012-02-27 2012-02-27 Side-scanning phase sonar

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2510045C2 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU167401U1 (en) * 2016-08-01 2017-01-10 Акционерное общество "Научно-исследовательский институт Приборостроения имени В.В. Тихомирова" Side-View Interferometric Sonar
RU183635U1 (en) * 2018-06-08 2018-09-28 Акционерное общество "Научно-исследовательский институт Приборостроения имени В.В. Тихомирова" Side-View Interferometric Sonar

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0199571A1 (en) * 1985-04-20 1986-10-29 Peter Travis Gough Continuous transmission synthetic aperture sonar
RU1795395C (en) * 1991-01-22 1993-02-15 Войсковая часть 62728 Method of measurement of depth within band of phase side-looking sonar
RU1829019C (en) * 1991-06-03 1993-07-23 Войсковая часть 62728 Method for determination of depth of water area by phase sonar of side scanning pattern and phase sonar of side scanning pattern direction for implementation of said method
US5414676A (en) * 1994-03-16 1995-05-09 The United States Of Americas As Represented By The Secretary Of The Navy Sonar array with reduced grating lobes
RU2039366C1 (en) * 1992-07-24 1995-07-09 Новосибирский государственный технический университет Phase parametric side-looking sonar system
UA74686C2 (en) * 2004-03-01 2006-01-16 Науково-Технічний Центр Панорамних Акустичних Систем Національної Академії Наук України Phase side scan sonar device
RU2272303C1 (en) * 2004-10-25 2006-03-20 Николай Аркадьевич Нестеров Method for determining depths of body of water and device for realization of said method
CN1900738A (en) * 2005-07-22 2007-01-24 中国科学院声学研究所 High resolution detection depth side scan sonar signal processing method

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0199571A1 (en) * 1985-04-20 1986-10-29 Peter Travis Gough Continuous transmission synthetic aperture sonar
RU1795395C (en) * 1991-01-22 1993-02-15 Войсковая часть 62728 Method of measurement of depth within band of phase side-looking sonar
RU1829019C (en) * 1991-06-03 1993-07-23 Войсковая часть 62728 Method for determination of depth of water area by phase sonar of side scanning pattern and phase sonar of side scanning pattern direction for implementation of said method
RU2039366C1 (en) * 1992-07-24 1995-07-09 Новосибирский государственный технический университет Phase parametric side-looking sonar system
US5414676A (en) * 1994-03-16 1995-05-09 The United States Of Americas As Represented By The Secretary Of The Navy Sonar array with reduced grating lobes
UA74686C2 (en) * 2004-03-01 2006-01-16 Науково-Технічний Центр Панорамних Акустичних Систем Національної Академії Наук України Phase side scan sonar device
RU2272303C1 (en) * 2004-10-25 2006-03-20 Николай Аркадьевич Нестеров Method for determining depths of body of water and device for realization of said method
CN1900738A (en) * 2005-07-22 2007-01-24 中国科学院声学研究所 High resolution detection depth side scan sonar signal processing method

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU167401U1 (en) * 2016-08-01 2017-01-10 Акционерное общество "Научно-исследовательский институт Приборостроения имени В.В. Тихомирова" Side-View Interferometric Sonar
RU183635U1 (en) * 2018-06-08 2018-09-28 Акционерное общество "Научно-исследовательский институт Приборостроения имени В.В. Тихомирова" Side-View Interferometric Sonar

Also Published As

Publication number Publication date
RU2012107076A (en) 2013-09-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP1894038B1 (en) Continuous, continental-shelf-scale monitoring of fish populations and behavior
US7894303B2 (en) Detection device, detection program and detection method
CN106154276A (en) Deep seafloor parameter inversion method based on bottom reverberation and propagation loss
RU2434246C1 (en) Method of surveying bottom topography of water bodies and apparatus for realising said method
RU2461845C1 (en) Hydroacoustic system for imaging underwater space
CN113552069A (en) Laser ultrasonic underwater target detection method and system based on interferometric synthetic aperture
US8437222B2 (en) System and method of range estimation
Violante Acoustic remote sensing for seabed archaeology
Hiroji Extracting sonar relative beam patterns for multi-sector multibeam sonar
Wu et al. Multi-beam bathymetric technology
Olson et al. Measurements of high-frequency acoustic scattering from glacially eroded rock outcrops
JP7390366B2 (en) Methods for determining depth or water depth profiles based on average sound velocity profiles, methods for determining such velocity profiles, and associated sonar systems
RU2510045C2 (en) Side-scanning phase sonar
Villar et al. Pipeline detection system from acoustic images utilizing CA-CFAR
Manik et al. Underwater multiple objects detection and tracking using multibeam and side scan sonar
Xu et al. Joint time-frequency inversion for seabed properties of ship noise on a vertical line array in South China Sea
Masetti et al. Remote characterization of seafloor adjacent to shipwrecks using mosaicking and analysis of backscatter response
RU2300781C1 (en) Device for hydrometeorological observations of sea range water area
RU2484499C1 (en) Method of determining depth of water body using side-scanning sonar and side-scanning sonar for realising said method
JP3509015B2 (en) Buried object detection method and buried object detection sonar
LePage et al. Embedded environmental functional services on board autonomous underwater vehicles: Rapid Acoustic Prediction Service (RAPS)
RU98254U1 (en) MULTI-FREQUENCY CORRELATION HYDROACOUSTIC LAG
Wu 2.1 Principle of Multi-beam Sounding Technology
Chen et al. Effects of nonlinear internal gravity waves on normal-incident reflection measurements of seafloor sediments
RU2817558C1 (en) Method of determining complete set of coordinates of noisy marine object

Legal Events

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

Effective date: 20180228