RU2575045C1 - System and method of determining location of diver - Google Patents
System and method of determining location of diver Download PDFInfo
- Publication number
- RU2575045C1 RU2575045C1 RU2014141240/28A RU2014141240A RU2575045C1 RU 2575045 C1 RU2575045 C1 RU 2575045C1 RU 2014141240/28 A RU2014141240/28 A RU 2014141240/28A RU 2014141240 A RU2014141240 A RU 2014141240A RU 2575045 C1 RU2575045 C1 RU 2575045C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- diver
- vessel
- equipment
- beacons
- coordinates
- Prior art date
Links
- 241001415961 Gaviidae Species 0.000 title claims abstract description 133
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 12
- 238000004891 communication Methods 0.000 claims abstract description 5
- 230000000875 corresponding Effects 0.000 claims description 6
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims description 3
- 238000005755 formation reaction Methods 0.000 claims description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 4
- 238000007654 immersion Methods 0.000 abstract description 2
- 238000009877 rendering Methods 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 102100015597 SSPN Human genes 0.000 description 6
- 108060007893 SSPN Proteins 0.000 description 6
- 102100003818 GCG Human genes 0.000 description 4
- 101710042131 GCG Proteins 0.000 description 4
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 4
- 108060004151 IWS1 Proteins 0.000 description 3
- 101700042820 POP7 Proteins 0.000 description 3
- 101710005161 RPLP2 Proteins 0.000 description 3
- 102100002075 RPLP2 Human genes 0.000 description 3
- 101700028744 RPP1 Proteins 0.000 description 3
- 101700037465 RPP2A Proteins 0.000 description 3
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 3
- 101700077246 EHMT1 Proteins 0.000 description 2
- 101710004768 GER5 Proteins 0.000 description 2
- 101710004110 GLP Proteins 0.000 description 2
- 101700031223 GLP2 Proteins 0.000 description 2
- 101700001004 GPP1 Proteins 0.000 description 2
- 101700000203 GPP2 Proteins 0.000 description 2
- 101700022962 HSP12 Proteins 0.000 description 2
- 101710042151 Os01g0681900 Proteins 0.000 description 2
- 101710039481 Os03g0179100 Proteins 0.000 description 2
- 101700078733 ZGLP1 Proteins 0.000 description 2
- 238000002592 echocardiography Methods 0.000 description 2
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 2
- 206010068760 Ulcers Diseases 0.000 description 1
- 101710038527 idsA3 Proteins 0.000 description 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 1
- 230000000737 periodic Effects 0.000 description 1
- 230000001702 transmitter Effects 0.000 description 1
- 231100000397 ulcer Toxicity 0.000 description 1
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к средствам повышения безопасности водолаза при выполнении подводно-технических работ различного назначения.The invention relates to means for improving the safety of a diver when performing underwater operations for various purposes.
Водолазные работы обычно обеспечиваются судном, которое называют судно-обеспечитель (в дальнейшем - судно). На судне располагаются средства обеспечения водолазных работ, в том числе технические средства, связанные с безопасностью погружения, контролем и управлением деятельности водолазов. Одной из таких систем является система определения местоположения водолаза.Diving operations are usually provided by the vessel, which is called the supply vessel (hereinafter - the vessel). The vessel is equipped with diving support equipment, including technical equipment related to diving safety, monitoring and managing the activities of divers. One such system is a diver positioning system.
Известны способы и устройства, позволяющие решать навигационные задачи в полном объеме или частично.Known methods and devices for solving navigation problems in full or in part.
В свидетельстве РФ на полезную модель [1] водолаз имеет двухканальную корреляционную систему, с помощью которой определяет направление на источник акустического сигнала. В этой системе отсутствует возможность определения дистанции до источника сигнала и своего местоположения в географической системе координат.In the RF certificate for a utility model [1], the diver has a two-channel correlation system, with the help of which he determines the direction to the source of the acoustic signal. In this system, it is not possible to determine the distance to the signal source and its location in the geographical coordinate system.
В патенте США [2] предлагается навигационная база, состоящая из донных маяков-ответчиков с гидроакустическими приемопередатчиками и дрейфующего маяка-ответчика, который дополнительно оснащен системой спутниковой навигации. Дрейфующий маяк в системе реального времени по гидроакустическому каналу взаимодействует с донными маяками-ответчиками с целью определения их координат и передачи их водолазу. Далее водолаз своими средствами решает триангуляционную задачу, определяя собственные координаты. К недостаткам этой системы можно отнести наличие донных маяков, а также отсутствие в заявленном устройстве способа и аппаратуры для передачи координат водолаза на судно, т.е. не обеспечивается контроль местоположения водолаза внешними (по отношению к водолазу) системами.US patent [2] proposes a navigation base consisting of bottom transponder beacons with sonar transceivers and a drifting transponder beacon, which is additionally equipped with a satellite navigation system. A real-time drifting beacon interacts with the transponder bottom beacons through a sonar channel to determine their coordinates and transfer them to the diver. Further, the diver by his own means solves the triangulation problem, determining his own coordinates. The disadvantages of this system include the presence of bottom beacons, as well as the absence in the claimed device of a method and apparatus for transmitting the coordinates of a diver to a vessel, i.e. control of the diver’s location by external (relative to the diver) systems is not provided.
Водолазная система подводной навигации, заявленная в патенте РФ [3], содержит кроме судна, имеющего полный набор технических средств, маяк-ответчик с гидроакустическим приемопередатчиком и средствами спутниковой навигации, а также блок водолаза, в котором для навигации используются гидроакустический приемопередатчик, эхолот, датчики курса, крена/дифферента, спутниковая навигация. Координаты водолаза определяются при использовании данных от эхолота водолаза и данных спутниковой навигации, передаваемых с маяков и с судна по гидроакустическому каналу. Положение водолаза отображается на дисплее водолаза и на мониторе судна. Устройство позволяет решать навигационные задачи, но перегружено многочисленными разнотипными техническими средствами у водолаза, что требует соответствующего энергопотребления, размещения аппаратуры в снаряжении водолаза, а также решения задачи гидроакустической совместимости разнородных средств. Кроме того, при работе в акватории с сильно расчлененным дном или при выполнении подводно-технических работ, когда на дне имеются отражающие объекты, эхолот, который дает основную информацию для решения координатной задачи, может регистрировать не глубину места, а расстояние до отражающего объекта.The diving underwater navigation system claimed in the RF patent [3] contains, in addition to a vessel with a full set of technical equipment, a transponder beacon with a sonar transceiver and satellite navigation means, as well as a diver block in which a sonar transceiver, echo sounder, and sensors are used for navigation heading, roll / trim, satellite navigation. The diver’s coordinates are determined using data from the diver’s sonar and satellite navigation data transmitted from the lighthouses and from the vessel via the sonar channel. The diver’s position is displayed on the diver’s display and on the ship’s monitor. The device allows you to solve navigation problems, but is overloaded with numerous heterogeneous technical equipment at the diver, which requires appropriate power consumption, equipment placement in the diver’s equipment, as well as solving the problem of hydroacoustic compatibility of dissimilar means. In addition, when working in the water area with a very dissected bottom or when performing underwater technical work, when there are reflecting objects at the bottom, the echo sounder, which provides basic information for solving the coordinate problem, can record not the depth of the place, but the distance to the reflecting object.
Известна система навигации для водолазов по патенту [4]. Система состоит из аппаратуры дрейфующих маяков, судна и аппаратуры водолаза. Маяки и судно оборудованы средствами спутниковой навигации в реальном времени, а также гидроакустическими приемопередатчиками. В аппаратуре водолаза имеется гидроакустический приемник с дисплеем, на котором может отображаться принимаемая по гидроакустическому каналу информация. Система [4] работает следующим образом. Водолаз принимает сигналы от дрейфующих маяков и судна, причем каждый из этих сигналов содержит идентификационный код источника сигнала и информацию о его географических координатах. В компьютерном устройстве, входящем в аппаратуру водолаза, на основе полученной информации решается задача определения собственного местоположения. Рассчитанные координаты отображаются на дисплее водолаза.Known navigation system for divers according to the patent [4]. The system consists of drifting beacon equipment, a ship and diver equipment. The lighthouses and the ship are equipped with real-time satellite navigation and sonar transceivers. The diver’s equipment has a sonar receiver with a display on which information received through the sonar channel can be displayed. System [4] works as follows. The diver receives signals from drifting beacons and the vessel, each of these signals containing the identification code of the signal source and information about its geographical coordinates. In a computer device included in the diver’s equipment, based on the information received, the problem of determining one’s own location is solved. The calculated coordinates are displayed on the diver's display.
Отметим, что во всех известных устройствах, кроме устройства по патенту РФ №110503, навигационная задача решается водолазом, но на судне в рамках заявленных технических решений отсутствует возможность определения местоположения водолаза.Note that in all known devices, except for the device according to the patent of the Russian Federation No. 110503, the navigation problem is solved by a diver, but on the vessel, within the framework of the claimed technical solutions, it is not possible to determine the location of the diver.
Наиболее близким к предлагаемому техническому решению по техническим и функциональным характеристикам является «Гидроакустическая система подводной навигации для водолазов», предложенная в патенте [4]. Это устройство принято за прототип. Способ навигации, который реализуется в устройстве-прототипе, следует из анализа структуры и связей устройства [4], а также из описания его работы.Closest to the proposed technical solution for technical and functional characteristics is the "Hydroacoustic underwater navigation system for divers", proposed in the patent [4]. This device is taken as a prototype. The navigation method, which is implemented in the prototype device, follows from an analysis of the structure and connections of the device [4], as well as from a description of its operation.
К недостаткам устройства-прототипа следует отнести:The disadvantages of the prototype device include:
- отсутствие у водолаза гидроакустического передатчика, что не позволяет водолазу передать на судно результаты решения им координатной задачи и, как следствие, отсутствие (по заявленному устройству) на судне возможности формирования координатной трассы перемещения обеспечиваемого водолаза;- the diver’s lack of a hydroacoustic transmitter, which does not allow the diver to transmit to the vessel the results of solving the coordinate problem by him and, as a result, the vessel’s lack (according to the claimed device) of the formation of the coordinate path of the diver provided;
- отсутствие возможности организации двусторонней связи, передача информации может осуществляться только по линии «судно-водолаз»;- the lack of the possibility of organizing two-way communication, the transfer of information can be carried out only through the "ship-diver"
- отсутствие системы оперативного измерения скорости звука, которая может меняться в зависимости от изменения гидрометеорологических условий или глубины, на которой выполняются водолазные работы, что влияет на точность результатов решения координатной задачи;- the absence of a system for the operational measurement of the speed of sound, which can vary depending on changes in hydrometeorological conditions or the depth at which diving operations are performed, which affects the accuracy of the results of solving the coordinate problem;
- решение координатной задачи средствами, имеющимися в снаряжении водолаза, требует введения в состав этих средств дополнительных вычислительных ресурсов и соответствующего энергообеспечения;- the solution of the coordinate problem by means available in the diver’s equipment requires the introduction of additional computing resources and the corresponding energy supply;
- вся информация от маяков, необходимая для решения водолазом координатной задачи, передается только по гидроакустическому каналу, что требует принятия мер по обеспечению необходимой достоверности принимаемых данных в условиях искажающего воздействия гидроакустического канала и, соответственно, дополнительного энергопотребления.- all the information from the beacons necessary for the diver to solve the coordinate problem is transmitted only through the sonar channel, which requires measures to ensure the necessary reliability of the received data under the distorting effects of the sonar channel and, accordingly, additional energy consumption.
Основной задачей заявляемого технического решения является определение на судне, которое обеспечивает водолазные работы, местоположения контролируемого водолаза и фиксации трассы его движения.The main objective of the proposed technical solution is the determination on the vessel, which provides diving operations, the location of the monitored diver and fixing the route of his movement.
Техническими результатами предлагаемой системы и способа определения местоположения водолаза являются:The technical results of the proposed system and method for determining the location of a diver are:
- передача решения координатной задачи с воспроизведением координат и трассы движения контролируемого водолаза на судно;- transmission of the solution of the coordinate problem with the reproduction of the coordinates and movement paths of the controlled diver to the vessel;
- оперативный контроль и корректировка величины скорости звука в акватории;- operational control and adjustment of sound velocity in the water area;
- упрощение аппаратуры водолаза и маяков, а также уменьшение энергопотребления этой аппаратуры.- simplification of the equipment of the diver and lighthouses, as well as reducing the energy consumption of this equipment.
Для достижения заявляемых технических результатовTo achieve the claimed technical results
в систему определения местоположения водолаза,into the diver’s positioning system,
- содержащую аппаратуру судна, аппаратуру первого и второго маяков, дрейфующих в акватории, где выполняются водолазные работы,- containing the equipment of the vessel, the equipment of the first and second lighthouses drifting in the water area where diving operations are performed,
- при этом аппаратура судна и аппаратура каждого маяка содержит собственный гидроакустический приемопередающий тракт, имеющий акустическую антенну, устройство формирования/обработки информации, собственный приемник спутниковой навигации, выполненный с возможностью определения собственных координат в реальном времени;- while the vessel’s equipment and the equipment of each lighthouse contains its own sonar transceiver path having an acoustic antenna, an information forming / processing device, its own satellite navigation receiver, configured to determine its own coordinates in real time;
- аппаратура судна содержит дисплей с пультом управления, соединенный с собственным устройством формирования/обработки информации,- the apparatus of the vessel contains a display with a control panel connected to its own device for the formation / processing of information,
- аппаратура водолаза содержит акустическую антенну и гидроакустический тракт,- the diver’s equipment contains an acoustic antenna and a sonar tract,
введены новые признаки:new features introduced:
- аппаратура судна и аппаратура каждого маяка дополнительно содержат приемно-излучающие тракты радиосвязи, соединенные каждый с соответствующим устройством формирования/обработки информации,- the vessel’s equipment and the equipment of each lighthouse additionally contain receiving and emitting radio communication paths, each connected to a corresponding information generation / processing device,
- гидроакустический тракт и акустическая антенна аппаратуры водолаза выполнены с возможностью приема и передачи информации;- the sonar tract and the acoustic antenna of the diver’s equipment are configured to receive and transmit information;
- акустические антенны судна, акустические антенны маяков и акустическая антенна водолаза выполнены ненаправленными.- the acoustic antennas of the vessel, the acoustic antennas of the beacons and the acoustic antenna of the diver are omnidirectional.
В способ определения местоположения водолаза, включающийIn a method for determining the location of a diver, comprising
- определение судном и маяками, дрейфующими в акватории, где выполняются водолазные работы, с помощью системы спутниковой навигации собственных координат в реальном времени, а также дистанции между судном и каждым маяком,- determination by a vessel and lighthouses drifting in the water area where diving operations are carried out, using the satellite navigation system of its own coordinates in real time, as well as the distance between the vessel and each lighthouse,
- передачу и прием сигналов по гидроакустическому каналу аппаратурой судна и аппаратурой каждого из маяков,- transmission and reception of signals through the hydroacoustic channel by the vessel’s equipment and the equipment of each of the beacons,
- прием сигналов по гидроакустическому каналу аппаратурой водолаза,- receiving signals through the sonar channel by diver equipment,
- определение координат водолаза и отображение координат водолаза на дисплее,- determination of the diver’s coordinates and display of the diver’s coordinates on the display,
введены новые признаки:new features introduced:
- аппаратурой маяков передают по радиоканалу свои идентификационные номера и текущие координаты;- lighthouse equipment transmit their identification numbers and current coordinates over the air;
- при этом аппаратурой судна определяют текущие дистанции между судном и каждым маяком dc-м1 и dc-м2;- in this case, the vessel’s equipment determines the current distances between the vessel and each lighthouse d c-m1 and d c-m2 ;
- в момент времени tис аппаратурой судна ненаправленно излучают по гидроакустическому каналу запросный сигнал, содержащий адресную команду с идентификационном номером водолаза, местоположение которого требуется определить;- at time t uc vessel apparatus for non-directionally emit sonar channel interrogation signal containing a command targeted to the identification number of the diver, the location is to be determined;
- аппаратурой гидроакустических трактов маяков и водолаза принимают запросный сигнал, излученный аппаратурой судна в момент tис, и автоматически ненаправленно излучают ответные гидроакустические сигналы, содержащие информацию соответственно об идентификационных номерах маяков и водолаза;- apparatus sonar paths beacons and diver accept an interrogation signal emitted by the apparatus vessel at time t uc and automatically respond non-directionally emit sonar signals containing information about identification numbers respectively beacons and diver;
- аппаратурой судна принимают в моменты времени tпс-м1 и tпс-м2 по гидроакустическому каналу ответные сигналы, излученные маяками, и определяют текущую скорость звука сзв, используя определенные ранее значения текущих дистанций между судном и каждым из маяков dc-м1 и dc-м2 и разность между временем tис и временем приема ответных сигналов от соответствующего маяка;- the vessel’s equipment receives at t t- ps-m1 and t ps-m2 at the hydro-acoustic channel response signals emitted by the beacons and determines the current speed of sound with sound using previously determined values of the current distances between the ship and each of the beacons d c-m1 and d c-m2, and the difference between the time t and the time uc receiving response signals from the respective beacon;
- аппаратурой гидроакустических трактов судна и маяков принимают в моменты времени соответственно tпс-в, tпм1-в и tпм2-в ответный сигнал, автоматически излученный ненаправленно аппаратурой водолаза;- the equipment of the sonar tracts of the vessel and the lighthouses receive at the time points t ps-in , t pm1-in and t pm2-in, respectively, a response signal that is automatically radiated non-directionally by the diver's equipment;
- аппаратурой судна определяют дистанцию от судна до водолаза dc-в, используя определенное ранее значение текущей скорости звука сзв и разность между временем tис и временем приема ответного сигнала от водолаза tпс-в;- the vessel's equipment determines the distance from the vessel to the diver d c-c , using the previously determined value of the current speed of sound with sound and the difference between the time t is and the time of receiving the response signal from the diver t ps-c ;
- аппаратурой маяков в автоматическом режиме передают по радиоканалу на судно зафиксированные значения tпм1-в и tпм2-в вместе со своими идентификационными номерами;- the lighthouse equipment automatically transmits the recorded values of t pm1-v and t pm2-v along with their identification numbers over the air to the vessel;
- аппаратурой судна определяют дистанции dм1-в и dм2-в от каждого из маяков до водолаза, используя определенные ранее значения текущих дистанций между судном и каждым из маяков dc-м1 и dc-м2, определенное ранее значение текущей скорости звука сзв и разность между временем tис и полученными по радиоканалу от маяков значения времени приема маяками ответного сигнала от водолаза tпм1-в и tпм2-в;- the vessel’s equipment determines the distances d m1-in and d m2-in from each of the beacons to the diver, using the previously determined values of the current distances between the vessel and each of the beacons d c-m1 and d c-m2 , the previously determined value of the current speed of sound with eV and the difference between the time t and uc received by radio beacons from receiving beacons of time values of the response signal from the diver's t-PM1 in pm2 and t-in;
- аппаратурой судна определяют координаты водолаза по определенным дистанциям между водолазом и судном, водолазом и каждым из маяков, наносят координаты водолаза на дисплей с указанием текущего времени и соединяют линиями с ранее нанесенными координатами, получая траекторию движения водолаза.- the vessel’s equipment determines the diver’s coordinates according to certain distances between the diver and the vessel, the diver and each of the lighthouses, puts the diver’s coordinates on the display with the current time and connects the lines with previously plotted coordinates, obtaining the diver’s trajectory.
Дополнительно момент времени излучения с судна адресного сигнала по гидроакустическому каналу tиc выбирают в ручном режиме или устанавливают в автоматическом режиме.Additionally, the time of radiation from the vessel of the address signal through the sonar channel t and c is selected in manual mode or set in automatic mode.
В соответствии с предлагаемой системой и способомIn accordance with the proposed system and method
- осуществляется определение местоположения контролируемого водолаза в заданной системе координат с одновременной визуализацией трассы передвижения водолаза;- the location of the monitored diver is determined in a given coordinate system with the simultaneous visualization of the diver’s movement path;
- оперативно корректируется текущая скорость звука в акватории, что увеличивает точность решения координатной задачи;- the current speed of sound in the water area is quickly corrected, which increases the accuracy of solving the coordinate problem;
- осуществляется передача информационных сигналов с маяков на судно по радиоканалу, что дает возможность вычислять скорость распространения звуковых волн, а также упростить систему передачи информации маяк-судно и уменьшить энергопотребление аппаратуры, осуществляющей обмен информацией между маяками и судном;- information signals are transmitted from the beacons to the ship via a radio channel, which makes it possible to calculate the propagation speed of sound waves, as well as to simplify the lighthouse-ship information transmission system and reduce the energy consumption of equipment exchanging information between the beacons and the ship;
- упрощается гидроакустическая аппаратура водолаза, уменьшается ее номенклатура, объем и энергопотребление.- the hydroacoustic equipment of the diver is simplified, its nomenclature, volume and energy consumption are reduced.
Введение новых признаков обеспечивает заявленные технические результаты, состоящие в оперативном контроле местоположения водолаза с обеспечивающего судна.The introduction of new features provides the claimed technical results, consisting in the operational control of the location of the diver from the supporting vessel.
Сущность заявляемого технического решения поясняется фиг. 1, 2. На фиг. 1 показана структура системы, на фиг. 2 поясняется способ определения местоположения (координат) водолаза.The essence of the claimed technical solution is illustrated in FIG. 1, 2. In FIG. 1 shows the structure of the system, FIG. 2, a method for determining the location (coordinates) of a diver is explained.
Заявляемая система (фиг. 1) содержит первый маяк 1 и второй маяк 2, судно 3, которые взаимодействуют с водолазом 4. На судне 3 имеется гидроакустический приемопередающий тракт 5 судна (ГППС) с ненаправленной акустической антенной 6 судна (АС). Первый и второй маяки также имеют первый и второй гидроакустические приемопередающие тракты 7 и 8 (ГПП1, ГПП2) с первой и второй ненаправленными акустическими антеннами 9, 10 (А1, А2) соответственно. Маяки 1, 2, судно 3, содержат также приемники спутниковой навигации 11, 12, 13 судна и маяков (СПНС, СПН1, СПН2), а также приемно-излучающие тракты радиосвязи 14, 15, 16 судна и маяков (РППС, РПП1, РПП2). AC, А1, А2 соединены с ГППС, ГПП1, ГПП2 соответственно. ГППС, СПНС, РППС соединены с устройством формирования/обработки 17 судна (УОС), которое также соединено с дисплеем 18 (Д), ГПП1, СПН1, РПП1 соединены с первым устройством формирования/обработки 19 первого маяка (УО1), а ГПП2, СПН2, РПП2 - со вторым устройством формирования/обработки 20 второго маяка (УО2). Гидроакустический тракт водолаза 4 выполнен как гидроакустический приемопередающий тракт 21 (ГППВ), причем ГППВ соединен с ненаправленной акустической антенной 22 водолаза (АВ).The inventive system (Fig. 1) comprises a first lighthouse 1 and a second lighthouse 2, a vessel 3, which interact with a diver 4. On the vessel 3 there is a sonar transceiver path 5 of the vessel (GPS) with an omnidirectional acoustic antenna 6 of the vessel (AS). The first and second beacons also have first and second sonar transceiver paths 7 and 8 (GLP1, GLP2) with first and second omnidirectional acoustic antennas 9, 10 (A1, A2), respectively. Lighthouses 1, 2, vessel 3, also contain satellite navigation receivers 11, 12, 13 of the vessel and lighthouses (SPNS, SPN1, SPN2), as well as receiving and radiating radio links 14, 15, 16 of the vessel and lighthouses (RPPS, RPP1, RPP2 ) AC, A1, A2 are connected to the GPS, GLP1, GLP2, respectively. GPPS, SPNS, RPPS are connected to the vessel forming / processing device 17 (SLD), which is also connected to the display 18 (D), GPP1, SPN1, RPP1 are connected to the first forming / processing device 19 of the first beacon (UO1), and GPP2, SPN2 , RPP2 - with a second device forming / processing 20 of the second beacon (UO2). The hydroacoustic path of the diver 4 is made as a hydroacoustic transceiver path 21 (GPPV), and GPPV is connected to the undirectional acoustic antenna 22 of the diver (AB).
Работу системы и способ определения местоположения водолаза целесообразно рассматривать совместно.The operation of the system and the method for determining the location of a diver should be considered together.
В исходном положении первый и второй маяки 1, 2, судно 3, на которых размещена соответствующая аппаратура, находятся в акватории выполнения водолазных работ, где спущен водолаз 4. Судно 3 занимает точку С с координатами (хс, ус), координаты первого и второго маяков M1(x1, y1) и М2(х2, у2) соответственно (см. фиг. 2). В исходном состоянии аппаратура, размещенная на маяках 1, 2 и у водолаза 4, находится в режиме приема.In the initial position, the first and second beacons 1, 2, vessel 3, on which the corresponding equipment is located, are located in the area of diving operations, where the diver is launched 4. Vessel 3 occupies point C with coordinates (x s , y s ), the coordinates of the first and the second beacons M1 (x 1 , y 1 ) and M2 (x 2 , y 2 ), respectively (see Fig. 2). In the initial state, the equipment located on the lighthouses 1, 2 and at the diver 4, is in reception mode.
С помощью приемников спутниковой навигации СПНС, СПН1, СПН2 на судне 3, маяках 1, 2 определяют свои координаты; с маяков 1, 2 по радиоканалу с помощью РПП1, РПП2 передают на судно 3 свои координаты (х1, y1), (х2, у2) вместе с идентификационными номерами. На судне вычисляют текущие расстояния между судном 1 и каждым из маяков 2 и 3, которые обозначены dc-м1 и dc-м2.Using satellite navigation receivers SPNS, SPN1, SPN2 on vessel 3, beacons 1, 2, determine their coordinates; from lighthouses 1, 2 over the radio channel using RPP1, RPP2 they transmit to the vessel 3 their coordinates (x 1 , y 1 ), (x 2 , y 2 ) together with identification numbers. On the vessel, the current distances between vessel 1 and each of the beacons 2 and 3, which are designated d c-m1 and d c-m2, are calculated.
Далее с судна в момент времени tис излучают с помощью ГППС и АС по гидроакустическому каналу запросный сигнал, содержащий адрес (идентификационный номер) водолаза, за которым ведется наблюдение. Наличие в запросном сигнале адреса конкретного водолаза необходимо при одновременной работе в акватории нескольких водолазов. Запросный сигнал принимают антеннами А1, А2, АВ и обрабатывают с помощью ГПП1, ГПП2, ГППВ на маяках и у водолаза. После приема сигнала, излученного с судна в момент tис, маяки 1, 2 по гидроакустическому каналу излучают ответный адресный сигнал, содержащий идентификационный номер маяка. Эти сигналы маяков в моменты времени tпс-м1 и tпс-м2 принимают на судне с помощью АС, ГППС и в результате обработки в УОС определяют текущую скорость звука с, причем в память УОС заносят среднее значение скорости звукаFurther, from the vessel at time t uc emit via GPPS and AU hydroacoustic channel interrogation signal containing an address (identification number) diver being monitored. The presence of the address of a specific diver in the request signal is necessary while several divers working simultaneously in the water area. The request signal is received by antennas A1, A2, AB and processed using GPP1, GPP2, GPPV at the beacons and at the diver. After receiving the signal emitted from the vessel at time t IS , beacons 1, 2 emit a response address signal containing the identification number of the beacon via the sonar channel. These beacon signals at the times t ps-m1 and t ps-m2 are received on the ship using AS, GFPS and as a result of processing in the SLD, the current speed of sound s is determined, and the average value of the speed of sound is recorded in the SLR memory
Аппаратура водолаза, приняв излученный в момент tис сигнал с судна, в автоматическом режиме излучает ответный сигнал с помощью ГППВ и ненаправленной антенны АВ. Сигнал, излученный аппаратурой водолаза, принимают аппаратурой первого и второго маяков в моменты времени tпм1-в и tпм2-в соответственно, фиксируют время приема сигнала от водолаза и автоматически по радиоканалу передают на судно эти данные вместе с идентификационными номерами маяков.The diver’s equipment, having received the signal from the vessel emitted at time t IS , automatically emits a response signal using the GPPV and the omnidirectional antenna AB. The signal emitted by the diver’s equipment is received by the equipment of the first and second beacons at times t pm1-v and t pm2-v, respectively, the time of reception of the signal from the diver is recorded and this data is automatically transmitted to the vessel along with the identification numbers of the beacons.
Ответный сигнал от водолаза также принимают гидроакустической аппаратурой судна в момент времени tпс-в и с помощью УОС определяют дистанцию до водолаза dc-в=сзв(tпс-в-tис)/2. Кроме того, на судне, используя принятые по радиоканалу от маяков значения tпм1-в и tпм2-в, вычисляют дистанции dм1-в и dм2-в между каждым из маяков и водолазом по формулам dм1-в=сзв(tпм1-в-tис)-dc-в, dм2-в=сзв(tпм2-в-tис)-dc-в.The response signal from the diver is also received by the hydroacoustic equipment of the vessel at time t ps-in and using the SLD, the distance to the diver d c-in = c sv (t ps-in -t is ) / 2 is determined. In addition, on the vessel, using the values of t pm1-v and t pm2-v adopted by the radio channel from the lighthouses, the distances d m1- v and d m2- v between each of the lighthouses and the diver are calculated by the formulas d m1- b = s sv ( t a -t-PM1 uc) -d c-a, d-a = m2 with ulcers (t a -t-pm2 uc) -d c-c.
Таким образом, на судне известны три дистанции: между судном и водолазом dc-в, между первым маяком 1 и водолазом dм1-в и между вторым маяком 2 и водолазом dм2-в.Thus, three distances are known on the vessel: between the vessel and the diver d c-in , between the first lighthouse 1 and the diver d m1-in and between the second lighthouse 2 and the diver d m2-in .
Координаты водолаза (хв, ув) (см. фиг. 2) определяют при решении системы квадратных уравнений:The coordinates of the diver (x in , y in ) (see Fig. 2) are determined when solving a system of quadratic equations:
Система (1) имеет при решении по два корня; добавлением уравненияSystem (1) has two roots when solving; adding an equation
система (1) сводится к системе линейных уравнений:system (1) is reduced to a system of linear equations:
откуда однозначно определяют искомые координаты водолаза (хв, ув).from where unambiguously determine the desired coordinates of the diver (x in , y in ).
После определения координат водолаза с помощью УОС координаты вводят вместе с временем вычислений в виде графических символов в координатную сетку акватории на дисплее Д и соединяют с ранее вычисленными координатами водолаза линиями, формируя на дисплее траекторию движения водолаза в заданной системе координат с указанием моментов времени для каждой зафиксированной точки.After determining the diver’s coordinates using the SLD, the coordinates are entered together with the calculation time in the form of graphic symbols in the water grid on the display D and connected to the previously calculated diver’s coordinates by lines, forming on the display the diver’s motion path in the given coordinate system with time points for each fixed points.
Ряд процедур при работе системы осуществляется автоматически (например, излучение ответных сигналов аппаратурой водолаза и маяков), другие действия стимулируются сигналом, посылаемым с судна в момент времени tиc. В зависимости от гидрометеорологических и/или гидролого-акустических условий, а также программы передвижений водолаза, связанной с выполнением подводно-технических работ, контроль местоположения водолаза, связанный с вычислением его координат, может выполняться в ручном режиме или в автоматическом режиме. При автоматическом режиме в устройства УОС, УО1 и УО2 заранее вводят соответствующие данные для обмена информацией по радиоканалу с судном и излучения аппаратурой судна сигнала по гидроакустическому каналу.Several procedures while the system is performed automatically (e.g., radiation response signals diver's equipment and beacon) and other actions are stimulated by a signal sent from the vessel at time t and c. Depending on the hydrometeorological and / or hydrological-acoustic conditions, as well as the diver’s movement program associated with performing underwater technical works, the diver’s location related to calculating his coordinates can be performed in manual mode or in automatic mode. In the automatic mode, the SLD, UO1, and UO2 devices enter the corresponding data in advance to exchange information over the radio channel with the vessel and emit the signal from the vessel’s equipment through the sonar channel.
Используемые в заявляемой системе устройства являются известными: маяки с системами спутниковой навигации типа GPS/ГЛОНАСС описаны в патентах [2-4]; приемно-излучающая гидроакустическая аппаратура для водолазов и судовая описана в [3]. Конструкция ненаправленной акустической антенны представлена в книге [5]. Устройства электропитания не включены в аппаратуру водолаза и маяков. Характеристики этих устройств зависят от длительности работы водолаза и маяков, а также от взаимных дистанций. При дистанциях до 500-1000 м и работе в течение нескольких часов аппаратура водолаза и маяков может быть запитана от миниатюрных батарей или аккумуляторов. Если в снаряжение водолаза входят помимо устройства для определения местоположения другие гидроакустические системы, в частности система телефонной связи [2, 3], заявляемая аппаратура определения местоположения водолаза, размещаемая на водолазе, может быть совмещена с гидроакустической аппаратурой других систем, в том числе и по электропитанию.The devices used in the inventive system are known: beacons with satellite navigation systems such as GPS / GLONASS are described in patents [2-4]; receiving and emitting hydroacoustic equipment for divers and ship is described in [3]. The design of an omnidirectional acoustic antenna is presented in the book [5]. Power supply devices are not included in the diver and beacon equipment. The characteristics of these devices depend on the duration of the diver and beacons, as well as on the mutual distances. At distances of up to 500-1000 m and operation for several hours, the diver and beacon equipment can be powered by miniature batteries or rechargeable batteries. If the diver’s equipment includes, in addition to the device for determining the location, other sonar systems, in particular, a telephone communication system [2, 3], the claimed equipment for determining the location of a diver placed on a diver can be combined with hydro-acoustic equipment of other systems, including power supply .
Заявленный технический эффект от использования системы и способа определения местоположения водолаза, обеспечиваемый при работе:The claimed technical effect of using the system and method for determining the location of a diver, provided during operation:
- решается главная задача, связанная с постоянным контролем местоположения водолаза, причем визуализация этого местоположения обеспечивает наглядность и удобство контроля;- solves the main problem associated with constant monitoring of the location of the diver, and the visualization of this location provides visibility and ease of control;
- повышается точность определения координат водолаза за счет периодического измерения скорости звука в воде, которая может меняться из-за погодных условий, при изменении температуры воды, глубины погружения водолаза и по другим причинам.- the accuracy of determining the coordinates of the diver increases due to the periodic measurement of the speed of sound in water, which can change due to weather conditions, with a change in water temperature, diver's depth of immersion, and for other reasons.
- значительно упрощается аппаратура водолаза, т.к. эта аппаратура является простым ретранслятором, работающим в режиме в режиме «прием/излучение».- the diver’s equipment is greatly simplified, as this equipment is a simple repeater operating in the “receive / emission” mode.
В предлагаемой системе и в способе определения местоположения водолаза основная аппаратная и функциональная нагрузка ложится на аппаратуру судна, обеспечивающего работу водолазов. Достаточно простая типовая аппаратура располагается на маяках, еще более простая аппаратура находится у водолаза. Поэтому предлагаемая система может быть использована не только для профессиональных водолазов, но и для обеспечения погружения дайверов-любителей, которые во многих случаях не имеют полнолицевой маски со средствами телефонной связи с судном обеспечения. При этом требования к безопасности и контролю дайвинга являются достаточно жесткими. Кроме того, предлагаемая система может быть использована:In the proposed system and in the method for determining the location of a diver, the main hardware and functional load falls on the equipment of the vessel that provides the divers. A fairly simple standard equipment is located on the lighthouses, an even simpler equipment is located at the diver. Therefore, the proposed system can be used not only for professional divers, but also to provide diving for amateur divers, who in many cases do not have a full-face mask with telephone communications with a support vessel. At the same time, the requirements for safety and control of diving are quite stringent. In addition, the proposed system can be used:
- для автоматизированного контроля местоположения подводных аппаратов, работающих в зоне действия гидроакустических средств маяков;- for automated control of the location of underwater vehicles operating in the coverage area of lighthouse sonar;
- для контроля местоположения группы водолазов, при этом у каждого водолаза должен быть свой идентификационный номер, а в программно-аппаратном обеспечении маяков и судна должна осуществляться селекция для визуализации трасс перемещения каждого из контролируемых водолазов.- to control the location of a group of divers, each diver should have his own identification number, and selection must be carried out in the hardware and software of the lighthouses and the vessel to visualize the movement paths of each of the controlled divers.
Источники информацииInformation sources
1. Свидетельство РФ на полезную модель №43370. Пеленгатор водолаза, опубл. 10.01.2005.1. Certificate of the Russian Federation for utility model No. 43370. Direction finder, publ. 01/10/2005.
2. Патент США №7483337 (US 2008008045). System and method for extending GPS to divers and underwater vehicle, опубл. 10.01.2008.2. US Patent No. 7483337 (US 2008008045). System and method for extending GPS to divers and underwater vehicle, publ. 01/10/2008.
3. Патент РФ на полезную модель №110503. Гидроакустическая система подводной навигации и подводный блок водолаза, опубл. 20.11.2011.3. RF patent for utility model No. 110503. Hydroacoustic system of underwater navigation and an underwater diver unit, publ. 11/20/2011.
4. Патент РФ на полезную модель №97539. Гидроакустическая система подводной навигации для водолазов, опубл. 10.09.2010.4. RF patent for utility model No. 97539. Hydroacoustic system of underwater navigation for divers, publ. 09/10/2010.
5. Свердлин В.М. Гидроакустические антенны и преобразователи. Л.: Судостроение, 1980.5. Sverdlin V. M. Hydroacoustic antennas and transducers. L .: Shipbuilding, 1980.
Claims (3)
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2575045C1 true RU2575045C1 (en) | 2016-02-10 |
Family
ID=
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2649628C1 (en) * | 2017-03-16 | 2018-04-04 | Владимир Васильевич Чернявец | Precision navigation system for mobile objects using glonass ground infrastructure data |
RU2728515C1 (en) * | 2019-05-14 | 2020-07-30 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования Иркутский государственный университет путей сообщения (ФГБОУ ВО ИрГУПС) | Acoustic phase-finder |
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5185725A (en) * | 1992-04-03 | 1993-02-09 | Dynamics Technology, Inc. | Diver locator system |
US5331602A (en) * | 1993-04-26 | 1994-07-19 | Hughes Aircraft Company | Acoustic navigation and diving information system and method |
RU97539U1 (en) * | 2010-05-26 | 2010-09-10 | Александр Васильевич Самойлов | HYDROACOUSTIC SYSTEM OF UNDERWATER NAVIGATION FOR DIVERS |
RU110503U1 (en) * | 2011-07-28 | 2011-11-20 | Российская Федерация, От Имени Которой Выступает Министерство Промышленности И Торговли Российской Федерации | HYDROACOUSTIC SYSTEM OF UNDERWATER NAVIGATION FOR DIVERS AND THE UNDERWATER DIVER UNIT |
RU125350U1 (en) * | 2012-10-16 | 2013-02-27 | ОАО "Концерн "Океанприбор" | HYDROACOUSTIC STATION DIVER |
RU2494914C1 (en) * | 2012-06-13 | 2013-10-10 | Юрий Алексеевич Берков | Diver direction-finder |
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5185725A (en) * | 1992-04-03 | 1993-02-09 | Dynamics Technology, Inc. | Diver locator system |
US5331602A (en) * | 1993-04-26 | 1994-07-19 | Hughes Aircraft Company | Acoustic navigation and diving information system and method |
RU97539U1 (en) * | 2010-05-26 | 2010-09-10 | Александр Васильевич Самойлов | HYDROACOUSTIC SYSTEM OF UNDERWATER NAVIGATION FOR DIVERS |
RU110503U1 (en) * | 2011-07-28 | 2011-11-20 | Российская Федерация, От Имени Которой Выступает Министерство Промышленности И Торговли Российской Федерации | HYDROACOUSTIC SYSTEM OF UNDERWATER NAVIGATION FOR DIVERS AND THE UNDERWATER DIVER UNIT |
RU2494914C1 (en) * | 2012-06-13 | 2013-10-10 | Юрий Алексеевич Берков | Diver direction-finder |
RU125350U1 (en) * | 2012-10-16 | 2013-02-27 | ОАО "Концерн "Океанприбор" | HYDROACOUSTIC STATION DIVER |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2649628C1 (en) * | 2017-03-16 | 2018-04-04 | Владимир Васильевич Чернявец | Precision navigation system for mobile objects using glonass ground infrastructure data |
RU2728515C1 (en) * | 2019-05-14 | 2020-07-30 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования Иркутский государственный университет путей сообщения (ФГБОУ ВО ИрГУПС) | Acoustic phase-finder |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US10989815B2 (en) | Method for positioning underwater objects and system for the implementation thereof | |
CN105793725B (en) | Underwater tracking system | |
RU2469346C1 (en) | Method of positioning underwater objects | |
RU2561012C1 (en) | System for determining and monitoring location of underwater object | |
WO2020005116A1 (en) | Method for locating underwater objects | |
EP3371620B1 (en) | Method for registering location of device and device | |
Li et al. | An indoor ultrasonic positioning system based on TOA for Internet of Things | |
RU2344435C1 (en) | Method of navigational support of autonomous underwater robot controlled from control ship | |
US20110188349A1 (en) | System and Method of Determining an Underwater Location | |
Alexandri et al. | A time difference of arrival based target motion analysis for localization of underwater vehicles | |
CN110294080A (en) | A method of underwater accurate operation is realized using ultra-short baseline | |
Thio et al. | Experimental evaluation of the Forkbeard ultrasonic indoor positioning system | |
RU2689281C1 (en) | Method for navigation-information support of deep-sea autonomous unmanned underwater vehicle | |
RU2613369C1 (en) | Method of aircraft navigation using high-precision single-phase direction finder and address-respond packet digital radio link in decameter waves range | |
RU113243U1 (en) | RADIOTECHNICAL COMPLEX OF NAVIGATION AND MANAGEMENT OF FLIGHTS OF AIRCRAFT MARINE BASING | |
CN111537946A (en) | Underwater beacon directional positioning system and method | |
RU2575045C1 (en) | System and method of determining location of diver | |
RU2477497C2 (en) | Hydroacoustic navigation system | |
JP2015114899A (en) | Rescue and survival assist system, positioning terminal, and rescue and survival assist method and program | |
Dubrovin et al. | Some algorithms of differential-ranging acoustic positioning system intended for AUV group navigation | |
Wang et al. | Wireless sensor networks for underwater localization: A survey | |
JP6440777B2 (en) | Positioning terminal, mobile phone search system, mobile phone search method, program, and server | |
RU110503U1 (en) | HYDROACOUSTIC SYSTEM OF UNDERWATER NAVIGATION FOR DIVERS AND THE UNDERWATER DIVER UNIT | |
RU2013152375A (en) | METHOD FOR HIGH-PRECISION COORDINATION OF UNDERWATER COMPLEX UNDER ICE-SWIMMING | |
RU2529207C1 (en) | Navigation system for towed underwater vehicle |