RU2555204C1 - Method of measuring bottom coordinates with multi-beam echo sounder - Google Patents
Method of measuring bottom coordinates with multi-beam echo sounder Download PDFInfo
- Publication number
- RU2555204C1 RU2555204C1 RU2014102179/28A RU2014102179A RU2555204C1 RU 2555204 C1 RU2555204 C1 RU 2555204C1 RU 2014102179/28 A RU2014102179/28 A RU 2014102179/28A RU 2014102179 A RU2014102179 A RU 2014102179A RU 2555204 C1 RU2555204 C1 RU 2555204C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- depth
- measuring
- sound
- echo
- speed
- Prior art date
Links
Landscapes
- Measurement Of Velocity Or Position Using Acoustic Or Ultrasonic Waves (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области гидроакустики и предназначено для использования в многолучевых эхолотах (МЛЭ) для измерения координат отражающего объекта и определения рельефа дна.The invention relates to the field of hydroacoustics and is intended for use in multipath echo sounders (MBE) for measuring the coordinates of a reflecting object and determining the topography of the bottom.
Для измерения глубины места под движущимся судном используют промерные эхолоты. Промерные эхолоты подразделяются на однолучевые, которые измеряют глубину места непосредственно под судном, и многолучевые, которые предназначены для измерения глубины не только под судном, но и на значительных расстояниях от него.To measure the depth of the place under a moving vessel, surveying echo sounders are used. Measurement echo sounders are divided into single-beam, which measure the depth of the place immediately below the ship, and multi-beam, which are designed to measure depth not only under the ship, but also at considerable distances from it.
Достаточно подробно принципы работы многолучевого эхолота рассмотрены в отечественной литературе А.В. Богородский, Д.Б. Островский «Гидроакустические навигационные и поисково-обследовательские средства». СПб., 2009 г. Изд. ЛЭТИ с.116-122, а также Ю.Л. Корякин, С.Л. Смирнов, Г.В. Яковлев «Корабельная гидроакустическая техника» СПб., «Наука», 2004 г., с.320-327.In sufficient detail, the principles of operation of a multi-beam echo sounder are considered in the domestic literature by A.V. Bogorodsky, D.B. Ostrovsky "Hydroacoustic navigation and search and survey means." SPb., 2009. Ed. LETI p. 116-122, as well as Yu.L. Koryakin, S.L. Smirnov, G.V. Yakovlev “Ship hydroacoustic equipment” St. Petersburg, “Science”, 2004, p.320-327.
Поскольку морская среда по своим гидрофизическим характеристикам имеет существенную вертикальную изменчивость, переменную в пространстве и во времени, то для определения глубин с требуемой точностью необходимо достоверно знать вертикальное распределение скорости звука на всей обследуемой акватории. Однако постоянный мониторинг распределения скорости звука по глубине в процессе съемки является весьма затратным. Применяя многолучевой эхолот в существенно изменчивой среде, следует учитывать наличие эффекта рефракции наклонных лучей, что приводит к появлению параллакса, когда определяемое по прямой положение отражающей точки отличается от истинного. Ошибка для каждого наклонного луча может оказаться существенной. В результате наблюдаемый профиль дна будет искажен относительно реального. Этот эффект тем больше, чем шире угловой сектор обзора МЛЭ и больше полоса обзора. С учетом эффекта параллакса для получения достоверных картографических материалов планирование галсов проводится таким образом, чтобы обеспечить значительную площадь перекрытия промерных полос. В этом случае участок рельефа дна дважды обследуется МЛЭ для увеличения плотности точек промера. Избыточность данных съемки МЛЭ обеспечивает возможность построения обоснованной трехмерной цифровой модели рельефа (ЦМР) дна, когда с помощью специальных алгоритмов при камеральной обработке осуществляется устранение эффекта параллакса.Since the marine environment in its hydrophysical characteristics has significant vertical variability, variable in space and time, in order to determine the depths with the required accuracy, it is necessary to reliably know the vertical distribution of the speed of sound throughout the surveyed water area. However, constant monitoring of the distribution of sound speed over depth during the shooting process is very expensive. When using a multi-beam echo sounder in a substantially variable environment, the presence of the effect of refraction of inclined rays should be taken into account, which leads to the appearance of parallax, when the direct position of the reflecting point is different from the true one. The error for each oblique beam can be significant. As a result, the observed bottom profile will be distorted relative to the real one. This effect is greater, the wider the angular sector of the MBE and the wider the field of view. Taking into account the parallax effect for obtaining reliable cartographic materials, tack planning is carried out in such a way as to provide a significant overlap area of the measurement strips. In this case, the bottom topography is examined twice by MBE to increase the density of measuring points. The redundancy of the MBE survey data provides the opportunity to build a reasonable three-dimensional digital elevation model (DEM) of the bottom when, using special algorithms during desk processing, the parallax effect is eliminated.
Подробно методика съемки и способы последующей обработки материалов съемки изложены в книге: Фирсов Ю.Г. Основы гидроакустики и использования гидрографических сонаров. - СПб.: Нестор-История, 2010, и в руководящем документе: Правила гидрографической службы №4. Съемка рельефа дна. Часть 2. Методы и требования. МО СССР. ГУНиО. - М., 1984.The shooting technique and methods for the subsequent processing of shooting materials are described in detail in the book: Firsov Yu.G. Fundamentals of hydroacoustics and the use of hydrographic sonars. - SPb .: Nestor-Istoriya, 2010, and in the guidance document: Rules of the hydrographic service No. 4. Shooting the bottom topography. Part 2. Methods and requirements. USSR Ministry of Defense. GUNiO. - M., 1984.
Таким образом, существующая методическая база допускает применение МЛЭ для проведения гидрографических работ, однако, в силу естественных причин, не позволяет при одном проходе получить равноточный материал в пределах всей полосы обзора, которую дает многолучевой эхолот. Отсюда остается потенциальная возможность существенно повысить производительность промерных работ, если добиться достоверности данных съемки МЛЭ по всей промерной полосе на одном галсе.Thus, the existing methodological base allows the use of MBE for hydrographic work, however, due to natural reasons, it does not allow to obtain uniform material with one pass within the entire field of view, which gives a multi-beam echo sounder. This leaves the potential to significantly increase the performance of surveying, if we achieve the reliability of the MBE survey data for the entire survey strip on one tack.
В силу отмеченных обстоятельств, для обеспечения производительной и качественной съемки рельефа дна с помощью многолучевого эхолота практический интерес представляет поиск способа уменьшения методической ошибки, возникающей при рефракции лучей, в условиях, когда вертикальное распределение скорости звука в акватории съемки остается неизвестным.Due to the circumstances noted, in order to ensure a productive and high-quality survey of the bottom topography using a multi-beam echo sounder, it is of practical interest to find a way to reduce the methodological error that occurs when refracting rays under conditions where the vertical distribution of the speed of sound in the shooting area remains unknown.
Известен многолучевой эхолот, выполненный в соответствии с патентом РФ №126146 на полезную модель, который содержит антенну с генератором, приемную систему с системой формирования характеристик направленности, последовательно соединенную с процессором обработки, блок выделения характеристик направленности, блок выбора угла наклона первой характеристики направленности, блок выбора угла наклона второй характеристики направленности, блоки измерения времени прихода сигнала по характеристикам направленности, блок вычисления отношения времен прихода, блок вычисления функции, блок перебора оценок скоростей звука. Это техническое решение позволяет использовать стандартную разработанную аппаратуру многолучевого эхолота и с помощью дополнительной программы определять скорость звука на глубине с достаточной достоверностью, что позволит повысить точность оценки глубины многолучевого эхолота. Однако следует учитывать, что морская среда по своим гидрофизическим характеристикам имеет существенную вертикальную изменчивость в пространстве и во времени. Наличие эффекта рефракции наклонных лучей приводит к появлению параллакса, когда определяемое в результате промеров положение отражающей точки по прямой линии искажается от истинного положения. Этот эффект тем больше, чем шире угловой сектор обзора МЛЭ и больше полоса обзора.Known multi-beam echo sounder, made in accordance with the patent of Russian Federation No. 126146 for a utility model, which contains an antenna with a generator, a receiving system with a system for forming directivity characteristics, connected in series with a processing processor, a unit for selecting directivity characteristics, a block for selecting the angle of inclination of the first directivity characteristic, block the choice of the angle of inclination of the second directivity characteristic, blocks of measuring the time of arrival of the signal according to the directivity characteristics, the ratio calculation unit Yemen joining unit calculating function unit busting sound velocity estimates. This technical solution allows you to use the standard developed equipment of the multipath echo sounder and using an additional program to determine the speed of sound at depth with sufficient reliability, which will improve the accuracy of estimating the depth of the multipath echo sounder. However, it should be borne in mind that the marine environment in its hydrophysical characteristics has significant vertical variability in space and time. The presence of the effect of refraction of oblique rays leads to the appearance of parallax, when the position of the reflecting point determined as a result of measurements in a straight line is distorted from the true position. This effect is greater, the wider the angular sector of the MBE and the wider the field of view.
Поэтому недостатком рассматриваемого МЛЭ, взятого нами за прототип, является то, что он не позволяет в полной мере использовать предельные возможности многолучевого эхолота для определения реального профиля дна на одном галсе по всей ширине полосы обзора.Therefore, the disadvantage of the MBE under consideration, taken by us as a prototype, is that it does not allow to fully utilize the ultimate capabilities of the multi-beam echo sounder to determine the real bottom profile on one tack along the entire width of the field of view.
Целью настоящего изобретения является повышение предельной возможности достоверной оценки глубины на одном галсе по всей ширине полосы обзора, которую дает многолучевой эхолот, путем исключения влияния параллакса, возникающего в силу незнания скорости звука по всей глубине океана.The aim of the present invention is to increase the limit of the possibility of a reliable estimate of the depth on one tack along the entire width of the field of view, which gives a multi-beam echo sounder, by eliminating the influence of parallax, which occurs due to ignorance of the speed of sound throughout the depths of the ocean.
Способ-прототип содержит следующие операции: излучение зондирующего сигнала, прием отраженных сигналов статическим веером вертикальных характеристик направленности, прием сигнала первой характеристикой направленности, измерение угла наклона первой характеристики направленности, измерение времени прихода эхосигнала по первой характеристике направленности, прием эхосигнала по второй характеристике направленности, определение угла наклона характеристики направленности, измерение времени прихода эхосигнала по второй характеристике направленности, вычисление отношения времен принятых эхосигналов двумя характеристиками, измерение скорости звука на глубине приема, вычисление функции и вычисление оценки скорости звука, которая наиболее близка вычисленной функции.The prototype method contains the following operations: emitting a sounding signal, receiving reflected signals with a static fan of vertical directivity characteristics, receiving a signal with a first directivity characteristic, measuring the angle of inclination of a first directivity characteristic, measuring the time of arrival of an echo signal with a first directivity characteristic, receiving an echo signal with a second directivity characteristic, determining angle of directional characteristic, measurement of the time of arrival of an echo signal according to the second characteristic directionality, calculating the ratio of the times of the received echo signals by two characteristics, measuring the speed of sound at the receiving depth, calculating the function and calculating the estimate of the speed of sound that is closest to the calculated function.
Поэтому недостатком рассматриваемого МЛЭ, взятого нами за прототип, является то, что он не позволяет в полной мере использовать предельные возможности измерения профиля дна по ширине полосы обзора, которую дает многолучевой эхолот.Therefore, the disadvantage of the MBE under consideration, taken by us as a prototype, is that it does not allow to fully utilize the extreme capabilities of measuring the bottom profile along the width of the viewing band, which gives a multi-beam echo sounder.
Целью настоящего изобретения является получение способа определения координат отражающего объекта на дне и рельефа дна на всей полосе обзора многолучевого эхолота в процессе одного промерного галса без необходимости проводить измерение разреза скорости звука по всей рабочей глубине.The aim of the present invention is to provide a method for determining the coordinates of a reflecting object at the bottom and the bottom topography over the entire field of view of a multi-beam echo sounder in the course of a single tack without the need to measure the section of sound velocity over the entire working depth.
Указанный недостаток устраняется тем, что в способ, содержащий излучение зондирующего сигнала, прием эхосигналов статическим веером вертикальных характеристик направленности, измерение скорости звука на глубине приема, введены новые признаки, а именно определяется характеристика направленности, имеющая нулевой угол наклона α0, измеряется время распространения эхосигнала до дна и обратно Тверт, измеряют скорость звука на глубине приема C0, определяют глубину места под килем Hk=0,5С0Тверт, находят среднее значение градиента изменения скорости звука по глубине g из формулы с использованием метода численной итерацииThis drawback is eliminated by the fact that in a method comprising emitting a sounding signal, receiving echo signals with a static fan of vertical directivity characteristics, measuring the speed of sound at a receiving depth, new features are introduced, namely, a directivity characteristic having a zero slope angle α 0 is determined, and the propagation time of the echo signal is measured to the bottom and back T vert , measure the speed of sound at the receiving depth C 0 , determine the depth under the keel H k = 0,5С 0 T vert , find the average value of the gradient of change i is the speed of sound in depth g from a formula using the method of numerical iteration
измеряют время распространения эхосигнала по каждому из наклонных лучей Ti накл. с углом наклона αi, определяют глубину Hi для выбранной характеристики направленности с углом αi из формулы методом численной итерацииmeasure the propagation time of the echo along each of the inclined rays T i incl. with an inclination angle α i , determine the depth H i for the selected directivity with angle α i from the formula by numerical iteration
определяют горизонтальное расстояние от приемника отражающего участка дна для выбранной характеристики направленности по формулеdetermine the horizontal distance from the receiver of the reflecting section of the bottom for the selected directivity characteristics by the formula
отображают на графике координаты снятой точки на дне Hi и Di.display on the graph the coordinates of the captured point at the bottom of H i and D i .
Существо изобретения можно пояснить на следующем изложении.The invention can be explained in the following statement.
Времена распространения отраженного сигнала по каждому i-му лучу Ti являются функцией таких параметров, как глубина H, углы приемных лучей в вертикальной плоскости αi и зависимость скорости звука от глубины С(H)Ti=F[H,С(H),αi]. В этом уравнении имеются два неизвестных: параметр - глубина H и функция скорости звука от глубины C(H).The propagation times of the reflected signal for each i-th beam T i are a function of such parameters as depth H, angles of the receiving rays in the vertical plane α i and the dependence of the speed of sound on depth C (H) T i = F [H, C (H) , α i ]. There are two unknowns in this equation: the parameter is the depth H and the function of the speed of sound as a function of depth C (H).
В первом представлении задача определения глубины, когда известны параметры сигнала по множеству лучей, но не известно вертикальное распределение скорости звука, относится к не полностью определенным задачам. Это обусловлено, в частности, тем, что вертикальное распределение скорости звука является непрерывной функцией глубины, а многолучевой эхолот производит конечное (равное числу лучей) число измерений временных задержек.In the first representation, the problem of determining the depth, when the signal parameters are known over many beams, but the vertical distribution of the speed of sound is not known, refers to incompletely defined problems. This is due, in particular, to the fact that the vertical distribution of the speed of sound is a continuous function of depth, and the multipath echo sounder produces a finite (equal to the number of rays) number of measurements of time delays.
Рассмотрим возможность решения задачи определения глубины, минуя процедуру поиска истинного профиля скорости звука. Для этого допустимо предположить, что наблюдаемое время распространения сигнала по лучу с известным углом приема сигнала и для известной глубины может быть получено не только в существующих гидрофизических условиях. Другими словами, всегда найдется иное, отличное от реального, распределение скорости звука по глубине, которое даст аналогичные параметры принимаемого сигнала при той же глубине места. Допустим, что решение задачи можно найти, формально заменив реальный профиль скорости звука некоторой виртуальной функцией, вид которой задается значением одного какого-то регулирующего параметра ζ. Тогда существует такое значение переменной ζ, при котором для наблюдаемого времени распространения отраженного сигнала по каждому i-му лучу можно записать функцию вида Ti=F[H,Ф(ζ,Н),αi], где Ф(ζ,H) - виртуальная функция вида зависимости скорости звука от глубины Н. В этом уравнении остаются два неизвестных - искомая глубина Н и параметр ζ.Consider the possibility of solving the problem of determining the depth, bypassing the search procedure for the true profile of the speed of sound. For this, it is permissible to assume that the observed propagation time of the signal along the beam with a known signal reception angle and for a known depth can be obtained not only in existing hydrophysical conditions. In other words, there will always be a different, different from real, distribution of the speed of sound in depth, which will give similar parameters of the received signal at the same depth of place. Suppose that a solution to the problem can be found by formally replacing the real profile of the speed of sound with some virtual function, the form of which is determined by the value of one certain regulatory parameter ζ. Then there exists a value of the variable ζ at which, for the observed propagation time of the reflected signal over each ith beam, we can write a function of the form T i = F [H, Ф (ζ, Н), α i ], where Ф (ζ, H) is a virtual function of the form of the dependence of the speed of sound on the depth N. In this equation, two unknowns remain - the desired depth H and the parameter ζ.
Допустим, что в качестве виртуальной функции Ф(ζ,Н) можно использовать линейную зависимостьSuppose that as a virtual function Φ (ζ,)) we can use the linear dependence
где С0 - скорость звука на горизонте наблюдения (горизонте приема-излучения), H - текущая глубина, g - значение градиента скорости звука.where C 0 is the speed of sound at the observation horizon (receive-emission horizon), H is the current depth, g is the value of the speed gradient of sound.
Такая зависимость удобна для решения задачи, т.к. линейное распределение скорости звука задается одним значением градиента скорости звука g. Тогда для решения задачи перейдем к системе уравненийSuch a dependence is convenient for solving the problem, because the linear distribution of the speed of sound is given by a single value of the gradient of the speed of sound g. Then, to solve the problem, we turn to the system of equations
где T1 и Т2 - времена прихода отраженных от дна сигналов многолучевого эхолота по двум лучам с углами соответственно α1 и α2; Н1 и H2 - глубины места в точках пересечения с поверхностью дна первого и второго лучей, соответственно. Значение скорости звука С0 на горизонте приема-излучения эхолота всегда определяется с помощью специального устройства, устанавливаемого на корпусе судна рядом с антеннами многолучевого эхолота.where T 1 and T 2 are the arrival times of the signals of the multi-beam echo sounder reflected from the bottom along two beams with angles α 1 and α 2 , respectively; H 1 and H 2 are the depths of the place at the points of intersection with the bottom surface of the first and second rays, respectively. The value of the speed of sound С 0 on the horizon of the echo-sounding device of the echo sounder is always determined using a special device installed on the ship’s hull near the antennas of the multipath echo sounder.
Очевидно, что возможность решения системы уравнений (2) потребует приведения ее к виду, где явно будут присутствовать два неизвестных параметра. Для этого следует принять, что одно значение глубины известно. Методически верно будет принять, что глубина места, определяемая вертикальным лучом α0, который не подвержен эффекту рефракции, оценивается с минимальной ошибкой. На это указывают принятые методики, например, Правила гидрографической службы №4. Съемка рельефа дна. Часть 2. Методы и требования. МО СССР. ГУНиО. - М., 1984.Obviously, the possibility of solving the system of equations (2) will require bringing it to a form where two unknown parameters will obviously be present. For this, it should be accepted that one depth value is known. It will be methodologically correct to accept that the depth of the spot, determined by the vertical beam α 0 , which is not subject to the effect of refraction, is estimated with a minimum error. This is indicated by accepted methods, for example, Hydrographic Service Rules No. 4. Shooting the bottom topography. Part 2. Methods and requirements. USSR Ministry of Defense. GUNiO. - M., 1984.
На этом основании далее для рассмотрения принципиальной возможности решения задачи примем, что значение глубины под килем известно Hк.On this basis, further to consider the fundamental possibility of solving the problem, we assume that the value of the depth under the keel is known to H to .
Для вертикального распределения скорости звука вида (1) при вертикальной локации время распространения сигнала имеет зависимость видаFor the vertical distribution of the speed of sound of the form (1) with a vertical location, the signal propagation time has a dependence of the form
где Hk=0,5С0Тверт - глубина места под килем.where H k = 0,5С 0 T vert - the depth of the place under the keel.
Время распространения сигнала по наклонному лучу в слое с постоянным градиентом скорости звука можно записать согласно Бреховских Л.М., Лысанова Ю.П. Акустика океана. - В кн.: Физика океана, т.2, М., «Наука», 1978, С.49-145:The propagation time of a signal along an oblique beam in a layer with a constant gradient of sound speed can be written according to Brekhovskikh L.M., Lysanova Yu.P. Acoustics of the ocean. - In the book: Ocean Physics, vol. 2, M., "Science", 1978, S.49-145:
где α и 
Воспользуемся соотношением 
где CH - скорость звука, которая определяет вертикальную координату точки на дне Hк, от которой отразился луч.where C H is the speed of sound, which determines the vertical coordinate of the point at the bottom of H k , from which the beam is reflected.
Для решения поставленной задачи из (3) можно найти градиент скорости звука g. После чего из (5) находим глубину отражающей точки, сигнал от которой пришел по лучу с углом прихода αi за время Ti накл. Для расчета значения глубины, используя (1), перепишем (5) в видеTo solve the problem posed from (3), we can find the sound velocity gradient g. Then from (5) we find the depth of the reflecting point, the signal from which came along the beam with the angle of arrival α i for the time T i incl . To calculate the depth value, using (1), we rewrite (5) in the form
Когда известно значение глубины отражающей точки Hi, определим ее горизонтальную координату Di. Согласно Сташкевич А.П. Акустика моря. Л., «Судостроение» 1966 г. горизонтальное расстояние, пройденное лучом, можно найти из выраженияWhen the depth value of the reflecting point H i is known, we determine its horizontal coordinate D i . According to Stashkevich A.P. Acoustics of the sea. L., “Shipbuilding” 1966. The horizontal distance traveled by the beam can be found from the expression
где CH=C0+gHi, а угол скольжения луча на дне αH можно найти, используя закон Снелиуса [Сташкевич А.П. Акустика моря …]where C H = C 0 + gH i , and the angle of the beam at the bottom α H can be found using the Snelius law [Stashkevich AP Acoustics of the sea ...]
Таким образом, получаем координаты положения точек на дне по каждому лучу: глубины Hi и горизонтального расстояния Di.Thus, we obtain the coordinates of the position of the points on the bottom for each ray: depth H i and horizontal distance D i .
На фиг.1 представлена блок-схема, реализующая предлагаемый способ. Антенна 2 излучения и генератор последовательно соединена с первым выходом системы 3 управления, регистрации и отображения результата, второй выход которой соединен со вторым входом блока 4 системы формирования характеристик направленности. Приемная антенна 1 соединена последовательно с системой 4 формирования характеристики направленности, системой 5 предварительной обработки и спецпроцессором 6, в котором последовательно соединены блок 7 выделения характеристик направленности и измерения времени по каждой характеристике, блок 8 определения глубины для ХН с нулевым углом наклона H0, блок 9 вычисления функции ТвертТнакл, определение глубины по каждой характеристике Hi и определения истинного горизонтального расстояния по каждой характеристике Di. Выход спецпроцессора 6 соединен со входом блока 3 управления, регистрации и отображения, а второй вход спецпроцессора 6 соединен с измерителем скорости звука на глубине приемника.Figure 1 presents a block diagram that implements the proposed method. The radiation antenna 2 and the generator are connected in series with the first output of the control system 3, recording and displaying the result, the second output of which is connected to the second input of the block 4 of the system for forming directivity characteristics. The receiving antenna 1 is connected in series with the directivity characteristic system 4, the pre-processing system 5 and the special processor 6, in which the unit 7 for directing the directivity characteristics and measuring the time for each characteristic, the depth determination unit 8 for XN with zero tilt angle H 0 are connected in series 9 computation function T T vert hooded depth determination for each characteristic H i and determining the true horizontal distance for each characteristic D i. The output of the special processor 6 is connected to the input of the control, registration and display unit 3, and the second input of the special processor 6 is connected to a sound velocity meter at the depth of the receiver.
Схема измерения координат отражающего донного объекта работает следующим образом. Из системы 3 регистрации, управления и отображения результата поступает команда на излучение зондирующего сигнала на антенну 2 излучения и генератор и в блок системы 4 формирования характеристик направленности для обеспечения приема эхосигнала, соответствующего излученному зондирующему сигналу. Приемной антенной 1 принимаются эхосигналы по всей апертуре антенны, и через систему 4 формирования характеристик направленности передаются в систему 5, где производится оптимальная обработка принятых эхосигналов в статическом веере характеристик направленности системы. Система 5 предварительной обработки работает в своем стационарном режиме и одновременно с блоком 6 спецпроцессором. Эти системы являются стандартными гидролокаторов. Достаточно подробно принципы работы гидролокаторов рассмотрены в отечественной литературе, А.В. Богородский, Д.Б. Островский. Гидроакустические навигационные и поисково-обследовательские средства, СПб, 2009 г., Изд. ЛЭТИ, с.116-122, а также Ю.А. Корякин, С.А. Смирнов, Г.В. Яковлев «Корабельная гидроакустическая техника», СПб., «Наука», 2004 г., с.320-327. Спецпроцессоры также являются известными устройствами, которые работают по разработанным программам и жесткой логике управления при поступлении исходной информации.(Ю.А. Корякин, С.А. Смирнов, Г.В. Яковлев «Корабельная гидроакустическая техника», СПб., «Наука», 2004 г., с.281-289).The coordinate measurement scheme of the reflecting bottom object works as follows. From the system 3 of recording, controlling and displaying the result, a command is sent to emit the sounding signal to the radiation antenna 2 and the generator and to the unit of the system 4 for generating directivity characteristics to ensure the reception of an echo signal corresponding to the emitted sounding signal. The receiving antenna 1 receives echo signals over the entire aperture of the antenna, and through system 4 the formation of directional characteristics is transmitted to system 5, where the optimal processing of the received echo signals in a static fan of the directional characteristics of the system is performed. The pre-processing system 5 operates in its stationary mode and simultaneously with the unit 6 by a special processor. These systems are standard sonars. In sufficient detail, the principles of the operation of sonars are considered in the domestic literature, A.V. Bogorodsky, D.B. Ostrovsky. Hydroacoustic navigation and search and survey means, St. Petersburg, 2009, Ed. LETI, p.116-122, as well as Yu.A. Koryakin, S.A. Smirnov, G.V. Yakovlev “Ship hydroacoustic equipment”, St. Petersburg, “Science”, 2004, p.320-327. Special processors are also well-known devices that work according to the developed programs and strict control logic when the initial information arrives. (Yu. A. Koryakin, S. A. Smirnov, G. V. Yakovlev “Shipboard acoustic equipment”, St. Petersburg, “Science” , 2004, p. 281-289).
Для определения параметров координат донного отражателя используется оценка скорости звука, измеренная на глубине погружения приемной антенны. Измерение скорости звука производится в блоке 10 измерения скорости звука на глубине приемника С0. Измеритель скорости звука является известным устройством, который выпускается серийно и широко известен в литературе. (В.А. Комляков «Корабельные средства измерения скорости звука и моделирования акустических полей в океане», СПб., «Наука», 2003 г., стр.50-87).To determine the coordinate parameters of the bottom reflector, an estimate of the speed of sound, measured at the immersion depth of the receiving antenna, is used. The speed of sound is measured in block 10 of measuring the speed of sound at a depth of the receiver With 0 . A sound velocity meter is a known device that is commercially available and is widely known in the literature. (V. A. Komlyakov “Shipborne means of measuring the speed of sound and modeling of acoustic fields in the ocean”, St. Petersburg, “Nauka”, 2003, pp. 50-87).
В блоке 7 по каждой характеристике направленности определяется время прихода эхосигнала от дна. По выбранной характеристике в блоке 8 определяется угол наклона, его значение, время распространения и глубина для характеристики направленности с нулевым углом наклона и передаются в блок 9 вычисления функций. Блок 9 предназначен для вычисления функции ТвертТнакл и определения глубины по каждой характеристике Hi и определения истинного горизонтального расстояния по каждой характеристике Di. Вычисление функций производится по программам, содержащим известные стандартные процедуры с использованием последовательных численных итераций, которые обеспечивают минимальную ошибку между измеренной величиной и результатами вычислений. Все вычислительные операции производятся в спецпроцессоре 3 с использованием стандартных процедур и разработанного программного обеспечения и могут быть выполнены в тех же спецпроцессорах, на которых реализуется работа любого гидролокатора. Вычисленные оценки координаты Н и D, принадлежащие донному отражателю, передаются в блок 3 для отображения на индикаторе и вывода результата.In block 7, for each directivity characteristic, the time of arrival of the echo signal from the bottom is determined. According to the selected characteristic in block 8, the angle of inclination, its value, propagation time and depth for the directivity with zero angle of inclination are determined and transferred to block 9 for calculating the functions. The block 9 for calculating the function T T vert hooded and determine the depth of each characteristic H i and determining the true horizontal distance for each characteristic D i. The functions are calculated using programs containing well-known standard procedures using sequential numerical iterations that provide the minimum error between the measured value and the calculation results. All computational operations are performed in special processor 3 using standard procedures and developed software and can be performed in the same special processors on which the operation of any sonar is implemented. The calculated estimates of the coordinates H and D belonging to the bottom reflector are transmitted to block 3 for display on the indicator and the output of the result.
Таким образом, практическое внедрение предлагаемого способа определения координат донного отражателя позволяет исключить влияние рефракции лучей, может дать значительный выигрыш по времени. При этом значение методической ошибки может быть снижено существенно за счет отсутствия необходимости измерять разрез скорости звука по всей рабочей глубине.Thus, the practical implementation of the proposed method for determining the coordinates of the bottom reflector eliminates the influence of refraction of rays, can give a significant gain in time. Moreover, the value of the methodological error can be significantly reduced due to the lack of the need to measure the section of the speed of sound throughout the entire working depth.
Claims (1)
с использованием метода численной итерации, измеряют время распространения эхосигнала по каждому из наклонных лучей Tiнакл с углом наклона αi, определяют глубину Hi для выбранной характеристики направленности с углом αi из формулы
методом численной итерации, определяют горизонтальное расстояние от приемника до отражающего участка дна для выбранной характеристики направленности по формуле
отображают на графике координаты снятой точки на дне Hi и Di. A method for measuring the coordinates of the bottom of a multi-beam echo sounder, comprising emitting a probing signal, receiving echo signals with a static fan of vertical directivity with different angles of inclination, measuring the speed of sound at a depth of reception, characterized in that they determine a vertical directivity with zero tilt angle α 0 , measure it the propagation time of the echo signal to the bottom and back T vert , measure the speed of sound at the receiving depth C 0 , determine the depth under the keel H k = 0,5С 0 T vert , finding t is the average value of the gradient of sound velocity over depth g from the formula
using the method of numerical iteration, measure the propagation time of the echo signal for each of the inclined rays T i the slope with the angle of inclination α i , determine the depth H i for the selected directivity with the angle α i from the formula
by numerical iteration, determine the horizontal distance from the receiver to the reflecting bottom section for the selected directivity characteristics by the formula
display on the graph the coordinates of the captured point at the bottom of H i and D i .
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2014102179/28A RU2555204C1 (en) | 2014-03-25 | 2014-03-25 | Method of measuring bottom coordinates with multi-beam echo sounder |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2014102179/28A RU2555204C1 (en) | 2014-03-25 | 2014-03-25 | Method of measuring bottom coordinates with multi-beam echo sounder |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2555204C1 true RU2555204C1 (en) | 2015-07-10 |
Family
ID=53538320
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2014102179/28A RU2555204C1 (en) | 2014-03-25 | 2014-03-25 | Method of measuring bottom coordinates with multi-beam echo sounder |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2555204C1 (en) |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH04372890A (en) * | 1991-06-24 | 1992-12-25 | Nec Corp | Apparatus for displaying topography of sea bottom |
| 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 |
| RU2466426C1 (en) * | 2011-06-09 | 2012-11-10 | Сергей Петрович Алексеев | Method of reconstructing sea-floor relief when measuring depth using hydroacoustic apparatus |
| RU126146U1 (en) * | 2012-09-26 | 2013-03-20 | Региональный некоммерческий фонд поддержки и развития петербургской науки, культуры и спорта | MULTI-BEAM Echo Sounder |
| RU2480790C1 (en) * | 2011-11-14 | 2013-04-27 | Юрий Николаевич Жуков | Method of determining position of measured depths of sound signals |
| RU2487368C1 (en) * | 2011-12-01 | 2013-07-10 | Открытое акционерное общество "Государственный научно-исследовательский навигационно-гидрографический институт" (ОАО "ГНИНГИ") | Method for stereophotography of bottom topography of water body and apparatus for realising said method |
-
2014
- 2014-03-25 RU RU2014102179/28A patent/RU2555204C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH04372890A (en) * | 1991-06-24 | 1992-12-25 | Nec Corp | Apparatus for displaying topography of sea bottom |
| 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 |
| RU2466426C1 (en) * | 2011-06-09 | 2012-11-10 | Сергей Петрович Алексеев | Method of reconstructing sea-floor relief when measuring depth using hydroacoustic apparatus |
| RU2480790C1 (en) * | 2011-11-14 | 2013-04-27 | Юрий Николаевич Жуков | Method of determining position of measured depths of sound signals |
| RU2487368C1 (en) * | 2011-12-01 | 2013-07-10 | Открытое акционерное общество "Государственный научно-исследовательский навигационно-гидрографический институт" (ОАО "ГНИНГИ") | Method for stereophotography of bottom topography of water body and apparatus for realising said method |
| RU126146U1 (en) * | 2012-09-26 | 2013-03-20 | Региональный некоммерческий фонд поддержки и развития петербургской науки, культуры и спорта | MULTI-BEAM Echo Sounder |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2343502C2 (en) | Method and system of positional analysis of object under observation by depth in aqueous medium | |
| RU2012153734A (en) | METHOD FOR SHOOTING AQUATORIA BOTTOM RELIEF AND DEVICE FOR SHOOTING AQUATORIA BOTTOM RELIEF | |
| RU2461845C1 (en) | Hydroacoustic system for imaging underwater space | |
| WO2019010022A1 (en) | Multi-perspective ensonification system and method | |
| RU2010109969A (en) | METHOD FOR SHOOTING AQUATORIA BOTTOM RELIEF AND DEVICE FOR ITS IMPLEMENTATION | |
| JP6655022B2 (en) | Synthetic antenna sonar and method for forming a synthetic antenna beam | |
| NO334516B1 (en) | Procedure for Determining Average Sound Speed in an Amount of Water | |
| RU2700278C1 (en) | Method of determining location of underwater object | |
| RU2527136C1 (en) | Method of measuring depth of object using sonar | |
| Grządziel et al. | Estimation of effective swath width for dual-head multibeam echosounder | |
| Violante | Acoustic remote sensing for seabed archaeology | |
| 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 | |
| RU2421755C1 (en) | Method and device for searching for and counting fish | |
| RU2529207C1 (en) | Navigation system for towed underwater vehicle | |
| RU2555204C1 (en) | Method of measuring bottom coordinates with multi-beam echo sounder | |
| RU117018U1 (en) | NAVIGATING HYDROACOUSTIC STATION | |
| RU2740297C1 (en) | Method for visualization of current condition of bottom topography during operation of dredger | |
| RU2614854C2 (en) | Method of measuring depth and echo sounder therefor | |
| RU140840U1 (en) | MULTI-BEAM ECHO SOUNDER-2 | |
| RU2515125C1 (en) | Method of determining sound speed | |
| RU2660292C1 (en) | Method for determining object immersion depth | |
| RU2010148968A (en) | METHOD FOR SHOOTING AREA BOTTOM RELIEF WITH MOVING VESSEL BY A MULTI-BEAM Sounder with a vertical sounding of a hydro-acoustic bosom and a multi-beam bosom | |
| RU126146U1 (en) | MULTI-BEAM Echo Sounder | |
| RU2572666C1 (en) | Hydroacoustic system for imaging underwater space | |
| RU2516602C1 (en) | Method to determine depth of object submersion |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20160326 |