RU2559311C1 - Assessment method of state of ice field - Google Patents
Assessment method of state of ice field Download PDFInfo
- Publication number
- RU2559311C1 RU2559311C1 RU2014120118/28A RU2014120118A RU2559311C1 RU 2559311 C1 RU2559311 C1 RU 2559311C1 RU 2014120118/28 A RU2014120118/28 A RU 2014120118/28A RU 2014120118 A RU2014120118 A RU 2014120118A RU 2559311 C1 RU2559311 C1 RU 2559311C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- ice
- plane
- hydroacoustic
- antenna
- receiving
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Measurement Of Velocity Or Position Using Acoustic Or Ultrasonic Waves (AREA)
Abstract
Description
Настоящее изобретение относится к области гидроакустики, а также к области океанографии, и может быть использовано для оценки состояния ледового поля.The present invention relates to the field of hydroacoustics, as well as to the field of oceanography, and can be used to assess the state of the ice field.
Наиболее важными задачами, решаемыми при формировании оценки состояния ледового поля, являются задачи измерения толщины погруженной части льда, а также определение направления и скорости движения ледовых полей. Решение указанных задач необходимо для обеспечения безопасности морских нефтяных платформ при проведении поисково-разведочных и добычных работ на месторождениях полезных ископаемых со дна морей и океанов. Кроме того, сведения о толщине погруженной части льда, рельефе нижней поверхности ледового поля могут быть использованы для изучения морфометрических характеристик ледовых полей в задачах океанографии.The most important tasks to be solved when forming an assessment of the state of the ice field are the problems of measuring the thickness of the submerged part of the ice, as well as determining the direction and speed of movement of the ice fields. The solution of these problems is necessary to ensure the safety of offshore oil platforms during exploration and production operations in mineral deposits from the bottom of the seas and oceans. In addition, information about the thickness of the submerged part of the ice and the relief of the lower surface of the ice field can be used to study the morphometric characteristics of ice fields in oceanography problems.
Известен способ (патент на изобретение РФ №2449326 «Способ определения состояния ледяного покрова»), включающий определение абсолютной толщины льда и морфографические аномалии подводной части ледяного образования посредством параметрического гидроакустического измерителя путем зондирования ледового образования линейными частотно-модулированными импульсами. Гидролокационный параметрический измеритель размещают в водной среде на поворотной платформе, что позволяет выполнять облучение ледового образования под разными углами вдоль вертикальных (выступающие кили) и горизонтальных плоскостей ледового образования. Полученные изображения ледяного образования визуализируются на мониторе в полярной системе координат в виде графических файлов bmp-форматов, содержащих изображения результатов нижней поверхности льда.The known method (patent for the invention of the Russian Federation No. 2449326 "Method for determining the state of ice cover"), which includes determining the absolute thickness of the ice and morphographic anomalies of the underwater part of the ice formation by means of a parametric hydroacoustic meter by sensing the ice formation by linear frequency-modulated pulses. A sonar parametric meter is placed in an aqueous medium on a turntable, which allows irradiation of the ice formation at different angles along the vertical (protruding keels) and horizontal planes of the ice formation. The obtained images of the ice formation are visualized on the monitor in the polar coordinate system in the form of graphic bmp-format files containing images of the results of the lower ice surface.
К недостаткам данного способа-аналога следует отнести низкую производительность при определении абсолютной толщины льда вследствие использования однолучевого гидролокатора, а также отсутствие измерителей скорости и направления дрейфа ледового поля. Кроме того, существенным недостатком рассматриваемого способа-аналога является существенная погрешность измерения толщины льда, возникающая из-за вариаций значений скорости звука во льду, которая может меняться в достаточно широких пределах в зависимости от условий образования льда, его возраста, толщины и времени года.The disadvantages of this analogue method include low productivity in determining the absolute thickness of ice due to the use of a single-beam sonar, as well as the lack of speed and direction indicators for the drift of the ice field. In addition, a significant drawback of the analogue method under consideration is the significant error in measuring the thickness of ice, arising from variations in the speed of sound in ice, which can vary over a wide range depending on the conditions of ice formation, its age, thickness and time of year.
Известен способ (Патент на изобретение РФ №2444760 «Способ съемки нижней поверхности ледяного покрова»), включающий размещение гидроакустической антенны, приемно-излучающего устройства в водной среде для получения картины видимой части исследуемого объекта (кили тористых образований, изометрические морфоструктуры поверхности дна ледового образования), производство экспозиций, которые привязаны к топопланам верхней поверхности льда, получение изображения, которое визуализируется на мониторе в полярной системе координат в виде графических файлов bmp-форматов, содержащих изображения результатов сканирования нижней поверхности льда. Съемку осуществляют с нескольких горизонтов. Гидроакустическую аппаратуру (гидролокатор кругового обзора) размещают на управляемом подводном аппарате, приемно-излучающее устройство размещают на поворотной платформе, имеющей три степени свободы. Изображение получают в трехмерном пространстве с визуализацией полного объема ледяного покрытия и с разбивкой объемов ледяного покрытия по секторам, которые различают по их частотным характеристикам. Оценивают размер этих секторов и расстояние между элементами ледяного поля, расположенными на расстояниях, меньших длительности зондирующего импульса.The known method (Patent for the invention of the Russian Federation No. 2444760 "Method for shooting the lower surface of the ice cover"), including the placement of a hydroacoustic antenna, receiving and emitting device in the aquatic environment to obtain a picture of the visible part of the studied object (keels of torous formations, isometric morphostructures of the surface of the ice bottom) , production of expositions that are tied to topographic plans of the upper ice surface, obtaining an image that is visualized on a monitor in the polar coordinate system in the form of a graphic FIR bmp-file format containing the image of the scanned surface of the bottom of the ice. Shooting is carried out from several horizons. Hydroacoustic equipment (all-round sonar) is placed on a controlled underwater vehicle, the receiving-emitting device is placed on a turntable with three degrees of freedom. The image is obtained in three-dimensional space with visualization of the total volume of ice cover and with a breakdown of the volume of ice cover by sectors, which are distinguished by their frequency characteristics. The size of these sectors and the distance between the elements of the ice field located at distances shorter than the duration of the probe pulse are estimated.
К недостаткам данного способа следует отнести отсутствие учета скорости и направления дрейфа ледового поля при формировании гидролокационного изображения нижней поверхности дна за несколько циклов зондирования, что может привести к пропускам при обследовании из-за дрейфа ледового поля при работе подводного аппарата вблизи от нижней поверхности льда.The disadvantages of this method include the lack of consideration of the speed and direction of the drift of the ice field during the formation of a sonar image of the bottom surface of the bottom for several sounding cycles, which can lead to omissions during the survey due to drift of the ice field during the operation of the underwater vehicle near the bottom surface of the ice.
Кроме того, существенным недостатком рассматриваемого способа-аналога является отсутствие учета данных о скорости звука в водной среде, в результате искажается формируемое гидролокационное изображение нижней поверхности льда, а также возникают ошибки при определении размеров и оценке расстояний между элементами ледового поля.In addition, a significant drawback of the analogue method under consideration is the lack of accounting for data on the speed of sound in the aquatic environment, as a result, the generated sonar image of the lower surface of the ice is distorted, as well as errors in determining the size and estimation of the distances between the elements of the ice field.
Недостатком рассматриваемого способа-аналога также является отсутствие процедуры классификации принятых гидролокатором эхо-сигналов по классам: граница раздела «вода-воздух» и «вода-лед», что делает не возможным обнаружение ледовых образований небольших размеров на водной поверхности.The disadvantage of the analogue method under consideration is the lack of a classification procedure for echo signals received by the sonar according to the classes: water-air and water-ice interface, which makes it impossible to detect small ice formations on the water surface.
Для реализации известного способа-аналога требуется погружение и всплытие управляемого подводного аппарата, что требует наличия области на водной поверхности, свободной от льда, и накладывает ограничение на толщину льда при использовании бурового оборудования в случае отсутствия указанной области.To implement the known analogue method, immersion and ascent of a controlled underwater vehicle is required, which requires an ice-free area on the water surface and imposes a limitation on the ice thickness when using drilling equipment in the absence of this region.
Наиболее близким аналогом к предлагаемому способу является способ оценки состояния ледового поля (Fissel et al. Improvements in the detection of hazardous sea ice features using upward looking sonar data // Proceedings of Arctic Technology Conference, USA, 3-5 Dec. 2012), в котором: излучают акустические сигналы в сторону нижней поверхности льда с автономной буйковой станции, принимают отраженные эхо-сигналы, производят оценку среднего значения скорости звука в слое воды между точкой излучения и нижней поверхностью льда, выполняют измерение расстояния от точки излучения до нижней поверхности льда h с учетом известного среднего значения скорости звука в воде, классифицируют принятые эхо-сигналы по классам «вода-воздух» и «вода-лед», измеряют глубину погружения точки излучения Н, измеряют толщину погруженной части льда d как d=H-h, измеряют направление и скорость дрейфа ледового поля, передают полученную информацию по акустическому каналу связи или по кабелю в систему обработки и отображения данных.The closest analogue to the proposed method is a method for assessing the state of an ice field (Fissel et al. Improvements in the detection of hazardous sea ice features using upward looking sonar data // Proceedings of Arctic Technology Conference, USA, 3-5 Dec. 2012), in which: emit acoustic signals towards the lower ice surface from an autonomous buoy station, receive reflected echo signals, estimate the average sound velocity in the water layer between the radiation point and the lower ice surface, measure the distance from the radiation point to the lower ice surface h s taking into account the average value of the speed of sound in water, the received echo signals are classified according to the classes “water-air” and “water-ice”, measure the depth of immersion of the radiation point H, measure the thickness of the submerged part of ice d as d = Hh, measure the direction and speed of drift ice fields, transmit the received information via an acoustic communication channel or cable to the data processing and display system.
Существенным недостатком данного способа-прототипа является его низкая производительность, обусловленная небольшим размером сектора обзора нижней поверхности льда.A significant disadvantage of this prototype method is its low productivity due to the small size of the viewing sector of the lower surface of the ice.
Угловые размеры характеристики направленности (ХН) гидроакустической приемоизлучающей антенны, используемой в известном способе-прототипе, определяют размеры облучаемого участка нижней поверхности льда - элемента разрешения по пространству, а также сектор обзора, поэтому увеличение угловых размеров ХН с целью расширения сектора обзора нецелесообразно.The angular dimensions of the directivity characteristic (CH) of the hydroacoustic receiving-emitting antenna used in the known prototype method determine the dimensions of the irradiated portion of the lower surface of the ice — the spatial resolution element, as well as the viewing sector, therefore, increasing the angular dimensions of the CN to expand the viewing sector is impractical.
Поскольку ХН гидроакустической приемоизлучающей антенны относительно узкая, то сектор обзора небольшой, и за один цикл зондирования получают только одно значение толщины погруженной части льда в пределах облучаемого участка нижней поверхности льда.Since the CN of the hydroacoustic receiving-emitting antenna is relatively narrow, the field of view is small, and for one probe cycle only one value of the thickness of the submerged part of the ice is obtained within the irradiated area of the lower surface of the ice.
Кроме того, в известном способе-прототипе ХН гидроакустической приемоизлучающей антенны ориентирована по нормали к плоскости, совпадающей со средним уровнем водной поверхности в спокойном состоянии, без учета возможности наклона оси ХН. Таким образом, участок нижней поверхности льда, обследованный за несколько циклов зондирования, оказывается вытянут вдоль направления движения ледового поля, и имеет небольшие размеры в плоскости, перпендикулярной линии движения ледового поля.In addition, in the known prototype method, the HN of the hydro-acoustic receiving-emitting antenna is oriented normal to the plane that coincides with the average level of the water surface in a calm state, without taking into account the possibility of tilting the axis of the HN. Thus, the portion of the lower ice surface, examined over several sounding cycles, is elongated along the direction of movement of the ice field, and has small dimensions in a plane perpendicular to the line of movement of the ice field.
В результате информацию о толщине погруженной части льда получают по лишь ограниченной части ледового поля, в то время как толщина погруженной части льда в необследованной области ледового поля может иметь большие значения, что позволяет классифицировать его как потенциально опасное, например, для буровой платформы.As a result, information about the thickness of the submerged part of ice is obtained from only a limited part of the ice field, while the thickness of the submerged part of ice in the unexplored area of the ice field can be large, which makes it possible to classify it as potentially dangerous, for example, for a drilling platform.
Задача изобретения состоит в повышении производительности известного способа оценки состояния ледового поля.The objective of the invention is to increase the productivity of the known method for assessing the state of the ice field.
Технический результат заключается в расширении сектора обзора нижней поверхности льда при сохранении размеров элемента разрешения по пространству, в пределах которого производится оценка погруженной части льда.The technical result consists in expanding the viewing sector of the lower ice surface while maintaining the dimensions of the resolution element in space, within which the immersed part of the ice is evaluated.
Для обеспечения указанного технического результата в известный способ оценки состояния ледового поля, в котором: излучают акустические сигналы в сторону нижней поверхности льда с автономной буйковой станции, принимают отраженные эхо-сигналы, производят оценку среднего значения скорости звука в слое воды между точкой излучения и нижней поверхностью льда, выполняют измерение расстояния от точки излучения до нижней поверхности льда h с учетом известного среднего значения скорости звука в воде, классифицируют принятые эхо-сигналы по классам «вода-воздух» и «вода-лед», измеряют глубину погружения точки излучения Н, измеряют толщину погруженной части льда d как d=H-h, измеряют направление и скорость дрейфа ледового поля, передают полученную информацию по акустическому каналу связи или по кабелю в систему обработки и отображения данных, введены новые признаки:To ensure the specified technical result in a known method for assessing the state of an ice field, in which: acoustic signals are emitted towards the lower surface of the ice from an autonomous buoy station, reflected echoes are received, and the average value of the speed of sound in the water layer between the radiation point and the lower surface is estimated ice, measure the distance from the radiation point to the bottom surface of the ice h, taking into account the known average value of the speed of sound in water, classify the received echoes according to class “water-air” and “water-ice” itself, measure the immersion depth of the radiation point H, measure the thickness of the immersed part of the ice d as d = Hh, measure the direction and speed of the ice field drift, transmit the received information via an acoustic communication channel or cable to data processing and display system, new features introduced:
- оценку состояния ледового покрова производят с помощью гидроакустической излучающей и гидроакустической приемной антенн, соединенных Т-образно и размещенных в плоскости, параллельной плоскости, совпадающей со средним уровнем водной поверхности в спокойном состоянии, так что активные поверхности антенн направлены в сторону нижней поверхности льда.- assessment of the state of ice cover is carried out using hydro-acoustic emitting and hydro-acoustic receiving antennas connected in a T-shape and placed in a plane parallel to the plane that coincides with the average level of the water surface in a calm state, so that the active surfaces of the antennas are directed towards the lower surface of the ice.
- излучение акустических импульсов производят гидроакустической излучающей антенной с ХН, широкой - в плоскости наибольшего размера гидроакустической приемной антенны, нормальной к плоскости водной поверхности в спокойном состоянии и проходящей через длинную ось симметрии гидроакустической приемной антенны, и узкой - в плоскости наибольшего размера гидроакустической излучающей антенны, нормальной к плоскости водной поверхности в спокойном состоянии и проходящей через длинную ось симметрии гидроакустической излучающей антенны.- radiation of acoustic pulses is produced by a hydroacoustic emitting antenna with an XN, wide - in the plane of the largest size of the hydroacoustic receiving antenna, normal to the plane of the water surface in a calm state and passing through the long axis of symmetry of the hydroacoustic receiving antenna, and narrow - in the plane of the largest size of the hydroacoustic emitting antenna, normal to the plane of the water surface in a calm state and passing through the long axis of symmetry of the hydroacoustic emitting antenna.
- прием эхо-сигналов от нижней поверхности льда производят гидроакустической приемной антенной, формирующей статический веер приемных ХН электронным способом.- the reception of echo signals from the lower surface of the ice is produced by a hydroacoustic receiving antenna, forming a static fan of receiving CNs electronically.
- обзор участка нижней поверхности льда в пределах сектора обзора производят за заданное число циклов зондирования путем последовательного поворота оси ХН гидроакустической излучающей антенны в плоскости ее наибольшего размера относительно нормали к нижней поверхности льда.- a survey of a portion of the lower ice surface within the viewing sector is performed for a given number of sounding cycles by sequentially turning the X-axis of the sonar emitting antenna in the plane of its largest size relative to the normal to the lower ice surface.
- перед началом каждого цикла зондирования производят измерение угла наклона гидроакустической излучающей антенны в плоскости ее наибольшего размера и угла наклона гидроакустической приемной антенны в плоскости ее наибольшего размера.- before the beginning of each sensing cycle, the angle of inclination of the hydroacoustic emitting antenna in the plane of its largest size and the angle of inclination of the hydroacoustic receiving antenna in the plane of its largest size are measured.
- в каждом цикле зондирования выполняют коррекцию угла наклона оси ХН в излучении в плоскости наибольшего размера гидроакустической излучающей антенны, а также коррекцию углов наклона осей приемных ХН в плоскости наибольшего размера гидроакустической приемной антенны.- in each sensing cycle, the angle of inclination of the HN axis in the radiation in the plane of the largest size of the sonar emitting antenna is corrected, as well as the correction of the angles of the axes of the receiving HN in the largest plane of the sonar receiving antenna.
- для каждого положения оси ХН гидроакустической излучающей антенны в полосе обзора измеряют расстояния от гидроакустической приемной антенны до нижней поверхности льда.- for each position of the axis XI of the hydroacoustic emitting antenna in the field of view, measure the distance from the hydroacoustic receiving antenna to the bottom surface of the ice.
Таким образом, использование последовательного обзора нижней поверхности льда, заключающегося в перемещении формируемой полосы обзора, позволяет расширить сектор обзора, как в плоскости наибольшего размера гидроакустической приемной антенны, так и в плоскости наибольшего размера гидроакустической излучающей антенны при сохранении размеров элемента разрешения по пространству, в пределах которого производится оценка погруженной части льда, при этом выполнение коррекции угла наклона оси ХН в излучении, а также коррекции углов наклона осей приемных ХН позволяет стабилизировать текущее положение полосы обзора в пространстве для предотвращения пропусков при обзоре.Thus, the use of a sequential review of the lower surface of the ice, consisting in moving the formed viewing band, allows you to expand the viewing sector, both in the largest plane of the hydroacoustic receiving antenna, and in the largest plane of the hydroacoustic emitting antenna while maintaining the dimensions of the resolution element in space, within which evaluates the immersed part of the ice, while correcting the angle of inclination of the XH axis in the radiation, as well as correcting the angle of inclination the axes of the receiving HN allows you to stabilize the current position of the field of view in space to prevent gaps in the review.
Реализация данного способа поясняется фиг. 1-2.The implementation of this method is illustrated in FIG. 1-2.
На фиг. 1 показана геометрия задачи формирования полосы обзора обследуемого участка нижней поверхности льда за заданное число циклов зондирования, на которой представлены: нормаль 1 к плоскости, совпадающей со средним уровнем водной поверхности в спокойном состоянии, плоскость 2, совпадающая со средним уровнем водной поверхности в спокойном состоянии, плоскость 3 наибольшего размера гидроакустической излучающей антенны, гидроакустическая излучающая антенна 4, гидроакустическая приемная антенна 5, автономная буйковая станция 6, плоскость 7 наибольшего размера гидроакустической приемной антенны, якорь 8, морское дно 9, полоса обзора за один цикл зондирования 10.In FIG. 1 shows the geometry of the task of forming a field of view of the surveyed section of the lower ice surface for a given number of sounding cycles, on which are presented: normal 1 to the plane coinciding with the average level of the water surface in a calm state, plane 2 coinciding with the average level of the water surface in a calm state, largest plane 3 of the sonar emitting antenna, sonar emitting antenna 4, sonar receiving antenna 5, autonomous buoy station 6, plane 7 naib ng bigger size sonar receiving antenna, the anchor 8, 9 seabed, swath one sensing loop 10.
На фиг. 2 показана геометрия задачи оценки погруженной части льда, на которой представлены воздух 11, граница 12 раздела «воздух-вода», лед 13, нижняя поверхность 14 льда, вода 15, нормаль 16 к плоскости, совпадающей со средним уровнем водной поверхности в спокойном состоянии, автономная буйковая станция 17, якорь 18, морское дно 19.In FIG. 2 shows the geometry of the evaluation problem for the submerged part of the ice, on which
Предложенный способ реализуется следующим образом: в районе обследования (фиг. 1) устанавливают автономную буйковую станцию 6, на которой размещают аппаратуру гидролокатора, датчик абсолютного гидростатического давления, доплеровский гидроакустический лаг, измеритель скорости звука, гидроакустическую излучающую антенну 4 и гидроакустическую приемную антенну 5. Положение автономной буйковой станции 6 над морским дном 9 фиксируется с помощью якоря 8.The proposed method is implemented as follows: in the survey area (Fig. 1), an autonomous buoy station 6 is installed, on which sonar equipment, absolute hydrostatic pressure sensor, Doppler sonar log, sound velocity meter, sonar emitting antenna 4 and sonar receiving antenna 5 are installed. autonomous buoy station 6 above the seabed 9 is fixed using the anchor 8.
Излучение акустических импульсов производят гидроакустической излучающей антенной 4 с характеристикой направленности, широкой - в плоскости 7 наибольшего размера гидроакустической приемной антенны, и узкой - в плоскости 3 наибольшего размера гидроакустической излучающей антенны.The radiation of acoustic pulses is produced by a hydroacoustic emitting antenna 4 with a directivity characteristic, wide - in plane 7 of the largest size of the hydroacoustic receiving antenna, and narrow - in plane 3 of the largest size of the hydroacoustic emitting antenna.
Прием эхо-сигналов от нижней поверхности льда производят гидроакустической приемной антенной 5, формирующей статический веер приемных ХН электронным способом, причем отдельная ХН в приеме - широкая - в плоскости 3 наибольшего размера гидроакустической излучающей антенны, и узкая - в плоскости 7 наибольшего размера гидроакустической приемной антенны.Echo signals from the lower ice surface are produced by a hydroacoustic receiving antenna 5, which forms a static fan of receiving CNs electronically, with a separate CN in reception - wide - in plane 3 of the largest size of the hydroacoustic emitting antenna, and narrow - in plane 7 of the largest size of the hydroacoustic receiving antenna .
Гидроакустическая излучающая антенна 4 и гидроакустическая приемная антенна 5 соединены Т-образно и размещены в плоскости, параллельной плоскости 2, совпадающей со средним уровнем водной поверхности в спокойном состоянии, так что активные поверхности антенн направлены в сторону нижней поверхности льда.The hydro-acoustic emitting antenna 4 and the hydro-acoustic receiving antenna 5 are connected in a T-shape and placed in a plane parallel to plane 2, which coincides with the average level of the water surface in a calm state, so that the active surfaces of the antennas are directed toward the lower surface of the ice.
Обзор участка нижней поверхности льда в пределах сектора обзора производят за заданное число циклов зондирования путем последовательного поворота оси ХН гидроакустической излучающей антенны в плоскости ее наибольшего размера относительно нормали 1.A survey of a portion of the lower ice surface within the viewing sector is carried out for a given number of sounding cycles by successively turning the X-axis of the sonar emitting antenna in the plane of its largest size relative to normal 1.
Для обеспечения беспропускного обзора участка нижней поверхности льда, перед выполнением i-ого цикла зондирования производят измерение угла наклона гидроакустической излучающей антенны 4δαi в плоскости 3 ее наибольшего размера и угла наклона гидроакустической приемной антенны 5δθi в плоскости 7 ее наибольшего размера. Каждый из углов наклона δαi и δθi имеет постоянную составляющую, возникающую при монтаже гидроакустических антенн на автономную буйковую станцию 6, а также переменную составляющую, возникающую из-за подводных течений. Измерение углов наклона гидроакустических антенн может быть выполнено с помощью датчика динамических перемещений, которые применяются для определения положения судна при качке (например, Seatex MRU-5 фирмы Kongsberg).To ensure an unobstructed view of the area of the lower ice surface, before performing the i-th sensing cycle, the angle of inclination of the hydroacoustic emitting antenna 4δα i in plane 3 of its largest size and the angle of inclination of the hydroacoustic receiving antenna 5δθ i in plane 7 of its largest size are measured. Each of the inclination angles δα i and δθ i has a constant component that occurs when mounting sonar antennas on an autonomous buoy station 6, as well as a variable component that occurs due to underwater currents. The measurement of the angles of inclination of hydroacoustic antennas can be performed using a dynamic displacement sensor, which is used to determine the position of the vessel during rolling (for example, Seatex MRU-5 from Kongsberg).
В i-ом цикле зондирования гидроакустическая излучающая антенна 4 при наклоне оси ХН с учетом коррекции αi-δαi озвучивает акустическими импульсами i-ый участок нижней поверхности льда.In the i-th sensing cycle, the hydroacoustic emitting antenna 4, when the XI axis is tilted, taking into account the correction α i -δα i, sounds the i-th section of the lower ice surface with acoustic pulses.
Угол наклона αi для каждого i-oro цикла зондирования определяют по формуле:The angle of inclination α i for each i-oro sensing cycle is determined by the formula:
гдеWhere
Δα - шаг изменения угла наклона ХН в излучении,Δα is the step of changing the angle of inclination of the CN in the radiation,
α0 - начальный угол наклона оси ХН в излучении,α 0 - the initial angle of inclination of the axis XN in radiation,
N - число циклов зондирования, требуемых для обзора участка нижней поверхности льда.N is the number of sounding cycles required to view the portion of the lower ice surface.
Прием отраженных эхо-сигналов в i-ом цикле зондирования производится гидроакустической приемной антенной 5, формирующей статический веер из заданного числа приемных ХН, каждая из которых имеет фиксированный угол наклона оси относительно нормали 1 с учетом коррекции θm-δθi (фиг. 1).Reception of echo signals in the i-th sensing cycle is carried out by a hydroacoustic receiving antenna 5, which forms a static fan from a given number of receiving CNs, each of which has a fixed angle of inclination of the axis relative to normal 1, taking into account the correction θ m -δθ i (Fig. 1) .
Угол наклона оси приемной ХН θm определяют по формуле:The angle of inclination of the axis of the receiving XN θ m is determined by the formula:
гдеWhere
Δθ - шаг изменения угла наклона оси приемной ХН,Δθ is the step of changing the angle of inclination of the axis of the receiving HN,
θ0- начальный угол наклона оси приемной ХН,θ 0 is the initial angle of inclination of the axis of the receiving XN,
M - число приемных ХН, составляющих статический веер.M is the number of receiving CNs that make up a static fan.
Сектор обзора, определяющий размеры обследованного за N циклов зондирования участка ледового поля, учитывая симметрию углов наклона α1=αN и θ1=-θM, составляет - (2αN)×(2θM).The review sector, which determines the dimensions of the ice field section examined over N sounding cycles, taking into account the symmetry of the inclination angles α 1 = α N and θ 1 = -θ M, is - (2α N ) × (2θ M ).
В результате пространственного перекрытия ХН в излучении и веера из M приемных ХН формируется i-ая полоса обзора 10, состоящая из M участков (фиг. 1), каждый из которых является элементом разрешения по пространству.As a result of the spatial overlap of the CN in the radiation and the fan from the M receiving CNs, the i-th viewing band 10 is formed, consisting of M sections (Fig. 1), each of which is an element of spatial resolution.
Ширина ХН гидроакустической излучающей антенны 4 в плоскости 3 составляет (2θM), а в плоскости 7 - Δαиз. Ширина ХН гидроакустической приемной антенны 5 в плоскости 3 составляет Δθпр, а в плоскости 7 - (2αN). Таким образом, угловые размеры элемента разрешения по пространству составляют 
В i-ом цикле зондирования (фиг. 2) для m-ого участка i-ой полосы обзора измеряют расстояние Ri,m от гидроакустической приемной антенны, расположенной на автономной буйковой станции 17, до нижней поверхности льда 14, по амплитуде и фазе эхо-сигналов, принятых m-ой приемной ХН. При этом выполняют известную процедуру (Андреевский Г.Н. Использование фазы эхо-сигналов при измерении толщины льда методом проникающей гидролокации // Труды XI-ой Всероссийской конференции «Прикладные технологии гидроакустики и гидрофизики», Санкт-Петербург, 22-24 мая 2012 г. С. 129-130), позволяющую классифицировать тип границы раздела, от которой отразились излученные сигналы, для выработки признака Пi,m, причем Пi,m=0 при наличии границы 12 раздела «вода-воздух» и Пi,m=1 при контакте с нижней поверхностью льда 14, измеряют глубину погружения гидроакустической приемной антенны по данным датчика абсолютного гидростатического давления Hi, выполняют пересчет значений расстояний от гидроакустической приемной антенны до нижней поверхности льда 14 в вертикальное расстояние по формуле:In the i-th sensing cycle (Fig. 2) for the m-th portion of the i-th field of view, the distance R i, m from the hydroacoustic receiving antenna located at the
Корректируют полученные значения hi,m для учета поправки на скорость звука в воде, измеряют толщину погруженной части льда 13:The obtained values of h i, m are adjusted to take into account the corrections for the speed of sound in water, and the thickness of the submerged part of
Производят измерение направления и скорости дрейфа ледового поля известным способом, основанным на использовании эффекта Доплера для гидроакустических волн, и реализованным, например, с помощью четырехлучевого доплеровского гидроакустического лага (Виноградов К.А. и др. Абсолютные и относительные лаги. - Л.: Судостроение, 1990. С. 30).Measure the direction and speed of the drift of the ice field in a known manner, based on the use of the Doppler effect for sonar waves, and implemented, for example, using the four-beam Doppler sonar log (Vinogradov K.A. et al. Absolute and relative logs. - L .: Shipbuilding , 1990.S. 30).
После выполнения N циклов зондирования полученную информацию (значения толщины погруженной части льда в секторе обзора, направление и скорость дрейфа ледового поля) передают по акустическому каналу связи или по кабелю в систему обработки и отображения данных.After performing N sounding cycles, the information obtained (thickness values of the immersed part of the ice in the field of view, direction and speed of drift of the ice field) is transmitted via an acoustic communication channel or cable to the data processing and display system.
Значения N и М определяют исходя из геометрических размеров и конструкции используемых гидроакустических антенн, а также из требуемых угловых размеров элемента разрешения по пространству, в пределах которого рассчитывается одно значение толщины погруженной части льда, по формулам:The values of N and M are determined based on the geometric dimensions and design of the hydroacoustic antennas used, as well as on the required angular dimensions of the spatial resolution element, within which one value of the thickness of the immersed part of the ice is calculated, according to the formulas:
В результате выполнения обзора нижней поверхности льда за N циклов зондирования получают информацию о толщине погруженной части участка ледового поля в пределах сектора обзора - 
Оценим производительность предложенного метода оценки состояния ледового поля.Let us evaluate the performance of the proposed method for assessing the state of the ice field.
При размерах сектора обзора 
Тогда число элементов разрешения по пространству, в пределах каждого из которых рассчитывается толщина погруженной части льда, в секторе обзора 
Для случая, когда скорость движения ледового поля равна нулю, предложенным способом за N циклов зондирования обследуют сектор обзора 90°×90°, в пределах которого получат 1800 значений толщины погруженной части льда. При использовании известного способа-прототипа размер обследуемого сектора составит 2°×2°.For the case when the speed of the ice field is zero, the proposed method for N sounding cycles inspect the 90 ° × 90 ° viewing sector, within which 1800 values of the thickness of the submerged part of the ice will be obtained. When using the known prototype method, the size of the examined sector will be 2 ° × 2 °.
Прирост производительности оценки состояния ледового поля определяется отношением угловых размеров участков нижней поверхности льда, обследуемых за одинаковое число циклов зондирования известным и предложенным способами, и составляет 
Фактическое значение прироста производительности будет определяться угловыми размерами ХН используемых гидроакустических антенн, числом выполненных циклов зондирования, значениями Δθ и Δα, а также скоростью движения ледового поля.The actual value of the productivity gain will be determined by the angular dimensions of the HI of the used hydroacoustic antennas, the number of sounding cycles performed, Δθ and Δα values, and also the speed of the ice field.
Таким образом, производительность предложенного метода больше по сравнению с известным способом-прототипом.Thus, the performance of the proposed method is greater in comparison with the known prototype method.
Предложенный способ позволяет расширить сектор обзора нижней поверхности льда при сохранении размеров элемента разрешения по пространству, в пределах которого производится оценка погруженной части льда, что существенно повышает производительность оценки состояния ледового поля.The proposed method allows to expand the viewing sector of the lower surface of the ice while maintaining the size of the resolution element in space, within which the immersed part of the ice is evaluated, which significantly increases the performance of assessing the state of the ice field.
Таким образом, технический результат изобретения достигнут.Thus, the technical result of the invention is achieved.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2014120118/28A RU2559311C1 (en) | 2014-05-19 | 2014-05-19 | Assessment method of state of ice field |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2014120118/28A RU2559311C1 (en) | 2014-05-19 | 2014-05-19 | Assessment method of state of ice field |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2559311C1 true RU2559311C1 (en) | 2015-08-10 |
Family
ID=53796321
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2014120118/28A RU2559311C1 (en) | 2014-05-19 | 2014-05-19 | Assessment method of state of ice field |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2559311C1 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2660752C1 (en) * | 2017-06-14 | 2018-07-10 | Открытое акционерное общество "Авангард" | Method of detecting and high-speed determination of parameters of marine ice fields and a radar location system for its implementation |
| RU2757065C1 (en) * | 2020-11-02 | 2021-10-11 | Акционерное Общество "Концерн "Океанприбор" | Method for surface relief survey |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5790474A (en) * | 1989-08-04 | 1998-08-04 | Hughes Electronics | Active sonar for under-ice conditions |
| RU70983U1 (en) * | 2007-11-16 | 2008-02-20 | Государственное Учреждение "Арктический и антарктический научно-исследовательский институт" | DEVICE FOR MEASURING THICKNESS OF ICE FROM BOARD |
| RU107371U1 (en) * | 2010-10-15 | 2011-08-10 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Российский государственный гидрометеорологический университет" | DEVICE FOR DETERMINING THE CHARACTERISTICS OF DANGEROUS ICE HYDROLOGICAL PHENOMENA |
| RU2435136C1 (en) * | 2010-12-29 | 2011-11-27 | Сергей Борисович Курсин | Method of measuring thickness of block of ice and apparatus for measuring thickness of block of ice |
| RU2449326C2 (en) * | 2010-02-24 | 2012-04-27 | Открытое акционерное общество "Газпром" | Method of determining state of ice cover |
-
2014
- 2014-05-19 RU RU2014120118/28A patent/RU2559311C1/en active
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5790474A (en) * | 1989-08-04 | 1998-08-04 | Hughes Electronics | Active sonar for under-ice conditions |
| RU70983U1 (en) * | 2007-11-16 | 2008-02-20 | Государственное Учреждение "Арктический и антарктический научно-исследовательский институт" | DEVICE FOR MEASURING THICKNESS OF ICE FROM BOARD |
| RU2449326C2 (en) * | 2010-02-24 | 2012-04-27 | Открытое акционерное общество "Газпром" | Method of determining state of ice cover |
| RU107371U1 (en) * | 2010-10-15 | 2011-08-10 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Российский государственный гидрометеорологический университет" | DEVICE FOR DETERMINING THE CHARACTERISTICS OF DANGEROUS ICE HYDROLOGICAL PHENOMENA |
| RU2435136C1 (en) * | 2010-12-29 | 2011-11-27 | Сергей Борисович Курсин | Method of measuring thickness of block of ice and apparatus for measuring thickness of block of ice |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| C1. * |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2660752C1 (en) * | 2017-06-14 | 2018-07-10 | Открытое акционерное общество "Авангард" | Method of detecting and high-speed determination of parameters of marine ice fields and a radar location system for its implementation |
| RU2757065C1 (en) * | 2020-11-02 | 2021-10-11 | Акционерное Общество "Концерн "Океанприбор" | Method for surface relief survey |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Sounding | High-resolution sub-bottom profiling using parametric acoustics | |
| BRPI0719440A2 (en) | PASSIC LISTENING AND SEA PROFILE LISTING SYSTEM, AND METHOD FOR EXACTLY DETERMINING THE POSITION OF A TOWED ELECTROMAGNETIC SOURCE AND ONE OR MORE ELECTROMAGNETIC RECEIVERS FOR USE IN A PROFILING PROFILING LEVEL | |
| Schneider von Deimling et al. | Detection of gas bubble leakage via correlation of water column multibeam images | |
| RU2444760C1 (en) | Method for removing lower surface of ice cover | |
| EP2299292B1 (en) | Scanning apparatus and method | |
| Kozaczka et al. | Detection of objects buried in the sea bottom with the use of parametric echosounder | |
| KR100660563B1 (en) | Buoy-plate multi channel seismic survey system and method | |
| RU2527136C1 (en) | Method of measuring depth of object using sonar | |
| RU2559311C1 (en) | Assessment method of state of ice field | |
| Balk et al. | Surface-induced errors in target strength and position estimates during horizontal acoustic surveys. | |
| RU2541435C1 (en) | Method of determining iceberg immersion | |
| RU2548596C1 (en) | Method of determining iceberg submersion | |
| KR20040092508A (en) | System for investigation of river bottom topography and fluctuation using GPS and GPR | |
| Wang et al. | Measurement of radiated ship noise | |
| Bennett et al. | Geoacoustic and geological characterization of surficial marine sediments by in situ probe and remote sensing techniques | |
| RU75060U1 (en) | ACOUSTIC LOCATION SYSTEM OF NEAR ACTION | |
| RU2623830C1 (en) | Method of remote determination of relief and sedimentation of underwater iceberg part | |
| Manik et al. | Underwater multiple objects detection and tracking using multibeam and side scan sonar | |
| Grelowska et al. | Acoustic imaging of selected areas of gdansk bay with the aid of parametric echosounder and side-scan sonar | |
| CN109343038A (en) | A kind of sonar detection bracket and caisson seam method for measurement | |
| Fangqi et al. | An experiment of the actual vertical resolution of the sub-bottom profiler in an anechoic tank | |
| Titchenko et al. | Measurements of the sea surface parameters using a new modification of underwater sonar on a marine platform in the Black Sea | |
| Zwolak | Underwater objects’ detection system choice for harbor surveillance purposes | |
| Ryabkova et al. | Measurements of the sea surface waves parameters and the doppler spectrum of the reflected signal using optical and acoustic remote sensing methods | |
| RU53454U1 (en) | UNDERWATER MEASUREMENT OF DEPTH OF A RESERVOIR AND AVERAGE VERTICAL VELOCITY OF SPEED OF SOUND IN WATER |