RU2572666C1 - Hydroacoustic system for imaging underwater space - Google Patents

Hydroacoustic system for imaging underwater space Download PDF

Info

Publication number
RU2572666C1
RU2572666C1 RU2014124934/28A RU2014124934A RU2572666C1 RU 2572666 C1 RU2572666 C1 RU 2572666C1 RU 2014124934/28 A RU2014124934/28 A RU 2014124934/28A RU 2014124934 A RU2014124934 A RU 2014124934A RU 2572666 C1 RU2572666 C1 RU 2572666C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
receiving
output
antenna
module
generating
Prior art date
Application number
RU2014124934/28A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2014124934A (en
Inventor
Владимир Митрофанович Лекомцев
Дмитрий Валерьевич Титаренко
Original Assignee
Российская Федерация, От Имени Которой Выступает Министерство Промышленности И Торговли Российской Федерации
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 Российская Федерация, От Имени Которой Выступает Министерство Промышленности И Торговли Российской Федерации filed Critical Российская Федерация, От Имени Которой Выступает Министерство Промышленности И Торговли Российской Федерации
Priority to RU2014124934/28A priority Critical patent/RU2572666C1/en
Publication of RU2014124934A publication Critical patent/RU2014124934A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2572666C1 publication Critical patent/RU2572666C1/en

Links

Images

Landscapes

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

Abstract

FIELD: radio engineering, communication.
SUBSTANCE: hydroacoustic system for imaging underwater space, having antenna units for the portside and the starboard, the outputs of which are connected to corresponding series-connected receiving amplifiers and analogue-to-digital converters, and the inputs are connected to the outputs of the power amplifiers, a roll measuring device, a module for generating, receiving and packing signals, the inputs of which are connected to the analogue-to-digital converters, the power amplifiers and the roll measuring device, an interface unit, a navigation system and an on-board computer, wherein the input of the on-board computer is connected to the output of the navigation system and through the interface unit to the output of the module for generating, receiving and packing signals, a multi-beam echo sounder antenna, series-connected receiving amplifier unit and analogue-to-digital converter unit, connected between the output of the multi-beam echo sounder antenna and the module for generating, receiving and packing signals, a power amplifier unit connected between the input of the multi-beam echo sounder antenna and the output of the module for generating, receiving and packing signals, as well as a depth measuring device connected to the input of said unit; the system is provided with forward-looking sector-scanning sonar, which includes a receiving-transmitting antenna, a power amplifier, the input of which is connected to the unit for generating, receiving and packing signals, and the output is connected to the radiator of the receiving-transmitting antenna, multichannel amplifiers connected in series to the receiving elements of the receiving-transmitting antenna and a multichannel analogue-to-digital converter, the output of which is connected to the unit for generating, receiving and packing signals, and a sound and light signalling device, connected to the output of the computer. The invention provides high reliability of the hydroacoustic system owing to early detection of navigation hazards on the towing course of the underwater module of the hydroacoustic system and preventing collision with said hazards.
EFFECT: providing early detection of navigation hazards and preventing collision with said hazards owing to a larger scanning sector on the heading of the underwater module of the system.
2 dwg

Description

Изобретение относится к области гидроакустической техники и может быть использовано в составе оборудования, обеспечивающего воспроизведение рельефа дна в реальном масштабе времени.The invention relates to the field of hydroacoustic technology and can be used as part of equipment for reproducing the bottom topography in real time.

Известно устройство гидроакустической системы для визуализации подводного пространства на основе многоканального технологического комплекса для исследования шельфа, содержащее модуль гидролокатора бокового обзора (ГБО), модуль сейсмоакустического профилографа, модуль эхолота, навигационную систему, блок обработки и регистрации, блок оперативной контрольной информации, блок синхронной индикации и регистрации, коммутатор режимов работы, причем ГБО содержит буксируемую на кабель-тросе гондолу, которая оснащена гидроакустическими антеннами, аналого-цифровым преобразователем, управляющим компьютером с монитором и блоками графической и магнитной регистрации. (Свидетельство на полезную модель РФ №16406, МПК G01V 1/38, G05D 27/00, опубл. 27.12.2000).A device for a hydroacoustic system for visualizing the underwater space based on a multichannel technological complex for studying the shelf, comprising a side-scan sonar module, a seismic-acoustic profiler module, an echo sounder module, a navigation system, a processing and recording unit, an operational control information unit, a synchronous display unit and registration, operating mode switch, and HBO contains a gondola towed on a cable-rope, which is equipped with hydroacoustic an tennami, analog-to-digital converter, controlling a computer with a monitor and blocks of graphic and magnetic recording. (Certificate for utility model of the Russian Federation No. 16406, IPC G01V 1/38, G05D 27/00, publ. 12/27/2000).

Недостатком устройства является невозможность воспроизведения с его помощью рельефа дна и наличие невидимой зоны в центре полосы обзора.The disadvantage of this device is the inability to reproduce with its bottom topography and the presence of an invisible zone in the center of the field of view.

Известно устройство гидроакустической системы для визуализации подводного пространства на основе морского геоакустического комплекса «МАК», содержащее бортовой модуль судна-носителя, соединенный кабель-тросом с буксируемым аппаратным модулем, включающим последовательно соединенные блок сбора данных измерений и блок регистрации и обработки информации, при этом забортный буксируемый модуль включает гидролокатор бокового обзора (ГБО) дальнего действия, ГБО высокого разрешения, акустический профилограф, эхолот, гидроакустическую навигационную систему, синтезатор зондирующих сигналов, интерфейс сигналов управления, датчики пространственного положения буксируемого модуля, блок цифровых датчиков, блок датчика давления и аналоговых датчиков, интерфейс аналоговых датчиков, кабельный интерфейс, цифровой приемопередатчик, одноплатную ЭВМ и блок питания буксирного модуля, связанные посредством системной шины данных и управления, причем выходы синтезатора зондирующих сигналов подключены к первым входам гидролокатора обзора дальнего действия, гидролокатора бокового обзора высокого разрешения, акустического профилографа, эхолота и маяка-ответчика, входы-выходы интерфейса сигналов управления подключены ко вторым входам блоков гидролокатора бокового обзора дальнего действия, гидролокатора бокового обзора высокого разрешения, акустического профилографа, эхолота и маяка-ответчика, выходы которых подключены к входам кабельного интерфейса, с входом-выходом которого связан цифровой приемопередатчик (Свидетельство на полезную модель РФ №38233, МПК G01V 1/38, G05D 27/00, опубл. 27.05.2004).A device for a hydroacoustic system for visualizing underwater space based on the “IAC” marine geo-acoustic complex is known, comprising an onboard module of a carrier vessel, connected by a cable with a towed hardware module, including a measurement data collection unit and an information recording and processing unit connected in series, outboard the towed module includes a long-range side-scan sonar (HBO), a high-resolution HBO, an acoustic profilograph, an echo sounder, and sonar navigation igation system, sounding signal synthesizer, control signal interface, towing module spatial position sensors, digital sensors block, pressure sensor and analog sensors block, analog sensors interface, cable interface, digital transceiver, single-board computer and towing module power supply connected via the system bus data and control, and the outputs of the sounding signal synthesizer are connected to the first inputs of the long-range sonar, long-range sonar high-resolution survey, acoustic profilograph, echo sounder and transponder beacon, control signal interface inputs and outputs are connected to the second inputs of long-range side-scan sonar blocks, high-resolution side-scan sonar, acoustic profilograph, echo sounder and transponder beacon, the outputs of which are connected to the inputs cable interface, with the input-output of which is connected a digital transceiver (Certificate for a useful model of the Russian Federation No. 38233, IPC G01V 1/38, G05D 27/00, publ. 05/27/2004).

Недостатком устройства также является невозможность воспроизведения рельефа дна и наличие невидимой зоны.The disadvantage of this device is the inability to reproduce the topography of the bottom and the presence of an invisible zone.

Известна гидроакустическая система для визуализации подводного пространства, содержащая блоки антенн левого и правого бортов, выходы которых соединены с соответствующими последовательно включенными приемными усилителями и аналого-цифровыми преобразователями, а входы соединены с выходами усилителей мощности, измеритель крена, модуль формирования, приема и упаковки сигналов, ко входам которого подключены аналого-цифровые преобразователи, усилители мощности и измеритель крена, блок интерфейса, навигационную систему и бортовой компьютер, причем ко входу бортового компьютера подключены выход навигационной системы и через блок интерфейса выход модуля формирования, приема и упаковки сигналов, а также блоки приемной антенны профилографа и первую и вторую антенны накачки профилографа. (Матвиенко Ю.В., Воронин В.А., Тарасов С.П., Скнаря А.В., Тутынин Е.В. Пути совершенствования гидроакустических технологий обследования морского дна с использованием автономных необитаемых подводных аппаратов / Подводные исследования и робототехника. 2009. №2 (8) с. 4-15).Known sonar system for visualizing the underwater space, containing blocks of antennas of the left and right sides, the outputs of which are connected to the corresponding series-connected receiving amplifiers and analog-to-digital converters, and the inputs are connected to the outputs of the power amplifiers, roll meter, a module for generating, receiving and packing signals, the inputs of which are connected to analog-to-digital converters, power amplifiers and a roll meter, an interface unit, a navigation system and an on-board computer ter, moreover, the output of the navigation system is connected to the input of the on-board computer and, through the interface block, the output of the module for generating, receiving and packing signals, as well as the blocks of the receiving antenna of the profilograph and the first and second antennas of pumping the profilograph. (Matvienko Yu.V., Voronin V.A., Tarasov S.P., Sknarya A.V., Tutynin E.V. Ways to improve hydroacoustic technologies for the examination of the seabed using autonomous uninhabited underwater vehicles / Underwater research and robotics. 2009 No. 2 (8) p. 4-15).

Благодаря использованию интерферометрических гидролокаторов бокового обзора (ИГБО) устройство позволяет воспроизводить рельеф дна. Однако в полосе его обзора по-прежнему сохраняется невидимая зона. Кроме того, построение точного рельефа возможно лишь в процессе вторичной обработки с использованием данных, полученных на разных галсах.Thanks to the use of interferometric side-scan sonars (IHBO), the device allows reproducing the bottom topography. However, an invisible zone still remains in his line of sight. In addition, the construction of an accurate relief is possible only in the process of secondary processing using data obtained on different tacks.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому изобретению (прототипом) является известная гидроакустическая система визуализации подводного пространства, содержащая блоки антенн левого и правого бортов, выходы которых соединены с соответствующими последовательно включенными приемными усилителями и аналого-цифровыми преобразователями, а входы соединены с выходами усилителей мощности, измеритель крена, модуль формирования, приема и упаковки сигналов, ко входам которого подключены аналого-цифровые преобразователи, усилители мощности и измеритель крена, блок интерфейса, навигационную систему и бортовой компьютер, причем ко входу бортового компьютера подключены выход навигационной системы и через блок интерфейса выход модуля формирования, приема и упаковки сигналов, антенну многолучевого эхолота, последовательно соединенные блок приемных усилителей и блок аналого-цифровых преобразователей, включенными между выходом антенны многолучевого эхолота и модулем формирования, приема и упаковки сигналов, блок усилителей мощности, включенный между входом антенны многолучевого эхолота и выходом модуля формирования, приема и упаковки сигналов, а также подключенный ко входу этого блока измеритель глубины (Патент РФ №2461845 от 28.04.2011 г., МПК G01S 15/89).The closest in technical essence and the achieved result to the proposed invention (prototype) is the well-known sonar imaging system for the underwater space, containing the left and right side antenna blocks, the outputs of which are connected to the corresponding series-connected receiving amplifiers and analog-to-digital converters, and the inputs are connected to the outputs power amplifiers, roll meter, module for generating, receiving and packing signals, to the inputs of which analog-to-digital are connected transducers, power amplifiers and a roll meter, an interface unit, a navigation system and an on-board computer, the output of the navigation system and the output of a module for generating, receiving and packing signals, an antenna of a multi-beam echo sounder, a series of receiving amplifiers and block of analog-to-digital converters connected between the output of the multi-beam echo sounder antenna and the module for generating, receiving and packing signals, block of power amplifiers, VK located between the antenna input of the multipath echo sounder and the output of the module for generating, receiving and packing signals, as well as the depth gauge connected to the input of this unit (RF Patent No. 2461845 of 04/28/2011, IPC G01S 15/89).

Недостатком этого устройства является невозможность упреждающего обнаружения навигационных препятствий и предотвращения столкновения с ними из-за малого сектора обзора по курсу движения подводного модуля системы.The disadvantage of this device is the inability to proactively detect navigation obstacles and prevent collisions with them due to the small sector of view at the direction of movement of the underwater module of the system.

Техническим результатом изобретения является обеспечение упреждающего обнаружения навигационных препятствий и предотвращения столкновения с ними за счет увеличения сектора обзора по курсу движения подводного модуля системы.The technical result of the invention is to provide proactive detection of navigational obstacles and prevent collisions with them by increasing the field of view at the direction of movement of the underwater module of the system.

Технический результат достигается за счет того, что гидроакустическая система визуализации подводного пространства, содержащая блоки антенн левого и правого бортов, выходы которых соединены с соответствующими последовательно включенными приемными усилителями и аналого-цифровыми преобразователями, а входы соединены с выходами усилителей мощности, измеритель крена, модуль формирования, приема и упаковки сигналов, ко входам которого подключены аналого-цифровые преобразователи, усилители мощности и измеритель крена, блок интерфейса, навигационную систему и бортовой компьютер, причем ко входу бортового компьютера подключены выход навигационной системы и через блок интерфейса выход модуля формирования, приема и упаковки сигналов, антенну многолучевого эхолота, последовательно соединенные блок приемных усилителей и блок аналого-цифровых преобразователей, включенные между выходом антенны многолучевого эхолота и модулем формирования, приема и упаковки сигналов, блок усилителей мощности, включенный между входом антенны многолучевого эхолота и выходом модуля формирования, приема и упаковки сигналов, а также подключенный ко входу этого блока измеритель глубины, снабжена впередсмотрящим гидролокатором секторного обзора, включающим приемно-передающую антенну, усилитель мощности, вход которого подключен к блоку формирования, приема и упаковки сигналов, а выход к излучателю приемно-передающей антенны, последовательно подключенные к приемным элементам приемно-передающей антенны многоканальные усилители и многоканальный аналого-цифровой преобразователь, выход которого подключен к блоку формирования, приема и упаковки сигналов, и устройством звуковой и световой сигнализации, подключенным к выходу компьютера.The technical result is achieved due to the fact that the hydro-acoustic imaging system of the underwater space, containing the left and right side antenna blocks, the outputs of which are connected to the corresponding series-connected receiving amplifiers and analog-to-digital converters, and the inputs are connected to the outputs of the power amplifiers, roll meter, formation module , receiving and packing signals, to the inputs of which are connected analog-to-digital converters, power amplifiers and a roll meter, an interface unit, n the navigation system and the on-board computer, and the output of the navigation system is connected to the input of the on-board computer and, through the interface block, the output of the module for generating, receiving and packing signals, the multipath echo sounder antenna, the receiver amplifiers block and the analog-to-digital transducer block connected between the multipath echo sounder output and a module for generating, receiving and packing signals, a power amplifier unit connected between the input of the multi-beam echo sounder antenna and the output of the module signal receiving, receiving and packing, as well as a depth gauge connected to the input of this unit, is equipped with a forward-looking sector-based sonar, including a transmitting and receiving antenna, a power amplifier, the input of which is connected to a signal generating, receiving and packing unit, and the output to the transmitter transmitting antennas, multichannel amplifiers and a multichannel analog-to-digital converter, the output of which is connected to the forming unit, connected in series to the receiving elements of the transmitting and receiving antenna, receiving and packing signals, and a sound and light alarm device connected to the output of the computer.

Сущность изобретения поясняется чертежами. На Фиг. 1 представлена блок-схема предлагаемого устройства, а на Фиг. 2 - блок-схема компьютерной обработки сигналов.The invention is illustrated by drawings. In FIG. 1 shows a block diagram of the proposed device, and in FIG. 2 is a block diagram of computer signal processing.

Гидроакустическая система визуализации подводного пространства содержит блоки антенн левого и правого бортов 1 и 1′, выходы которых соединены с соответствующими последовательно включенными приемными усилителями 2 и 2′ и аналого-цифровыми преобразователями 3 и 3′, а входы соединены с выходами усилителей мощности 4 и 4′, антенну 5 многолучевого эхолота, приемные элементы которой последовательно соединены со входами блоков приемных усилителей 6 и блоками аналого-цифровых преобразователей 7, блок усилителей мощности 8, подключенный к излучающим элементам антенны многолучевого эхолота 5, измеритель крена 9, измеритель глубины 10, модуль формирования, приема и упаковки сигналов 11, блок интерфейса 12, навигационную систему 13 и бортовой компьютер 14, при этом ко входам модуля формирования, приема и упаковки сигналов 11 подключены аналого-цифровые преобразователи 3, 3′ и блок 7, усилители мощности 4, 4′ и блоки 8, измеритель крена 9, и измеритель глубины 10, а ко входам бортового компьютера 14 подключены навигационная система 13 и через блок интерфейса 12 выход модуля формирования, приема и упаковки сигналов, впередсмотрящий гидролокатор секторного обзора (ГСО), включающий приемно-передающую антенну 15, последовательно подключенные к приемным элементам антенны 15 многоканальные усилители 16 и многоканальный аналого-цифровой преобразователь 17, выход которого подключен к блоку формирования, приема и упаковки сигналов 11, усилитель мощности 18, вход которого подключен к блоку формирования, приема и упаковки сигналов 11, а выход к излучателю приемно-передающей антенны 15, и устройство звуковой и световой сигнализации 19, подключенное к выходу компьютера 14.The underwater imaging system contains blocks of left and right side antennas 1 and 1 ′, the outputs of which are connected to the corresponding series-connected receiving amplifiers 2 and 2 ′ and analog-to-digital converters 3 and 3 ′, and the inputs are connected to the outputs of power amplifiers 4 and 4 ′, An antenna 5 of a multi-beam echo sounder, the receiving elements of which are connected in series with the inputs of the blocks of the receiving amplifiers 6 and the blocks of analog-to-digital converters 7, the block of power amplifiers 8 connected to the radiation the antenna elements of the multi-beam echo sounder 5, roll meter 9, depth meter 10, module for generating, receiving and packing signals 11, an interface unit 12, navigation system 13 and on-board computer 14, while the analogue signal is connected to the inputs of the module for generating, receiving and packing signals 11 digital converters 3, 3 ′ and block 7, power amplifiers 4, 4 ′ and blocks 8, roll meter 9, and depth gauge 10, and the navigation system 13 is connected to the inputs of the on-board computer 14 and the output of the formation, reception module through the interface unit 12 and pack Signals, an up-and-coming sector survey sonar (GSO), including a transmit-receive antenna 15, multi-channel amplifiers 16 and multi-channel analog-to-digital converter 17, the output of which is connected to a signal generation, reception and packaging block 11, an amplifier power 18, the input of which is connected to the block for the formation, reception and packaging of signals 11, and the output to the emitter of the receiving and transmitting antenna 15, and the sound and light signaling device 19, connected to move the computer 14.

Блок-схема системы компьютерной обработки сигналов (Фиг. 2) содержит блок считывания и распаковки сигналов 20, последовательно подключенные к его выходу блок формирования характеристик направленности 21, блок оценки времен задержки эхо-сигналов 22, а также последовательно подключенные к выходу блока 20 соответственно блоки измерения фазы и амплитуды 23 и 23′, блоки оценки начальной фазы 24 и 24′, блоки оценки углов падения лучей 25 и 25′, блоки вычисления координат точек пересечения лучей с поверхностью дна 26, 26′ и 26′′, блок привязки координат пересечения с дном к географической карте 27, а также включенные между выходом блока считывания и распаковки сигналов 20 и входом устройства звуковой и световой сигнализации 19 блок формирования характеристик направленности 28, блок вычисления корреляционных функций 29 и пороговый блок 30.The block diagram of a computer signal processing system (Fig. 2) contains a signal reading and unpacking unit 20, a directional characteristic formation unit 21, an evaluation unit of the delay times of the echo signals 22, and also blocks connected in series to the output of the unit 20, respectively, blocks phase and amplitude measurements 23 and 23 ′, initial phase estimation blocks 24 and 24 ′, ray incidence angle estimation blocks 25 and 25 ′, blocks for calculating the coordinates of the points of intersection of the rays with the bottom surface 26, 26 ′ and 26 ″, per Cross sections with a bottom to the geographical map 27, as well as a block for generating directivity characteristics 28, a block for calculating correlation functions 29, and a threshold block 30, which are connected between the output of the signal reading and decompressing unit 20 and the input of the sound and light signaling device 19.

Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.

Все излучаемые сигналы одновременно формируются блоком 11 и последовательно подключаются к блокам усилителей мощности 4, 4′, 8 и 18 и излучающим элементам антенн 1, 1′, 5 и 15. Конструктивно антенны 1, 1′ и 5 выполнены таким образом, что луч каждой из них узок вдоль направления движения, и широк в поперечном направлении, причем сектор обзора антенны 5 приходится на середину полосы обзора дна, а сектора обзора антенн левого и правого бортов 1 и 1′ расположены слева и справа от буксировщика подводного модуля и пересекаются с сектором обзора многолучевого эхолота. Приемные элементы антенны 5 многолучевого эхолота расположены вдоль линии (или дуги, обращенной вниз), лежащей в плоскости, перпендикулярной направлению движения. Блоки антенн каждого борта 1 и 1′ состоят из двух разнесенных по вертикали линейных антенн с характеристикой направленности, узкой в горизонтальной плоскости и широкой в вертикальной. Приемно-передающая антенна 18 размещается в носовой части подводного модуля. Ее элементы располагаются на не менее чем двух разнесенных по вертикали горизонтальных линиях или дугах, обращенных вперед. Сигналы с выхода приемных элементов антенн 1, 1′ 5 и 15 усиливаются в блоках 2, 2′, 6 и 16, оцифровываются в блоках 3, 3′, 7 и 17 и поступают в блок 11, в котором происходит упаковка принятых сигналов для последующей передачи их через блок интерфейса 12 на бортовой компьютер 14. К сигналам с приемных антенн 1, 1′, 5 и 15 в блоке 11 примешиваются сигналы с выхода измерителя крена 9 и измерителя глубины 10, к бортовому компьютеру 14 дополнительно подключается навигационная система 13, обеспечивающая необходимые исходные данные для привязки воспроизводимого рельефа дна к географической карте местности.All emitted signals are simultaneously generated by block 11 and connected in series to blocks of power amplifiers 4, 4 ′, 8, and 18 and radiating elements of antennas 1, 1 ′, 5, and 15. Structurally, antennas 1, 1 ′, and 5 are designed so that each of these, it is narrow along the direction of travel and wide in the transverse direction, with the antenna sector of sight 5 being in the middle of the bottom viewing band, and the antenna sectors of the left and right sides 1 and 1 ′ are located to the left and right of the underwater module tow and intersect with the field of view multibeam woofer. The receiving elements of the antenna 5 of the multi-beam echo sounder are located along a line (or arc facing down) lying in a plane perpendicular to the direction of movement. The antenna blocks of each side 1 and 1 ′ consist of two vertically spaced linear antennas with a directivity characteristic narrow in the horizontal plane and wide in the vertical. The transmit-receive antenna 18 is located in the bow of the underwater module. Its elements are located on at least two vertically spaced horizontal lines or arcs facing forward. The signals from the output of the receiving elements of the antennas 1, 1 ′ 5 and 15 are amplified in blocks 2, 2 ′, 6 and 16, digitized in blocks 3, 3 ′, 7 and 17 and fed to block 11, in which the received signals are packaged for subsequent transmitting them through the interface unit 12 to the on-board computer 14. The signals from the output of the roll meter 9 and the depth meter 10 are mixed with the signals from the receiving antennas 1, 1 ′, 5, and 15; the navigation system 13 is additionally connected to the on-board computer 14, which provides necessary source data for referencing reproduced terrain and the bottom to the geographical map of the area.

Обработка сигналов в бортовом компьютере 14 осуществляется следующим образом. Сигналы с приемных элементов всех антенн через блок интерфейса 12 принимаются блоком считывания и распаковки сигналов 20 и распределяются на четыре потока, соответствующие сигналам от блоков приемных антенн многолучевого эхолота 5, блоков антенн 1 и 1′ левого и правого бортов и от антенны 15 впередсмотрящего гидролокатора секторного обзора. По совокупности сигналов от элементов приемной антенны многолучевого эхолота в блоке 21 формируется веер характеристик направленности, оси которых равномерно распределены по ширине сектора обзора многолучевого эхолота. Для каждого сформированного луча в блоке 22 вычисляется корреляционная функция принятого сигнала с излученным и по положению максимума корреляционной функции оценивается время задержки эхо-сигнала, приходящего от точки пересечения луча с дном. Таким образом, на выходе блока 22 формируется совокупность времен задержки τ(αi) и максимумов корреляционной функции А(αi) для каждого луча, характеризуемого углом α1.Signal processing in the on-board computer 14 is as follows. Signals from the receiving elements of all antennas through the interface unit 12 are received by the signal reading and unpacking unit 20 and distributed into four streams corresponding to signals from the receiving antenna blocks of the multi-beam echo sounder 5, antenna blocks 1 and 1 ′ of the left and right sides and from the antenna 15 of the forward looking sector sonar review. Based on the aggregate of signals from the elements of the receiving antenna of the multipath echo sounder, a fan of directional characteristics is formed in block 21, the axes of which are uniformly distributed over the width of the viewing sector of the multipath echo sounder. For each beam formed in block 22, the correlation function of the received signal with the emitted is calculated and the delay time of the echo signal coming from the point of intersection of the beam with the bottom is estimated from the position of the maximum of the correlation function. Thus, at the output of block 22, a combination of delay times τ (α i ) and maxima of the correlation function A (α i ) for each ray characterized by the angle α 1 is formed .

По сигналам с выхода пар приемных антенн левого и правого бортов в блоках 23 и 23′ соответственно производятся текущие оценки амплитуды эхо-сигнала и фазового сдвига между сигналами на выходах пары антенн. Амплитуда сигнала определяется путем сложения квадратов реальной и мнимой частей с выхода каждой антенны:The signals from the output of the pairs of receiving antennas of the left and right sides in blocks 23 and 23 ′, respectively, make current estimates of the amplitude of the echo signal and the phase shift between the signals at the outputs of the pair of antennas. The signal amplitude is determined by adding the squares of the real and imaginary parts from the output of each antenna:

Figure 00000001
Figure 00000001

где Re1, Imi, Re2 и Im2 - реальные и мнимые компоненты сигналов на выходе первой и второй антенны соответственно.where Re 1 , Im i , Re 2 and Im 2 are the real and imaginary components of the signals at the output of the first and second antennas, respectively.

Фазовый сдвиг определяется известным способом:The phase shift is determined in a known manner:

Figure 00000002
Figure 00000002

Вследствие периодичности функции арктангенса данная оценка фазового сдвига производится с точностью до постоянной величины, кратной π.Due to the periodicity of the arc tangent function, this estimation of the phase shift is carried out accurate to a constant multiple of π.

Фазовому сдвигу соответствует угол падения луча α:The phase shift corresponds to the angle of incidence α:

Figure 00000003
Figure 00000003

где β - угол наклона линии, соединяющей линейные антенны ГБО;where β is the angle of inclination of the line connecting the linear HBO antennas;

d - расстояние между линейными антеннами ГБО;d is the distance between the linear HBO antennas;

λ - длина волны излучения в воде.λ is the wavelength of radiation in water.

Неоднозначность оценки фазового сдвига приводит к неоднозначности определения угла падения луча. В устройстве прототипа для устранения неоднозначности воспроизведение рельефа дна осуществляется вторичная обработка с использованием данных, полученных на нескольких галсах. В предлагаемом устройстве неоднозначность определения фазового сдвига устраняется в блоках 24 и 24′ непосредственно в процессе обработки текущих данных. Достигается это тем, что для идентификации соответствия между фазовым сдвигом и углом падения луча используются данные многолучевого эхолота. По полученной совокупности задержек τ(αi) каждому времени t можно поставить в соответствие угол падения луча α, для которого время задержки сигнала равно t. Выбрав некоторое опорное время t0, можно определить соответствующее начальный угол α0 и в соответствии с формулой (3) поставить ему начальную фазу Δφ0.The ambiguity of the estimation of the phase shift leads to the ambiguity of determining the angle of incidence of the beam. In the prototype device, to eliminate the ambiguity, the bottom topography is reproduced by secondary processing using data obtained on several tacks. In the proposed device, the ambiguity of determining the phase shift is eliminated in blocks 24 and 24 ′ directly in the process of processing current data. This is achieved by the fact that to identify the correspondence between the phase shift and the angle of incidence of the beam data are used multipath echo sounder. According to the obtained set of delays τ (α i ), each time t can be associated with the angle of incidence α, for which the signal delay time is t. Having chosen some reference time t 0 , it is possible to determine the corresponding initial angle α 0 and, in accordance with formula (3), set the initial phase Δφ 0 to it .

Figure 00000004
Figure 00000004

где γ0 - значение крена носителя на момент времени t0.where γ 0 is the roll value of the carrier at time t 0 .

В блоках 25 и 25′ вычисляется текущий угол падения луча. Уравнение для вычисления этого угла получается путем вычитания (4) из (3):In blocks 25 and 25 ′, the current angle of incidence of the beam is calculated. The equation for calculating this angle is obtained by subtracting (4) from (3):

Figure 00000005
Figure 00000005

Благодаря тому, что в формуле пересчета используется разность фазовых сдвигов в начальный и текущий моменты времени, неоднозначность вычисления фазы в начальный момент времени становится неактуальной. Однако при вычислении фазового сдвига в текущий момент времени необходимо учитывать приращения фазы, кратные 2π. Для этого необходимо осуществлять подсчет интерференционных полос и с появлением каждой новой полосы прибавлять 2π к текущей оценке фазы, выполненной по формуле (2).Due to the fact that in the recalculation formula the difference of phase shifts at the initial and current time points is used, the ambiguity of the phase calculation at the initial time moment becomes irrelevant. However, when calculating the phase shift at the current time, it is necessary to take into account phase increments that are multiples of 2π. To do this, it is necessary to calculate interference fringes and, with the advent of each new fringe, add 2π to the current phase estimate made by formula (2).

Таким образом, на выходе блоков 25 и 25′ для каждого момента времени формируются оценки углов падения луча на поверхность дна. В блоках 26, 26′ и 26′′ по полученным оценкам зависимости угла α, для текущего времени ti производится вычисление координат пересечения с дном. В предположении, что скорость звука с по глубине остается неизменной, координаты Xa,i и Za,i точки пересечения луча с дном относительно центра соответствующей антенны определяются аналитически:Thus, at the output of blocks 25 and 25 ′, estimates of the angles of incidence of the beam on the bottom surface are formed for each time instant. In blocks 26, 26 ′ and 26 ″ according to the obtained estimates of the dependence of the angle α, the coordinates of the intersection with the bottom are calculated for the current time t i . Assuming that the speed of sound with depth remains unchanged, the coordinates X a, i and Z a, i of the point of intersection of the beam with the bottom relative to the center of the corresponding antenna are determined analytically:

Figure 00000006
Figure 00000006

Для определения координат точки пересечения луча с дном в условиях известного распределения скорости звука по глубине может быть использована лучевая программа, которая для заданного угла падения луча строит траекторию распространения луча и вычисляет время распространения вдоль этой траектории. Траектория луча строится до тех пор, пока время распространения звука по лучу не буде равно половине текущего времени. Совокупность концов построенных траекторий определяет координаты точек Xa,i, Za,i на поверхности рельефа в системе координат соответствующей антенны. В блоке 27 производится пересчет этих точек в географической карте местности по следующей формуле:To determine the coordinates of the point of intersection of the beam with the bottom under the conditions of a known distribution of the speed of sound over depth, a beam program can be used which, for a given angle of incidence of the beam, builds the path of the beam and calculates the propagation time along this path. The beam path is constructed until the propagation time of sound along the beam is equal to half the current time. The set of ends of the constructed trajectories determines the coordinates of the points X a, i , Z a, i on the surface of the relief in the coordinate system of the corresponding antenna. In block 27, these points are recalculated in the geographical map of the area according to the following formula:

XiН+(Ха+Xa,i)cosК+(Ya-LГ)sinКX i = X H + (X a + X a, i ) cosK + (Y a -L G ) sinK

Yi=YH+(Ya-LГ)cosK+(Xa+Xa,i)sinКY i = Y H + (Y a -L Г ) cosK + (X a + X a, i ) sinК

Zi=HПМ+Za+Zi Z i = H PM + Z a + Z i

где ХН и YH - географические координаты носителя гидролокатора, определяемые навигационной системой носителя;where X N and Y H are the geographical coordinates of the sonar carrier, determined by the navigation system of the carrier;

LГ - горизонтальное расстояние между началами координат носителя и подводного модуля гидролокатора.L G - the horizontal distance between the coordinates of the carrier and the underwater module of the sonar.

К - курсовой угол движения носителя;K - heading angle of carrier movement;

Ха, Ya, Za - координаты фазового центра антенны относительно центра подводного модуля гидролокатора.X a , Y a , Z a - coordinates of the phase center of the antenna relative to the center of the underwater sonar module.

НПМ - глубина погружения подводного модуля.N PM - the immersion depth of the underwater module.

Обработка данных от антенны впередсмотрящего гидролокатора секторного обзора включает формирование в блоке 28 двумерной характеристики направленности, вычисление в блоке 29 корреляционной функции принимаемого в сформированных каналах сигнала с излученным и выделении в пороговом блоке 30 пространственных каналов, в которых произошло превышение порога. При превышении порога компьютер 14 включает звуковую и световую сигнализацию, а координаты пространственных каналов, в которых произошло превышение порога, отображаются на его дисплее. Здесь же отображаются сформированное акустическое изображение дна и его рельеф.Processing data from the antenna of the forward-looking sector-based sonar includes the formation in block 28 of a two-dimensional directivity pattern, the calculation in block 29 of the correlation function of the signal received in the generated channels with the emitted signal and the allocation of spatial channels in the threshold block 30 in which the threshold has been exceeded. When the threshold is exceeded, computer 14 turns on sound and light alarms, and the coordinates of the spatial channels in which the threshold is exceeded are displayed on its display. The generated acoustic image of the bottom and its relief are also displayed here.

Изобретение в отличие от прототипа обеспечивает повышение надежности гидроакустической системы за счет упреждающего обнаружения навигационных опасностей по курсу буксировки подводного модуля гидроакустической системы и предотвращения столкновения с ними.The invention, in contrast to the prototype, provides increased reliability of the sonar system due to proactive detection of navigation hazards at the tow rate of the underwater module of the sonar system and to prevent collision with them.

Claims (1)

Гидроакустическая система визуализации подводного пространства, содержащая блоки антенн левого и правого бортов, выходы которых соединены с соответствующими последовательно включенными приемными усилителями и аналого-цифровыми преобразователями, а входы соединены с выходами усилителей мощности, измеритель крена, модуль формирования, приема и упаковки сигналов, ко входам которого подключены аналого-цифровые преобразователи, усилители мощности и измеритель крена, блок интерфейса, навигационную систему и бортовой компьютер, причем ко входу бортового компьютера подключены выход навигационной системы и через блок интерфейса выход модуля формирования, приема и упаковки сигналов, антенну многолучевого эхолота, последовательно соединенные блок приемных усилителей и блок аналого-цифровых преобразователей, включенные между выходом антенны многолучевого эхолота и модулем формирования, приема и упаковки сигналов, блок усилителей мощности, включенный между входом антенны многолучевого эхолота и выходом модуля формирования, приема и упаковки сигналов, а также подключенный ко входу этого блока измеритель глубины, отличающаяся тем, что она снабжена впередсмотрящим гидролокатором секторного обзора, включающим приемно-передающую антенну, усилитель мощности, вход которого подключен к блоку формирования, приема и упаковки сигналов, а выход к излучателю приемно-передающей антенны, последовательно подключенные к приемным элементам приемно-передающей антенны многоканальные усилители и многоканальный аналого-цифровой преобразователь, выход которого подключен к блоку формирования, приема и упаковки сигналов, и устройством звуковой и световой сигнализации, подключенным к выходу компьютера. A hydro-acoustic system for visualizing the underwater space, containing the left and right side antenna blocks, the outputs of which are connected to the corresponding series-connected receiving amplifiers and analog-to-digital converters, and the inputs are connected to the outputs of the power amplifiers, a roll meter, a module for generating, receiving and packing signals, to the inputs which is connected to analog-to-digital converters, power amplifiers and a roll meter, an interface unit, a navigation system and an on-board computer, and to the output of the navigation system is connected to the input of the on-board computer and, through the interface block, the output of the module for generating, receiving and packing signals, the multipath echo sounder antenna, the block of receiving amplifiers and the analog-to-digital transducer unit connected between the output of the multipath echo sounder antenna and the module for generating, receiving and packing signals , a unit of power amplifiers connected between the input of the multipath echo sounder antenna and the output of the module for generating, receiving and packing signals, as well as connected Depth measuring device that is connected to the input of this unit, characterized in that it is equipped with a forward-looking sector-based sonar, including a transmitting and receiving antenna, a power amplifier, the input of which is connected to a block for generating, receiving and packing signals, and the output to a transmitter-receiver antenna multi-channel amplifiers and a multi-channel analog-to-digital converter connected to the receiving elements of the receiving and transmitting antenna, the output of which is connected to the signal generating, receiving, and packing unit And device audible and visual alarm connected to the output computer.
RU2014124934/28A 2014-06-19 2014-06-19 Hydroacoustic system for imaging underwater space RU2572666C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2014124934/28A RU2572666C1 (en) 2014-06-19 2014-06-19 Hydroacoustic system for imaging underwater space

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2014124934/28A RU2572666C1 (en) 2014-06-19 2014-06-19 Hydroacoustic system for imaging underwater space

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2014124934A RU2014124934A (en) 2015-12-27
RU2572666C1 true RU2572666C1 (en) 2016-01-20

Family

ID=55023264

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2014124934/28A RU2572666C1 (en) 2014-06-19 2014-06-19 Hydroacoustic system for imaging underwater space

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2572666C1 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2759497C1 (en) * 2021-02-12 2021-11-15 Акционерное Общество "Концерн "Океанприбор" Multibeam echo sounder of an autonomous unmanned underwater vehicle
RU2825075C1 (en) * 2024-04-09 2024-08-19 Федеральное государственное учреждение науки Тихоокеанский океанологический институт им. В.И. Ильичева Дальневосточного отделения Российской академии наук Autonomous recorder of hydrophysical parameters

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3946355A (en) * 1973-09-17 1976-03-23 Etat Francais Multiplexing device for panoramic sonar systems
SU989504A1 (en) * 1981-07-27 1983-01-15 Северо-Западный Заочный Политехнический Институт Device for recognizing underwater grounds
EP1426786A1 (en) * 2001-09-13 2004-06-09 Institute of Acoustics, Chinese Academy of Sciences High resolution bathymetric sonar system and measuring method for measuring the physiognomy of the seabed
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
RU121941U1 (en) * 2012-05-14 2012-11-10 Галина Михайловна Волк DEVICE FOR VISUALIZATION OF UNDERWATER OBJECTS
RU133504U1 (en) * 2013-03-19 2013-10-20 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Северо-Кавказский федеральный университет" DEVICE FOR HYDROACOUSTIC VISUALIZATION OF UNDERWATER SPACE UNDER CONDITIONS OF LIMITED VISIBILITY

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3946355A (en) * 1973-09-17 1976-03-23 Etat Francais Multiplexing device for panoramic sonar systems
SU989504A1 (en) * 1981-07-27 1983-01-15 Северо-Западный Заочный Политехнический Институт Device for recognizing underwater grounds
EP1426786A1 (en) * 2001-09-13 2004-06-09 Institute of Acoustics, Chinese Academy of Sciences High resolution bathymetric sonar system and measuring method for measuring the physiognomy of the seabed
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
RU121941U1 (en) * 2012-05-14 2012-11-10 Галина Михайловна Волк DEVICE FOR VISUALIZATION OF UNDERWATER OBJECTS
RU133504U1 (en) * 2013-03-19 2013-10-20 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Северо-Кавказский федеральный университет" DEVICE FOR HYDROACOUSTIC VISUALIZATION OF UNDERWATER SPACE UNDER CONDITIONS OF LIMITED VISIBILITY

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2759497C1 (en) * 2021-02-12 2021-11-15 Акционерное Общество "Концерн "Океанприбор" Multibeam echo sounder of an autonomous unmanned underwater vehicle
RU2825075C1 (en) * 2024-04-09 2024-08-19 Федеральное государственное учреждение науки Тихоокеанский океанологический институт им. В.И. Ильичева Дальневосточного отделения Российской академии наук Autonomous recorder of hydrophysical parameters

Also Published As

Publication number Publication date
RU2014124934A (en) 2015-12-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US11609316B2 (en) Integrated sonar devices and methods
US11119211B2 (en) Acoustic doppler system and method
US6501704B2 (en) Underwater object positioning system
RU2461845C1 (en) Hydroacoustic system for imaging underwater space
CA2775115C (en) Method and device for measuring a contour of the ground
RU2012153734A (en) METHOD FOR SHOOTING AQUATORIA BOTTOM RELIEF AND DEVICE FOR SHOOTING AQUATORIA BOTTOM RELIEF
RU2009110868A (en) METHOD FOR SHOOTING AQUATORIA BOTTOM RELIEF AND DEVICE FOR ITS IMPLEMENTATION
RU2629916C1 (en) Method and device for determining initial coordinates of independent unmanned underwater apparatus
US20220236437A1 (en) Method and system for determining top and bottom depth of an under water mud layer
JP6714261B2 (en) Underwater detection device, underwater detection method, and underwater detection program
RU2649073C1 (en) Method for determining coordinates of the underwater object by the hydroacoustic system of underwater navigation with an alignment beacon
RU2653956C1 (en) Method of determination of present position data in the bistatic mode of hydrospace detection
RU2572666C1 (en) Hydroacoustic system for imaging underwater space
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
KR101331333B1 (en) Method and device for measuring a profile of the ground
RU151204U1 (en) HYDROACOUSTIC LIGHTING SYSTEM FOR UNDERWATER SPACE
RU2529207C1 (en) Navigation system for towed underwater vehicle
RU2623830C1 (en) Method of remote determination of relief and sedimentation of underwater iceberg part
RU2660292C1 (en) Method for determining object immersion depth
JP3509015B2 (en) Buried object detection method and buried object detection sonar
CA2794966C (en) Method and device for measuring a ground profile
RU2516602C1 (en) Method to determine depth of object submersion
CN117805830B (en) Ship relative position measuring method, system, equipment and storage medium
RU2712799C1 (en) Hydroacoustic navigation device with four-element short-base receiving antenna
RU2654366C1 (en) Active sonar

Legal Events

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

Effective date: 20160620

NF4A Reinstatement of patent

Effective date: 20190522

PC41 Official registration of the transfer of exclusive right

Effective date: 20200204