RU2527136C1 - Method of measuring depth of object using sonar - Google Patents

Method of measuring depth of object using sonar Download PDF

Info

Publication number
RU2527136C1
RU2527136C1 RU2013107379/28A RU2013107379A RU2527136C1 RU 2527136 C1 RU2527136 C1 RU 2527136C1 RU 2013107379/28 A RU2013107379/28 A RU 2013107379/28A RU 2013107379 A RU2013107379 A RU 2013107379A RU 2527136 C1 RU2527136 C1 RU 2527136C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
echo signal
echo
channel
depth
beginning
Prior art date
Application number
RU2013107379/28A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2013107379A (en
Inventor
Сергей Павлович Андреев
Дмитрий Георгиевич Селезнёв
Владимир Игоревич Советов
Александр Давидович Консон
Валерий Григорьевич Тимошенков
Георгий Иванович Ярковенко
Original Assignee
Региональный некоммерческий фонд поддержки и развития петербургской науки, культуры и спорта
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 Региональный некоммерческий фонд поддержки и развития петербургской науки, культуры и спорта filed Critical Региональный некоммерческий фонд поддержки и развития петербургской науки, культуры и спорта
Priority to RU2013107379/28A priority Critical patent/RU2527136C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2527136C1 publication Critical patent/RU2527136C1/en
Publication of RU2013107379A publication Critical patent/RU2013107379A/en

Links

Landscapes

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

Abstract

FIELD: physics.
SUBSTANCE: method includes emitting a probing signal, receiving an echo signal with a static fan, directional characteristic in the horizontal plane, performing multichannel processing on all directional characteristics, selecting a threshold in each channel, determining the starting time Tmin and end time Tmax of the echo signal in each spatial channel, selecting a channel having the maximum delay time of the end of the echo signal Tmax and the minimum delay time of the beginning of the echo signal Tmin corresponding to said channel, calculating the distance Dbeg=Tmin0.5S, calculating the distance at the end of the echo signal Dend=Tmax0.5S, and the depth of the of the position of the beginning of the echo signal is determined using the formula H = D e n g 2 D b e g 2 ,
Figure 00000011
where H is the depth of the position of the beginning of the gas shroud; Dend is the distance corresponding to the maximum time of the end of the echo signal or the exit of the gas shroud from the pipe; Dbeg is the distance corresponding to the maximum time of the beginning of the echo signal or the emergence of the gas shroud onto the surface; S is the speed of sound in the operating region.
EFFECT: enabling detection and classification of a leak source on an underwater gas pipeline and determining the location of a gas leak object.
1 dwg

Description

Настоящее изобретение относится к области гидролокации и предназначено для измерения глубины местоположения объекта, имеющего развитую вертикальную структуру, в том числе местоположение источников скрытых утечек газа из трубопроводов.The present invention relates to the field of sonar and is intended to measure the depth of the location of an object having a developed vertical structure, including the location of sources of hidden gas leaks from pipelines.

В настоящее время большое распространение получили газопроводы, которые прокладываются на больших расстояниях под водой. Они могут располагаться как по дну морей, так и в подводном положении в плавучем состоянии на некоторой глубине. В процессе эксплуатации возникают ситуации, которые могут нарушить уплотнение между трубами, что приведет к образованию отверстия, из которого будет происходить утечка газа. Обнаружить утечку газа можно по снижению давления в магистрали. Однако это не всегда возможно, поскольку давление в системе зависит от потребления, которое практически всегда является случайным и зависит от случайности включения и отключения источников потребления. Обнаружить утечку газа с поверхности воды затруднительно, поскольку на поверхности моря будет наблюдаться газовые пузыри, характер которых будет маскироваться волнующейся водной массой. Обнаружить утечку газа можно и с использованием многолучевых эхолотов, которые работают непосредственно по дну и по известному местоположению газового трубопровода. (А.В. Богородский, Д.Б. Островский. Гидроакустические навигационные и поисково-исследовательские средства. СПб.: Изд. «ЛЭТИ», 2009 г., с.89-113), однако Currently, gas pipelines, which are laid at great distances under water, are widely used. They can be located both on the bottom of the seas, and in underwater position in a floating state at a certain depth. During operation, situations arise that can break the seal between the pipes, which will lead to the formation of an opening from which gas leakage will occur. A gas leak can be detected by reducing the pressure in the line. However, this is not always possible, since the pressure in the system depends on consumption, which is almost always random and depends on the randomness of switching on and off the sources of consumption. It is difficult to detect a gas leak from the surface of the water, since gas bubbles will be observed on the surface of the sea, the nature of which will be masked by the vibrating water mass. Gas leaks can also be detected using multi-beam echo sounders that work directly along the bottom and at the known location of the gas pipeline. (A.V. Bogorodsky, D. B. Ostrovsky. Hydroacoustic navigation and search and research facilities. St. Petersburg: Publishing House “LETI”, 2009, p. 89-113), however

это требует точного знания положения трубопровода на дне, что связано с большими предварительными работами. Можно использовать гидролокаторы бокового обзора типа «Гидра» (Скнаря А.В., Трусилов В.Т., Седов М.В. Применение гидролокаторов бокового обзора для решения задач безопасности судоходства и экологического мониторинга. Специальная техника, №2, 2003 г.). Как правило, эти гидролокаторы являются буксируемыми и имеют дистанцию обнаружения порядка сотен метров, что также ограничивает возможности мониторинга состояния трубопроводов. Наиболее полно возможности использования гидролокаторов бокового обзора для задач обследования акваторий изложены в работе В.Г. Тимошенков. Разработка программно- математических средств идентификации подводных потенциально опасных объектов, регистрируемых с помощью гидроакустических средств. НИР «Объект» ЛЮКИ НИР 518-1. УДК 551.46.07. СПб, 2008 г. ОАО «Концерн «Океанприбор». Там же приведен патентный поиск по всем гидроакустическим средствам для обнаружения подводных потенциально опасных объектов с.117-137, который показал, что в имеющейся литературе отсутствуют методы обнаружения местоположения газовой пелены на больших пространствах и отсутствуют методы определения глубины источника утечки.this requires accurate knowledge of the position of the pipeline at the bottom, which is associated with extensive preliminary work. You can use side-scan sonars of the Hydra type (Sknarya A.V., Trusilov V.T., Sedov M.V. Use of side-scan sonars for solving the problems of shipping safety and environmental monitoring. Special equipment, No. 2, 2003) . Typically, these sonars are towed and have a detection distance of the order of hundreds of meters, which also limits the ability to monitor the status of pipelines. The fullest possibilities of using side-scan sonars for the tasks of inspecting water areas are described in the work of V.G. Tymoshenko. Development of mathematical software for the identification of underwater potentially hazardous objects recorded using sonar aids. Scientific research project “Object” HATCHES NIR 518-1. UDC 551.46.07. SPb, 2008. Concern Okeanpribor OJSC. A patent search is also presented there for all hydroacoustic means for detecting underwater potentially dangerous objects p.117-137, which showed that the available literature does not have methods for detecting the location of a gas sheet in large spaces and there are no methods for determining the depth of a leak source.

Известен метод определения глубины погружения цели с использованием гидролокатора, описанный в работе (А.П. Сташкевич. Акустика океана. Л.: Судостроение, 1966 г., с.263). Способ содержит измерение дистанции до цели и угла, определяемого направлением характеристики направленности в вертикальной плоскости.A known method for determining the depth of immersion of a target using a sonar is described in the work (A.P. Stashkevich. Acoustics of the ocean. L .: Sudostroenie, 1966, p. 263). The method includes measuring the distance to the target and the angle determined by the direction of the directivity in the vertical plane.

Известен «Способ и устройство определения глубины подводного объекта»The well-known "Method and device for determining the depth of the underwater object"

авторы SATO KAZUO и др. по патенту JP 02708109 B2 от 04.02.98 г. G01S 15/10 HITACYI LTD, который основан на том же принципе, что и предыдущий способ, но определение направления производится с использованием сканирования характеристики направленности в вертикальной плоскости при излучении зондирующего сигнала узкой характеристикой направленности.authors SATO KAZUO and others according to patent JP 02708109 B2 dated 04.02.98, G01S 15/10 HITACYI LTD, which is based on the same principle as the previous method, but the direction is determined using scanning of the directivity in the vertical plane under radiation sounding signal narrow directivity.

Недостатком данных методов является то, что необходимо точно знать направление на цель, которая определяется с использованием узкой характеристики направленности (ХН) в вертикальной плоскости. Результатом оценки глубины для объекта является величина, которая получается при решении прямоугольного треугольника по гипотенузе, определяемой по оценке дистанции и углу, определяемому направлением характеристики направленности.The disadvantage of these methods is that it is necessary to know exactly the direction to the target, which is determined using a narrow directivity characteristic (XI) in the vertical plane. The result of evaluating the depth for an object is the value that is obtained when solving a right triangle by hypotenuse, which is determined by estimating the distance and angle determined by the direction of the directivity.

Такая процедура определения глубины погружения зависит от правильности получения оценки направления на цель, которая зависит от ширины характеристики направленности в вертикальной плоскости. Чем уже ХН, тем точнее можно определить направление на цель. Существующие системы обнаружения эхосигнала имеют узкую характеристику направленности в горизонтальной плоскости и широкую характеристику направленности в вертикальной плоскости. Ширина характеристики направленности в вертикальной плоскости является конечной величиной и составляет в существующих системах величину порядка 20°-40° по уровню 0.7 от максимума.Such a procedure for determining the depth of immersion depends on the correctness of obtaining an estimate of the direction to the target, which depends on the width of the directivity in the vertical plane. The narrower the CN, the more accurately you can determine the direction to the target. Existing echo detection systems have a narrow directivity pattern in the horizontal plane and a wide directivity pattern in the vertical plane. The width of the directivity characteristic in the vertical plane is the final value and in existing systems is about 20 ° -40 ° at the level of 0.7 of the maximum.

Известен измеритель глубины погружения объекта по патенту РФ №119127 и известен способ определения глубины погружения объекта с использованием подвижного носителя по патенту РФ №2350983. Они основаны на одном и том же принципе, но в измерителе по патенту РФ №119127 дополнительно учитывается курсовой угол на объект. Наиболее близким аналогом является способ по патенту РФ №2350983, который и принимается за прототип. Способ содержит излучение зондирующего сигнала, прием эхосигнала и измерение дистанции D1 на момент времени t1, в момент времени t1+Δt, повторяют процедуру измерения дистанции до объекта определяют дистанцию D2 до объекта в момент времени t1+Δt, определяют скорость движения носителя Vсоб; и глубину погружения объекта относительно горизонта движения носителя определяют по формулеA known immersion depth meter of an object according to the patent of the Russian Federation No. 119127 and a method for determining the depth of immersion of an object using a movable medium according to the patent of the Russian Federation No. 2350983 is known. They are based on the same principle, but in the meter according to the patent of the Russian Federation No. 119127, the heading angle to the object is additionally taken into account. The closest analogue is the method according to the patent of the Russian Federation No. 2350983, which is taken as a prototype. The method comprises emitting a sounding signal, receiving an echo signal and measuring the distance D 1 at time t 1 , at time t 1 + Δt, repeat the procedure for measuring the distance to the object, determine the distance D 2 to the object at time t 1 + Δt, determine the speed carrier V sob ; and the depth of immersion of the object relative to the horizon of movement of the medium is determined by the formula

H = D 2 2 Δ D 2

Figure 00000001
, где H = D 2 2 - Δ D 2
Figure 00000001
where

Δ D = ( D 1 2 D 2 2 V 2 Δ t 2 ) / 2 V Δ t

Figure 00000002
, где Δ D = ( D one 2 - D 2 2 - V 2 Δ t 2 ) / 2 V Δ t
Figure 00000002
where

D1 - дистанция до объекта в момент времени t1,D 1 - distance to the object at time t 1 ,

D2 - дистанция до объекта на момент времени t1+Δt,D 2 - distance to the object at time t 1 + Δt,

hизл - глубина погружения излучателя,h rad - the depth of immersion of the radiator,

V с о б 2

Figure 00000003
- скорость перемещения излучателя. V from about b 2
Figure 00000003
- the speed of the emitter.

Этот способ предназначен для определения глубины погружения неподвижного локального объекта.This method is intended to determine the immersion depth of a stationary local object.

При нарушении герметичности трубопровода происходит выход газа, который образует пелену пузырей. При работе гидролокатора можно будет получить эхосигнала от пелены пузырей, образующейся при движении пузырей с глубины на поверхность. Такой отражатель имеет хорошо развитую вертикальную структуру, поскольку пузыри поднимаются вертикально вверх и увеличиваются в объеме, что приводит к расширению газового облака у поверхности. Поскольку этот объект имеет большую протяженность в вертикальной и горизонтальной плоскости, то существенно увеличивается ошибка оценки глубины, либо невозможность получения оценки глубины известными методами.If the pipeline is not tight, gas escapes, which forms a veil of bubbles. When the sonar is working, it will be possible to obtain an echo from a veil of bubbles, which is formed when the bubbles move from depth to surface. Such a reflector has a well-developed vertical structure, since the bubbles rise vertically and increase in volume, which leads to the expansion of the gas cloud at the surface. Since this object has a large extent in the vertical and horizontal plane, the error in estimating the depth significantly increases, or the inability to obtain an estimate of the depth by known methods.

Указанный недостаток устраняется тем, что в известный способ измерения глубины погружения, содержащий излучение зондирующего сигнала, прием эхосигнала и измерение дистанции дополнительно введены новые признаки, а именно прием эхосигналов осуществляется статическим веером характеристик направленности в горизонтальной плоскости, имеющих направленность в вертикальной плоскости порядка 40°, производится многоканальная обработка по всем характеристикам направленности, выбирается порог в каждом канале, обнаруживается эхосигнал, превысивший порог в каждом канале, определяется момент времени начала Тмин и момент времени окончания Тмакс эхосигнала в каждом пространственном канале, выбирается канал с максимальным временем задержки Тмакс и соответствующее ему Тмин минимальное время задержки, вычисляется Д н а ч = T м и н 0,5 C

Figure 00000004
, вычисляется дистанции по окончанию эхосигнала, Д н а ч = T м а к с 0,5 C
Figure 00000005
, а глубину местоположения начала эхосигнала определяется по формуле H = Д о к о н ч . 2 Д н а ч . 2
Figure 00000006
, гдеThis drawback is eliminated by the fact that new features are additionally introduced into the known method of measuring the depth of immersion, containing the sound of the probe signal, receiving the echo signal and measuring the distance, namely, the reception of echo signals is carried out by a static fan of directivity in the horizontal plane, having a directivity in the vertical plane of about 40 °, multi-channel processing is performed according to all directivity characteristics, a threshold is selected in each channel, an echo signal is detected, exceeding the last threshold in each channel, the start time T min and the end time T max echo signal in each spatial channel are determined, the channel with the maximum delay time T max and the corresponding T min minimum delay time is selected, calculated D n but h = T m and n 0.5 C
Figure 00000004
, the distance is calculated at the end of the echo, D n but h = T m but to from 0.5 C
Figure 00000005
, and the depth of the location of the beginning of the echo signal is determined by the formula H = D about to about n h . 2 - D n but h . 2
Figure 00000006
where

H - глубина местоположения начала газовой пелены;H is the depth of the location of the beginning of the gas sheet;

Доконч - дистанция, соответствующая максимальному времени окончания эхосигнала или выхода газовой пелены из трубопровода;D is over - the distance corresponding to the maximum closure time of the echo signal or output from shroud gas conduit;

Днач - дистанция, соответствующая минимальному времени начала эхосигнала или выхода газовой пелены на поверхность;D beg - the distance corresponding to the minimum time of the beginning of the echo signal or exit of the gas sheet to the surface;

C - скорость распространения звука в районе работы.C is the speed of sound propagation in the area of work.

Техническим результатом предлагаемого способа является повышение точности определения глубины расположения начала эхосигнала от вертикально распределенной пелены пузырей, что соответствует местоположению источника нарушения герметичности газопровода.The technical result of the proposed method is to increase the accuracy of determining the depth of the beginning of the echo signal from a vertically distributed veil of bubbles, which corresponds to the location of the source of violation of the tightness of the gas pipeline.

Поясним достижение указанного технического результата и существо предлагаемого технического решения.Let us explain the achievement of the specified technical result and the essence of the proposed technical solution.

Американскими специалистами были проведены акустические исследования и были получены данные, что акустическую энергию хорошо отражают не только металлические и скальные объекты, но газовые пузыри, которые могут создаваться в кильватерных струях при движении надводного корабля. В монографии Физические основы подводной акустики /Под ред. Мясищева В.И. М.: Сов радио, 1955 г., с.604 рассмотрены вопросы отражения акустической энергии от отдельных пузырей и от пелены пузырей. В работе указывается, что эквивалентный радиус отражателя, состоящего из пелены пузырей, будет зависеть от их размеров. При совпадении частоты излучения с резонансной частотой пузыря эхосигнал резко увеличивается. Размеры пузырей зависят от глубины их нахождения, поскольку давление в месте установки газопровода большое, то и диаметр пузыря будет маленьким, так как он будет сжат гидростатическим давлением и пространственная протяженность будет мала. По мере всплытия диаметр пузыря будет увеличиваться и размеры пузырькового облака также будут увеличиваться по пространству.American experts conducted acoustic studies and obtained data that acoustic energy is well reflected not only by metal and rock objects, but by gas bubbles that can be created in wake jets when a surface ship moves. In the monograph Physical Foundations of Underwater Acoustics / Ed. Myasishcheva V.I. M .: Sov Radio, 1955, p. 604, issues of reflection of acoustic energy from individual bubbles and from a veil of bubbles are considered. The paper indicates that the equivalent radius of the reflector, consisting of a veil of bubbles, will depend on their size. When the radiation frequency coincides with the resonant frequency of the bubble, the echo signal increases sharply. The size of the bubbles depends on the depth of their location, since the pressure at the installation site of the gas pipeline is large, then the diameter of the bubble will be small, as it will be compressed by hydrostatic pressure and the spatial extent will be small. As you ascend, the diameter of the bubble will increase and the size of the bubble cloud will also increase in space.

На этой основе разработаны рыбопоисковые гидролокаторы, которые обнаруживают эхосигналы, отраженные от плавательных пузырей рыб как одиночных, так и их скоплений. Е.В. Шишкова. Физические основы промысловой акустики. М., 1977 г.. Известны гидролокаторы, разработанные для поиска и обнаружения скопления рыбных косяков, рассмотренные в работе Ю.С. Кобяков, Н.Н. Кудрявцев В.И. Тимошенко. Конструирование гидроакустической рыбопоисковой аппаратуры. Л.: Судостроение, 1986 г., с.5-27.On this basis, fish-finding sonars have been developed that detect echo signals reflected from swimming bladders of fish, both single and their clusters. E.V. Shishkova. Physical foundations of field acoustics. M., 1977. Known sonar designed to search and detect the accumulation of fish schools, considered in the work of Yu.S. Kobyakov, N.N. Kudryavtsev V.I. Tymoshenko. Design of sonar fishing equipment. L .: Shipbuilding, 1986, p. 5-27.

В нашем случае следует исходить из нескольких очевидных предпосылок: источник выхода газа находится на трубе, газ поднимается только вверх и объем его увеличивается вследствие расширения вплоть до поверхности, поэтому газовая пелена расположена вертикально, при подъеме пузырей их размер увеличивается. Наличие трубопровода не исключает получение эхосигнала от корпуса трубы, поскольку труба представляет собой полое пространство, заполненное газом, плотность которого отличается от плотности воды.In our case, one should proceed from several obvious premises: the source of gas output is located on the pipe, the gas rises only upward and its volume increases due to expansion up to the surface, therefore the gas sheet is located vertically, and when the bubbles rise, their size increases. The presence of the pipeline does not preclude the receipt of an echo from the pipe body, since the pipe is a hollow space filled with gas, the density of which differs from the density of water.

Для обнаружения и классификации пелены пузырей необходимо использовать обычный гидролокатор, содержащий приемную и излучающую антенну, коммутатор, генератор зондирующего сигнала и статический веер характеристик направленности при приеме. Поскольку зондирующий сигнал распространяется в водной среде по сферическому закону, то при излучении зондирующего сигнала с надводного корабля в горизонтальном направлении акустическая энергия будет распространяться, расширяясь в выбранном направлении. Первый эхосигнал придет от той части пелены пузырей, которая уже достигла поверхности, поскольку пространственная ширина пелены пузырей у поверхности максимальная. Последний эхосигнал придет от той части пелены пузырей, которая находится в начале выхода из трубопровода. Излучение производится в горизонтальном направлении широко направленной характеристикой (А.В. Богородский, Д.Б. Островский Гидроакустические навигационные и поисково-исследовательские средства. СПб.: Изд. «ЛЭТИ», 2009 г., с.192.). Прием эхосигнала осуществляется статическим веером характеристик направленности, каждая из характеристик которой имеет узкую направленность в горизонтальной плоскости и широкую направленность в вертикальной плоскости с раствором порядка 40°-50°.. (там же с.172-178.). Обработка принимаемого эхосигнала происходит автономно и независимо в каждой характеристике направленности. В каждой характеристике направленности происходит обнаружение эхосигнала, измерение амплитуды эхосигнала и момента начала эхосигнала и момента окончания эхосигнала. Поскольку пелена пузырей непрерывна на всем протяжении до поверхности и расширяется у поверхности, то эхосигнал будет представлять собой непрерывную временную функцию, где будет четко наблюдаться начало эхосигнала у поверхности и окончание эхосигнала у дна. Такая временная функция будет наблюдаться в двух или трех соседних пространственных горизонтальных каналах, если пространственные каналы статического веера характеристик направленности перекрываются, а ширина газового облака расширяется у поверхности. Поэтому необходимо обеспечить обнаружение эхосигнала в соседних характеристиках направленности, измерение момента начала эхосигнала отраженного от пелены пузырей, момента окончания эхосигнала отраженного от пелены пузырей в соседних характеристиках направленности. Когда характеристики перекрываются, то в одной характеристике будет наблюдаться эхосигнал с максимальной длительностью от начала эхосигнала у источника до окончания эхосигнала у поверхности, а у соседней характеристики только часть эхосигнала, соответствующую верхней части пелены. Это приведет к тому, что минимальное значение времени начала эхосигнала Тмин будет обнаружено и измерено в одном канале, а максимальное время окончания эхосигнала Тмакс будет зафиксировано в другом канале. Для этого необходимо из всей совокупности измерений выбрать канал, у которого измерена максимальное время окончания эхосигнала Тмакс и соответствующее этому каналу Тмин. Момент окончания эхосигнала Тмакс будет соответствовать моменту выхода газа и именно это определяет местоположение выхода газа из трубы. Вычислив минимальную дистанцию Днач по времени задержки эхосигнала до места выхода газа на поверхность Тмин в выбранном канале и по значению скорости звука, что соответствует началу эхосигнала, и, вычислив дистанцию Доконч, соответствующую окончанию эхосигнала, по максимальному времени задержки эхосигнала Тмакс в этом же канале и значению скорости, что соответствует началу выхода газа, можно определить глубину месторасположения источника разгерметизации газопровода в метрах по формуле:To detect and classify a bubble sheet, it is necessary to use a conventional sonar containing a receiving and emitting antenna, a switch, a probe signal generator and a static fan of directional characteristics during reception. Since the probe signal propagates in an aqueous medium according to a spherical law, when a probe signal is emitted from a surface ship in the horizontal direction, acoustic energy will propagate, expanding in the selected direction. The first echo will come from the part of the bubble sheet that has already reached the surface, since the spatial width of the bubble sheet at the surface is maximum. The last echo will come from that part of the veil of bubbles that is at the beginning of the exit from the pipeline. Radiation is produced in the horizontal direction with a broadly directed characteristic (A.V. Bogorodsky, D. B. Ostrovsky. Hydroacoustic navigation and search and research tools. St. Petersburg: Publishing House “LETI”, 2009, p. 192.). The echo signal is received by a static fan of directivity characteristics, each of whose characteristics has a narrow directivity in the horizontal plane and a wide directivity in the vertical plane with a solution of the order of 40 ° -50 ° .. (ibid. P.172-178.). Processing of the received echo occurs autonomously and independently in each directional characteristic. In each directional characteristic, an echo signal is detected, a measurement of the amplitude of the echo signal and the moment the echo starts and the moment the echo ends. Since the veil of bubbles is continuous all the way to the surface and expands near the surface, the echo signal will be a continuous time function where the beginning of the echo signal at the surface and the end of the echo signal at the bottom will be clearly observed. Such a temporary function will be observed in two or three adjacent spatial horizontal channels if the spatial channels of the static fan of directivity characteristics overlap and the width of the gas cloud expands at the surface. Therefore, it is necessary to ensure the detection of the echo in adjacent directivity characteristics, the measurement of the moment of the beginning of the echo reflected from the veil of bubbles, the moment of the end of the echo reflected from the veil of bubbles in the adjacent directivity. When the characteristics overlap, an echo signal with a maximum duration from the beginning of the echo signal at the source to the end of the echo signal at the surface will be observed in one characteristic, and in the neighboring characteristic, only the part of the echo signal corresponding to the upper part of the shroud. This will lead to the fact that the minimum value of the start time of the echo signal T min will be detected and measured in one channel, and the maximum end time of the echo signal T max will be fixed in another channel. For this, it is necessary to select a channel from the entire set of measurements for which the maximum end time of the echo signal T max and corresponding to this channel T min is measured. The moment of termination of the echo signal T max will correspond to the moment of gas exit and this determines the location of the gas exit from the pipe. Calculating the minimum distance D beginning of the delay time of the echo signal to place the gas outlet at the surface of the T m of the selected channel and by the value of the sound velocity, which corresponds to the beginning of the echo signal, and calculating the distance D is finished, the corresponding echo end, the T max of the echo signal by the maximum delay time the same channel and the value of speed, which corresponds to the beginning of the gas outlet, you can determine the depth of the location of the source of depressurization of the pipeline in meters according to the formula:

H = Д о к о н ч 2 Д н а ч 2

Figure 00000007
, где H = D about to about n h 2 - D n but h 2
Figure 00000007
where

H - глубина месторасположения точки разгерметизации;H is the depth of the location of the depressurization point;

Докончмакс0,5С - максимальная дистанция, соответствующая окончанию эхосигнала,D end = T max 0,5C - the maximum distance corresponding to the end of the echo signal,

Дначмин0,5С - минимальная дистанция, соответствующая началу эхосигнала.D beg = T min 0,5С - the minimum distance corresponding to the beginning of the echo signal.

Сущность предлагаемого способа поясняется фиг.1, на которой представлена структурная схема гидролокатора для определения глубины местоположения источника газовой пелены.The essence of the proposed method is illustrated in figure 1, which presents a structural diagram of a sonar to determine the depth of the location of the source of the gas sheet.

На фиг.1 обозначеноFigure 1 marked

1 - антенна,1 - antenna

2 - коммутатор приема передачи,2 - switch receiving transmission,

3 - задающий генератор,3 - master oscillator,

4 - система формирования статического веера характеристик направленности,4 - a system for forming a static fan of directivity characteristics,

5 - процессор многоканальной системы обработки,5 - processor multi-channel processing system,

6 - блок выбора порога в каждом канале обнаружении,6 - block selection threshold in each channel detection,

7 - блок измерения времени начала эхосигнала Тмин и измерения времени окончания эхосигнала Тмакс. в каждом канале;7 - unit for measuring the time of the beginning of the echo signal T min and measuring the time of the end of the echo signal T max. in each channel;

8 - блок выбора канала, у которого максимальное время окончания эхосигнала Тмакс и соответствующие ему значения времени Тмин начала эхосигнала и вычисления дистанций Днач, Доконч;8 - selecting a channel in which the maximum time T max closure echo and the corresponding value of time T min beginning echo and calculate distances nach D, E make an end

9 - блок вычисления глубины местоположения начала газовой пелены;9 - block calculating the depth of the location of the beginning of the gas sheet;

10 - блок отображения и управления.10 - display and control unit.

11 - блок измерения скорости звука.11 - unit for measuring the speed of sound.

Антенна 1 соединена двусторонней связью с коммутатор приема передачи 2 и через систему 4 формирования статического веера характеристик направленности соединена с процессором 5 многоканальной системы обработки эхосигналов, каждый канал из К каналов которого состоит из последовательно соединенных, блока 6 выбора порога обнаружения, блока 7 измерения времени начала Тмин эхосигнала и времени окончания эхосигнала Тмакс, блока 8 выбора канала с временем Тмакс и соответствующим ему временем Тмин и вычисления Днач и Доконч, с первым входом блока 9 вычисления глубины местоположения начала газовой пелены, через двухсторонний вход блока 10 отображения и управления со входом задающего генератора 3 и далее со входом коммутатора 2 приема передачи. Измеритель скорости звука 11 соединен со вторым входом процессора 5 многоканальной системы обработки эхосигналов.Antenna 1 is connected by two-way communication with the transmission reception switch 2 and, through the system 4 of forming a static fan of directivity characteristics, is connected to the processor 5 of the multi-channel echo signal processing system, each channel of the K channels of which consists of series-connected detection block 6, selection block 6, start time measurement unit 7 T min of the echo signal and the end time of the echo signal T max , block 8 channel selection with time T max and the corresponding time T min and the calculation of D start and D end , with the first input b Lock 9 calculating the depth of the location of the beginning of the gas cover, through the two-way input of the display and control unit 10 with the input of the master oscillator 3 and then with the input of the transmission reception switch 2. The sound velocity meter 11 is connected to the second input of the processor 5 of the multi-channel echo signal processing system.

Антенна, коммутатор приема и передачи, задающий генератор являются известными устройствами и используются при разработке гидролокаторов. А.С. Колчеданцев. Гидроакустические станции. Л.: Судостроение, 1982 г., с.60-90. Система формирования статического веера характеристик направленности является известным устройством, который может быть сформирован как аналоговыми, так и цифровыми методами, например таким, как изложены в Справочнике по гидроакустике. Л.: Судостроение, 1988 г., с.18-29.Antenna, transmit and receive switch, master oscillator are known devices and are used in the development of sonars. A.S. Kolchadantsev. Hydroacoustic stations. L .: Shipbuilding, 1982, p. 60-90. The system for forming a static fan of directional characteristics is a known device that can be formed by both analog and digital methods, for example, such as those described in the Reference book for hydroacoustics. L .: Shipbuilding, 1988, p. 18-29.

В настоящее время вся гидроакустическая аппаратура делается с использованием цифровых методов обработки и реализуется на спецпроцессорах или персональных компьютерах с соответствующим программным обеспечением, имеющимся в наличии или специально разработанным на основе стандартных методов программирования.Currently, all sonar equipment is made using digital processing methods and is implemented on special processors or personal computers with appropriate software available or specially developed based on standard programming methods.

Цифровые процессоры являются известными устройствами, которые предназначены для осуществления конкретных алгоритмов обработки с использованием аппаратных решений и жесткой логикой вычислений. Их применение повышает быстродействие цифровых вычислительных систем в несколько раз, и в большинстве случаев сокращает аппаратные затраты. Описания спецпроцессоров приведены в книге Корякин Ю.А., Смирнов С.А., Яковлев Г.В. Корабельная гидроакустическая техника. СПб.: Наука, 2004 г., с.281. Там же приведено описание гидроакустических комплексов и гидролокаторов, построенных на основе спецпроцессоров с.296, с.328.Digital processors are well-known devices that are designed to implement specific processing algorithms using hardware solutions and strict computational logic. Their use increases the speed of digital computing systems several times, and in most cases reduces hardware costs. Descriptions of special processors are given in the book Koryakin Yu.A., Smirnov S.A., Yakovlev G.V. Ship sonar equipment. St. Petersburg: Nauka, 2004, p. 281. There is also a description of sonar systems and sonars built on the basis of special processors p.296, p.328.

Вопросы, связанные с цифровой обработкой сигналов, вопросы модуляции и демодуляции, спектральный анализ, а также использование пакетов расширения «Матлаб», которые обеспечивают последовательную процедуру использования разрабатываемых алгоритмов, рассмотрены в пособии А.Б. Сергиенко. Цифровая обработка сигналов. СПб., 2011 г., с.655. Измеритель скорости звука является известным устройством Комляков В.А. Корабельные средства измерения скорости звука и моделирование акустических полей в океане. СПб.: Наука 2003 г.Issues related to digital signal processing, modulation and demodulation issues, spectral analysis, as well as the use of Matlab extension packages, which provide a consistent procedure for using the developed algorithms, are considered in A.B. Sergienko. Digital signal processing. SPb., 2011, p. 655. The sound velocity meter is a known device V. Komlyakov Shipborne means of measuring the speed of sound and modeling of acoustic fields in the ocean. St. Petersburg: Science 2003

Измерение глубины местоположения начала образования газовой пелены производится следующим образом.The measurement of the depth of the location of the beginning of the formation of a gas sheet is as follows.

Блоком управления и отображения 10 формируется команда на излучение, которая передается в блок 3 задающего генератора. Задающий генератор формирует зондирующий сигнал нужной длительности, на нужной частоте и необходимой мощности. Этот сигнал передается через коммутатор 2 приема-передачи на антенну 1 и излучается в водное пространство. Принятый антенной 1 эхосигнал через коммутатор приема-передачи 2 поступает в систему формирования статического веера характеристик направленности, где осуществляется формирование характеристик направленности необходимой ширины в горизонтальной плоскости и в вертикальной плоскости. Выход системы 4 соединен с первым входом процессора 5 многоканальной системы обработки эхосигналов, которая представляет собой систему обнаружения и измерения, число каналов которой равно числу характеристик направленности. В каждом канале существует блок 6 выбора порога и блок 7 измерения времени начала эхосигнала Тмин в канале и времени окончания эхосигнала Тмакс. The control and display unit 10 generates a radiation command, which is transmitted to block 3 of the master oscillator. The master oscillator generates a probe signal of the desired duration, at the desired frequency and the required power. This signal is transmitted through the receive-transmit switch 2 to the antenna 1 and is radiated into the water. The echo signal received by antenna 1 through the receive-transmit switch 2 enters the system for generating a static fan of directivity characteristics, where the directivity characteristics of the required width are formed in the horizontal plane and in the vertical plane. The output of the system 4 is connected to the first input of the processor 5 of the multichannel echo processing system, which is a detection and measurement system, the number of channels of which is equal to the number of directivity characteristics. In each channel, there is a threshold selection unit 6 and an echo signal start time measurement unit T min in the channel and an echo end time T max.

В блоке 7 определяется превышение амплитуды эхосигнала над выбранным в блоке 6 порогом, измеряется амплитуда эхосигнала и временное положение Тмин начала эхосигнала и Тмакс времени окончания эхосигнала.In block 7, the excess of the echo amplitude over the threshold selected in block 6 is determined, the amplitude of the echo signal and the temporary position T min of the beginning of the echo signal and T max time of the end of the echo signal are measured.

Измеренные в блоке 7 времена по всем К - независимым каналам вместе с номерами каналов поступают в блок 8 выбора канала с максимальным временем окончания эхосигнала Тмакс и соответствующим ему Тмин минимальным временем начала эхосигнала. По измеренным Тмакс и Тмин вычисляются оценки дистанции Днач и Дконеч с использованием измеренной оценки скорости звука блоком 11. Полученные оценки дистанций поступают в блок 9 вычисления глубины местоположения начала газовой пелены, где происходит вычисление глубины разработанным алгоритмом по приведенной формуле. Оценка глубины поступает в блок 10 отображения и управления и отображается на индикаторе или дисплее. Одновременно на индикатор выводится отображение в координатах пространственный канал - время процессов по всем каналам, и оператор может убедиться в правильности выбранного канала и правильности измерения времен, а также, если необходимо, провести корректировку измерений на основе опыта работы.The times measured in block 7 for all K - independent channels, together with the channel numbers, enter block 8 of the channel selection with the maximum echo end time T max and the corresponding T min minimum echo start time. Based on the measured T max and T min, the distance estimates of D beginning and D end are calculated using the measured estimate of the speed of sound by block 11. The resulting distance estimates are sent to block 9 for calculating the depth of the location of the beginning of the gas sheet, where the depth is calculated by the developed algorithm according to the above formula. The depth estimate is supplied to the display and control unit 10 and is displayed on an indicator or display. At the same time, the indicator displays the spatial channel in coordinates — the time of the processes for all channels, and the operator can verify the correctness of the selected channel and the correct measurement of times, as well as, if necessary, make measurements based on work experience.

Таким образом, предложенный способ позволяет обнаружить пелену газовой течи и измерить глубину места образования газовой пелены гидроакустическими средствами на больших дистанциях, поэтому можно считать заявленный технический результат достигнутым.Thus, the proposed method allows to detect the veil of a gas leak and measure the depth of the place of formation of the gas veil by hydroacoustic means at long distances, therefore, we can consider the claimed technical result achieved.

Claims (1)

Способ измерения глубины объекта гидролокатором, содержащий излучение зондирующего сигнала, прием эхосигнала и измерение дистанции, дополнительно введены новые признаки, а именно прием эхосигналов производят статическим веером характеристик направленности в горизонтальной плоскости, имеющих направленность в вертикальной плоскости порядка 40°, производят многоканальную обработку по всем характеристикам направленности, выбирают порог в каждом канале, обнаруживают эхосигнал, превысивший порог в каждом канале, измеряют времена начала Tмин и времена окончания эхосигнала Tмакс в каждом пространственном канале, выбирают канал, имеющий максимальное время задержки окончания эхосигнала Тмакс и соответствующее этому каналу минимальное время задержки начала эхосигнала Tмин, вычисляют дистанцию Днач=Tмин0,5С, вычисляют дистанцию по окончании эхосигнала Доконч=Tмакс0,5С, а глубину местоположения начала эхосигнала определяют по формуле H = Д о к о н ч . 2 Д н а ч . 2
Figure 00000008
, где
Н - глубина местоположения начала газовой пелены;
Доконч - дистанция, соответствующая максимальному времени окончания эхосигнала или выхода газовой пелены из трубы;
Днач - дистанция, соответствующая минимальному времени начала эхосигнала или выхода газовой пелены на поверхность;
C - скорость распространения звука в районе работы.
A method for measuring the depth of an object with a sonar, containing radiation from a sounding signal, receiving an echo signal and measuring a distance, additionally introduced new features, namely, the echo signals are produced by a static fan of directivity in the horizontal plane, having a directivity in the vertical plane of about 40 °, multi-channel processing is performed according to all characteristics directivity, select a threshold in each channel, detect an echo signal that exceeds the threshold in each channel, measure the start times And times T min T max closure echo in each spatial channel, select the channel having a maximum delay time T max closure echo and the corresponding channel minimum delay echo start T min is calculated nach distance D = T min 0.5C, calculated by the distance end of the Finishing echo D = T max 0.5 C and a depth echo start position is determined by the formula H = D about to about n h . 2 - D n but h . 2
Figure 00000008
where
H is the depth of the location of the beginning of the gas sheet;
D is over - the distance corresponding to the maximum closure time of the echo signal or output from the shroud gas tube;
D beg - the distance corresponding to the minimum time of the beginning of the echo signal or exit of the gas sheet to the surface;
C is the speed of sound propagation in the area of work.
RU2013107379/28A 2013-02-19 2013-02-19 Method of measuring depth of object using sonar RU2527136C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2013107379/28A RU2527136C1 (en) 2013-02-19 2013-02-19 Method of measuring depth of object using sonar

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2013107379/28A RU2527136C1 (en) 2013-02-19 2013-02-19 Method of measuring depth of object using sonar

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2527136C1 true RU2527136C1 (en) 2014-08-27
RU2013107379A RU2013107379A (en) 2014-08-27

Family

ID=51455969

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2013107379/28A RU2527136C1 (en) 2013-02-19 2013-02-19 Method of measuring depth of object using sonar

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2527136C1 (en)

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2590932C1 (en) * 2015-04-27 2016-07-10 Акционерное Общество "Концерн "Океанприбор" Hydroacoustic method of measuring depth of immersion of fixed object
RU2625041C1 (en) * 2016-06-01 2017-07-11 Акционерное Общество "Концерн "Океанприбор" Method for measuring object immersion depth
RU2631228C1 (en) * 2016-10-28 2017-09-19 Акционерное Общество "Концерн "Океанприбор" Method of measuring parameters of outflow gas from pipe of underwater gas pipeline by hydrolocator
CN108513617A (en) * 2017-03-16 2018-09-07 深圳市大疆创新科技有限公司 Distance measuring sensor and plant protection drone with distance measuring sensor
CN109814110A (en) * 2019-02-21 2019-05-28 哈尔滨工程大学 The method of structuring the formation of deep-sea Long baselines positioning formation topological structure
RU2789811C1 (en) * 2022-05-16 2023-02-10 Акционерное Общество "Концерн "Океанприбор" Method for measuring the depth of immersion of an object

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5416724A (en) * 1992-10-09 1995-05-16 Rensselaer Polytechnic Institute Detection of leaks in pipelines
RU2096807C1 (en) * 1994-02-01 1997-11-20 Сергей Алексеевич Бахарев Method of forming the directed radiation of low-frequency signals
RU2193724C1 (en) * 2001-03-05 2002-11-27 Андреасян Игорь Генрихович Stationary sonar system for monitoring deep- water pipe line
RU2196931C2 (en) * 2001-01-25 2003-01-20 Дальневосточный государственный технический университет Method of detection of break in underwater pipe line
RU2461845C1 (en) * 2011-04-28 2012-09-20 Российская Федерация, От Имени Которой Выступает Министерство Промышленности И Торговли Российской Федерации Hydroacoustic system for imaging underwater space
RU2463203C2 (en) * 2010-12-28 2012-10-10 Российская Федерация, От Имени Которой Выступает Министерство Промышленности И Торговли Российской Федерации Towed underwater vehicle equipped with hydroacoustic equipment for sludged objects and pipelines
RU2472178C1 (en) * 2011-08-11 2013-01-10 Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство промышленности и торговли Российской Федерации (Минпромторг) Method and device for determining position of underwater pipeline

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5416724A (en) * 1992-10-09 1995-05-16 Rensselaer Polytechnic Institute Detection of leaks in pipelines
RU2096807C1 (en) * 1994-02-01 1997-11-20 Сергей Алексеевич Бахарев Method of forming the directed radiation of low-frequency signals
RU2196931C2 (en) * 2001-01-25 2003-01-20 Дальневосточный государственный технический университет Method of detection of break in underwater pipe line
RU2193724C1 (en) * 2001-03-05 2002-11-27 Андреасян Игорь Генрихович Stationary sonar system for monitoring deep- water pipe line
RU2463203C2 (en) * 2010-12-28 2012-10-10 Российская Федерация, От Имени Которой Выступает Министерство Промышленности И Торговли Российской Федерации Towed underwater vehicle equipped with hydroacoustic equipment for sludged objects and pipelines
RU2461845C1 (en) * 2011-04-28 2012-09-20 Российская Федерация, От Имени Которой Выступает Министерство Промышленности И Торговли Российской Федерации Hydroacoustic system for imaging underwater space
RU2472178C1 (en) * 2011-08-11 2013-01-10 Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство промышленности и торговли Российской Федерации (Минпромторг) Method and device for determining position of underwater pipeline

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2590932C1 (en) * 2015-04-27 2016-07-10 Акционерное Общество "Концерн "Океанприбор" Hydroacoustic method of measuring depth of immersion of fixed object
RU2625041C1 (en) * 2016-06-01 2017-07-11 Акционерное Общество "Концерн "Океанприбор" Method for measuring object immersion depth
RU2631228C1 (en) * 2016-10-28 2017-09-19 Акционерное Общество "Концерн "Океанприбор" Method of measuring parameters of outflow gas from pipe of underwater gas pipeline by hydrolocator
CN108513617A (en) * 2017-03-16 2018-09-07 深圳市大疆创新科技有限公司 Distance measuring sensor and plant protection drone with distance measuring sensor
CN109814110A (en) * 2019-02-21 2019-05-28 哈尔滨工程大学 The method of structuring the formation of deep-sea Long baselines positioning formation topological structure
RU2789811C1 (en) * 2022-05-16 2023-02-10 Акционерное Общество "Концерн "Океанприбор" Method for measuring the depth of immersion of an object
RU2803528C1 (en) * 2022-11-23 2023-09-14 Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство промышленности и торговли Российской Федерации (Минпромторг) Method for obtaining information about an underwater noise emitting object
RU2810693C1 (en) * 2023-05-15 2023-12-28 Акционерное Общество "Концерн "Океанприбор" Method for determining vertical angle of underwater object

Also Published As

Publication number Publication date
RU2013107379A (en) 2014-08-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2527136C1 (en) Method of measuring depth of object using sonar
RU2634787C1 (en) Method of detecting local object against background of distributed interference
Hui et al. Underwater acoustic channel
RU2343502C2 (en) Method and system of positional analysis of object under observation by depth in aqueous medium
CN108931777A (en) The measurement method of cold seepage output gas migration flux
RU2451300C1 (en) Hydroacoustic navigation system
RU132571U1 (en) HYDRAULIC DETECTION OF LOCATION OF THE SOURCE OF THE GAS LEAKAGE OF THE UNDERWATER GAS PIPELINE
RU2548596C1 (en) Method of determining iceberg submersion
RU2541435C1 (en) Method of determining iceberg immersion
RU2581416C1 (en) Method of measuring sound speed
KR100979286B1 (en) Apparatus and method for detecting distance and orientation between objects under water
RU153808U1 (en) PARAMETRIC ECHO DEDOMETER
Wan et al. Simulation and prototype testing of a low-cost ultrasonic distance measurement device in underwater
RU2510608C1 (en) Method of measuring thickness of ice from underwater vehicle
RU117018U1 (en) NAVIGATING HYDROACOUSTIC STATION
RU2590932C1 (en) Hydroacoustic method of measuring depth of immersion of fixed object
RU2521717C1 (en) Method of passive acoustic monitoring of demersal gas-liquid flows
RU2545065C2 (en) Method to measure acoustic speed in water
RU2660292C1 (en) Method for determining object immersion depth
RU2631228C1 (en) Method of measuring parameters of outflow gas from pipe of underwater gas pipeline by hydrolocator
RU2559311C1 (en) Assessment method of state of ice field
RU2515125C1 (en) Method of determining sound speed
Yang et al. Application of sonar equation in the design of ocean instruments
CN106680824A (en) Autonomous target passive positioning method for underwater vehicle based on vertical maneuver
RU2625716C1 (en) Method of measuring sound on route

Legal Events

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

Effective date: 20160220