RU2612329C1 - Hydroacoustic meter of unmanned underwater vehicle location - Google Patents
Hydroacoustic meter of unmanned underwater vehicle location Download PDFInfo
- Publication number
- RU2612329C1 RU2612329C1 RU2015144477A RU2015144477A RU2612329C1 RU 2612329 C1 RU2612329 C1 RU 2612329C1 RU 2015144477 A RU2015144477 A RU 2015144477A RU 2015144477 A RU2015144477 A RU 2015144477A RU 2612329 C1 RU2612329 C1 RU 2612329C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- input
- uwv
- output
- antenna
- measurement
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
- B63C—LAUNCHING, HAULING-OUT, OR DRY-DOCKING OF VESSELS; LIFE-SAVING IN WATER; EQUIPMENT FOR DWELLING OR WORKING UNDER WATER; MEANS FOR SALVAGING OR SEARCHING FOR UNDERWATER OBJECTS
- B63C11/00—Equipment for dwelling or working underwater; Means for searching for underwater objects
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Ocean & Marine Engineering (AREA)
- Measurement Of Velocity Or Position Using Acoustic Or Ultrasonic Waves (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области средств позиционирования необитаемого подводного аппарата (НПА) по его гидроакустическому полю, в частности на мобильных полигонах для отработки НПА при отсутствии гидроакустического маяка на его борту.The invention relates to the field of means for positioning an uninhabited underwater vehicle (NPA) by its sonar field, in particular, on mobile landfills for practicing NPA in the absence of a sonar beacon on its board.
Известна система GIB-FT (мобильный торпедный полигон), которая состоит из набора установленных на якоре или свободно плавающих буев, которые по сигналам гидроакустических маяков (пингеров), установленных на торпеде и на мишени, определяют расстояния до торпеды, передают их и свои координаты по данным GPS по радиоканалу на пост управления и обработки сигналов, расположенный на корабле или на берегу, где определяется положение торпеды в пространстве. Позиции торпеды и мишени отображаются в реальном масштабе времени в географических координатах на экране монитора, что позволяет измерять в том числе скорость торпеды (группа «ALCEN», Франция, http://www.alcen.com/fr/defense-securite-aeronautique/equipements-de-localisation-sous-marine-gib, ссылка проверена 01.10.2015). Недостатком этой системы является необходимость установки на борт торпеды гидроакустического маяка-ответчика, возможность использования которого ограничена конструктивом торпеды из-за наличия большого шумоизлучения движителя торпеды и гидродинамикой ее движения (т.е. наличием на поверхности торпеды участков, имеющих надежный контакт с окружающей торпеду водой).The well-known GIB-FT system (mobile torpedo firing range), which consists of a set of anchored or free-floating buoys, which according to the signals of sonar beacons (pingers) installed on the dashboard and on the target, determine the distance to the torpedo, transmit them and their coordinates by GPS data on the radio channel to the control and signal processing station located on the ship or on the shore, where the position of the torpedo in space is determined. The positions of the torpedo and the target are displayed in real time in geographical coordinates on the screen of the monitor, which allows you to measure the speed of the torpedo (ALCEN group, France, http://www.alcen.com/fr/defense-securite-aeronautique/ equipements-de-localization-sous-marine-gib, link checked 01.10.2015). The disadvantage of this system is the need to install a sonar transponder beacon on board the torpedo, the use of which is limited by the design of the torpedo due to the presence of large noise from the torpedo propulsion and the hydrodynamics of its movement (i.e., the presence of sections on the torpedo surface that have reliable contact with the water surrounding the torpedo) )
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому устройству является гидроакустическая станция «Сигнал» (закрытые источники информации, открытая ссылка, например, в статье «Торпеда 53-58» http://uzluga.ru/potr/Kaпитaн+1+paнгa+в+oтcтaвκe+зaкoнчил+в+1957+гoду+(тpeтий+выпуск)+Высшего+Военно-Морского+училища+инженеров+оружия.+Инженер-торпедист.+Службу+начал+сс/раrt-3.html, ссылка проверена 01.10.2015), которая использовалась до 90-х годов прошлого века для измерения скорости движения торпед и их местоположения в отдельных точках трассы движения на пристрелочных станциях в г. Пржевальске (Киргизская ССР) и в г. Феодосия. Станция состоит из нескольких постов измерения, расположенных вдоль трассы движения торпеды на дне (фиг. 1). В каждом посту располагаются антенны шумопеленгаторов, формирующие диаграммы направленности в виде двух «акустических плоскостей», перпендикулярных поверхности воды и расположенных одной плоскостью (центральный луч-1) перпендикулярно к линии движения торпеды, а другой (боковой луч-2) - под углом 45° к первому лучу. Сигналы с антенн А1-АN станции по кабелям передаются на пост обработки, где определяется средняя скорость Vcp торпеды на участке В между точками измерения и, с учетом времени движения Δt между двумя лучами в каждой точке измерения, вычисляется расстояние от торпеды до точки измерения - боковое отклонение D (фиг. 1) по формулам (для точки измерения 1):The closest in technical essence to the proposed device is a sonar station "Signal" (closed sources of information, open link, for example, in the article "Torpedo 53-58" http://uzluga.ru/potr/Kapitan +1+rang ++ graduation + ended + in + 1957 + year + (third + graduation) + Higher + Naval + school + engineers + weapons. + Torpedo engineer. + Service + started + ss / apart-3.html, link checked 01.10. 2015), which was used until the 90s of the last century to measure the speed of torpedoes and their location at individual points on the track on sighting stations nations in the city of Przhevalsk (Kyrgyz SSR) and in the city of Feodosia. The station consists of several measurement posts located along the torpedo at the bottom (Fig. 1). At each post there are noise-detecting antennas that form radiation patterns in the form of two “acoustic planes” perpendicular to the surface of the water and located on one plane (central beam-1) perpendicular to the torpedo line of motion and the other (side beam-2) at an angle of 45 ° to the first ray. The signals from the antennas A 1 -A N stations are transmitted via cables to the processing station, where the average speed Vcp of the torpedo in section B between the measurement points is determined and, taking into account the travel time Δt between two beams at each measurement point, the distance from the torpedo to the measurement point is calculated - lateral deviation D (Fig. 1) according to the formulas (for measurement point 1):
где t1 - время пересечения шумящим источником торпеды луча 1 в точке измерения 1;where t1 is the time of crossing the noise source of the
t2 - время пересечения шумящим источником торпеды луча 2 в точке измерения 1;t2 is the time of the intersection of the
t3 - время пересечения шумящим источником торпеды луча 1 в точке измерения 2.t3 is the time of crossing the noisy torpedo source of
Структурная схема устройства-прототипа представлена на фиг. 2.The block diagram of the prototype device is shown in FIG. 2.
Устройство состоит из N идентичных каналов (по числу постов измерения), включающих, каждый, последовательно соединенные антенну (A1…AN), предусилитель (ПУ1…ПУN), детектор огибающей (ДO1…ДON), компаратор (КП1…КПN). На выходе каждого канала при проходе торпеды формируются два видеоимпульса, соответствующие времени пересечения торпедой лучей антенны. Временные отметки (t1…tN) поступают на входы вычислителя, где определяются средние скорости торпеды Vcp1 на участках (Vcp1…VcpN) и боковое отклонение (D1…DN) по формулам 1, 2.The device consists of N identical channels (according to the number of measurement posts), including, each, a series-connected antenna (A1 ... AN), a preamplifier (PU1 ... PUN), an envelope detector (DO1 ... DON), a comparator (KP1 ... KPN). At the exit of each channel, when a torpedo passes, two video pulses are formed, corresponding to the time the torpedo crosses the antenna beams. Time stamps (t1 ... tN) go to the inputs of the calculator, where the average torpedo speeds Vcp1 in the sections (Vcp1 ... VcpN) and the lateral deviation (D1 ... DN) are determined by
Недостатком прототипа являются ошибки измерения скорости и бокового отклонения торпеды при отклонении направления линии ее движения от расчетной, а также при неравномерном движении торпеды на участке между точками измерения (постами), когда средняя скорость отличается от скорости при проходе торпеды мимо между лучами поста.The disadvantage of the prototype is the error in measuring the speed and lateral deviation of the torpedo when the direction of the line of its movement deviates from the calculated one, as well as during uneven movement of the torpedo in the area between the measurement points (posts), when the average speed differs from the speed when the torpedo passes between the rays of the post.
Техническим результатом предлагаемого изобретения является повышение точности измерения скорости шумящего НПА и определения местоположения НПА (расстояния от точки измерения, так называемого «бокового отклонения»).The technical result of the invention is to increase the accuracy of measuring the speed of a noisy NPA and determining the location of an NPA (distance from the measurement point, the so-called "lateral deviation").
Для достижения этого результата в устройство-прототип на каждом посту измерения на расстоянии Δ перпендикулярно расчетной трассе движения НПА устанавливают вторую антенну, при этом в каждую из антенн вводится дополнительный луч (акустическая плоскость), развернутый на 45° относительно луча, перпендикулярного линии движения НПА, в сторону, противоположную имеющемуся в антенне боковому лучу, причем зоны чувствительности обеих антенн направлены в сторону расчетной трассы движения НПА, каждая антенна подключена к последовательно соединенным предусилителю, детектору огибающей сигнала, компаратору, выходы компараторов всех постов измерения подключены к вычислителю параметров траектории, на выходе которого формируются величины скорости и бокового отклонения. Приведенная совокупность признаков заявляемого устройства обеспечивает увеличение точности измерения скорости и бокового отклонения НПА за счет определения истинного направления движения НПА и определения скорости НПА непосредственно во время прохода его относительно каждого поста измерения.To achieve this result, a second antenna is installed at a distance Δ perpendicular to the calculated path of the NPA movement in the prototype device at each measuring station, and an additional beam (acoustic plane) is introduced into each of the antennas, turned 45 ° relative to the beam perpendicular to the line of movement of the NPA, in the direction opposite to the side beam existing in the antenna, and the sensitivity zones of both antennas are directed towards the calculated path of the movement of the anti-aircraft gun, each antenna is connected to To the preamplifier, the envelope detector of the signal, the comparator, the outputs of the comparators of all measurement stations are connected to the trajectory parameters calculator, at the output of which the values of velocity and lateral deviation are formed. The above set of features of the claimed device provides an increase in the accuracy of measuring the speed and lateral deviation of the airspace by determining the true direction of movement of the airspace and determining the speed of the airspace directly during its passage relative to each measurement station.
Сущность работы заявляемого устройства поясняется чертежами:The essence of the claimed device is illustrated by drawings:
фиг. 1 - схема работы станции в прототипе;FIG. 1 - scheme of the station in the prototype;
фиг. 2 - структурная схема обработки сигнала в прототипе;FIG. 2 is a structural diagram of signal processing in the prototype;
фиг. 3 - расположение постов измерения с антеннами на акватории;FIG. 3 - location of measurement posts with antennas in the water area;
фиг. 4 - схема для расчета скорости и бокового отклонения;FIG. 4 is a diagram for calculating speed and lateral deviation;
фиг. 5 - структурная схема заявляемого устройства.FIG. 5 is a structural diagram of the inventive device.
Посты измерения предлагаемого гидроакустического измерителя устанавливаются в заданных точках акватории (фиг. 3). Расстояние Δ между антеннами А1/А1.1, А2/А2.1 и т.д. всех постов (коридор измерений) выбирается таким, чтобы НПА при всех возможных эволюциях его траектории находился в указанном коридоре. Лучи каждой из антенн поста измерения представляют собой перпендикулярные поверхности воды «акустические плоскости» и направлены в сторону расчетной линии движения. Устройство фиксирует моменты пересечения лучей антенн шумящим источником НПА, например, движителем, и по измеренным временным отрезкам между лучами рассчитывает скорость движения НПА и его боковое отклонение (расстояние D1.1/D2.1, D1.2/D2.2 и т.д.).The measurement posts of the proposed sonar meter are installed at predetermined points in the water area (Fig. 3). The distance Δ between the antennas A1 / A1.1, A2 / A2.1, etc. of all posts (measurement corridor) is chosen so that the LA for all possible evolutions of its trajectory is in the indicated corridor. The rays of each of the antennas of the measurement station are “acoustic planes” perpendicular to the surface of the water and are directed towards the calculated line of motion. The device captures the moments of intersection of the antenna rays by a noisy NSA source, for example, a mover, and from the measured time intervals between the rays calculates the speed of the NSA and its lateral deviation (distance D1.1 / D2.1, D1.2 / D2.2, etc. .).
Расчет параметров движения НПА поясняется на фиг. 4.Calculation of the motion parameters of the NLA is illustrated in FIG. four.
Из треугольника KOL:From triangle KOL:
Из треугольника AKL:From triangle AKL:
Подставим (3), (4) в (5) и вычислим с1Substitute (3), (4) into (5) and calculate c1
Из треугольника ОМН:From the OMN triangle:
Из треугольника АМН:From the triangle of AMS:
Подставим (5), (6) в (7) и вычислим с2Substitute (5), (6) into (7) and calculate c2
Введем коэффициент k:We introduce the coefficient k:
где t1, t2 - время движения НПА между левым и центральным и центральным и правым лучами.where t1, t2 is the time of movement of the NLA between the left and central and central and right beams.
Из уравнения (11) определим угол α между расчетной и реальной трассами:From equation (11) we determine the angle α between the calculated and real paths:
Для антенны 1 боковое отклонение D1 (на ФИГ. 4 обозначено как D):For
где S1=v*t1, v - скорость НПА.where S 1 = v * t 1 , v is the speed of the NLA.
Для антенны 1.1 (на ФИГ. 4 не показана) боковое отклонение D2:For antenna 1.1 (not shown in FIG. 4), lateral deviation D2:
где S3=v*t3, v - скорость НПА.where S 3 = v * t 3 , v is the speed of the NPA.
Сумма D1 и D2 боковых отклонений от антенн 1 и 1.1 равна расстоянию Δ между этими точками (это расстояние известно, например, если точки измерений располагаются на жестких понтонах либо стационарно закреплены на дне):The sum D1 and D2 of lateral deviations from
Δ=D1+D2, откуда, подставив (13) и (14), получим скорость НПА:Δ = D 1 + D 2 , whence, substituting (13) and (14), we obtain the speed of the NLA:
Подставив (15) в (14) определим боковое отклонение D2:Substituting (15) into (14), we determine the lateral deviation D2:
Из формулы 15 видно, что измерение скорости происходит не на участке между постами как в прототипе, а на участке между лучами постов, который априори по длине много меньше расстояния между постами, за счет чего повышается точность определения скорости и бокового отклонения (формула 16). Кроме того, при определении V и D учитывается угол отклонения траектории НПА относительно расчетной линии движения НПА (формула 12), что дополнительно повышает точность измерений.From formula 15 it is seen that the measurement of speed does not occur on the section between the posts as in the prototype, but on the section between the rays of the posts, which is a priori much smaller than the distance between the posts, thereby increasing the accuracy of determining the speed and lateral deviation (formula 16). In addition, when determining V and D, the angle of deviation of the NPA trajectory relative to the calculated line of movement of the NPA is taken into account (formula 12), which further increases the accuracy of measurements.
Структурная схема заявляемого устройства представлена на фиг. 5. Устройство состоит из N идентичных постов измерения, включающих, каждый, две антенны 1 (нумерация соответствует № поста). Каждая из антенн поста измерения подключена к последовательно соединенным предусилителю 2, детектору огибающей 3, компаратору 4. На выходах поста формируются видеоимпульсы, соответствующие моментам пересечения шумящей части НПА лучей антенн (t1 - время между пересечением НПА левого и центрального лучей первой антенны, t2 - время между пересечением НПА центрального и правого лучей первой антенны, t3 - время между пересечением НПА правого и центрального лучей второй антенны). Выходы постов соединены с вычислителем параметров траектории 5, выполняющим операции по формулам (11-16). На выходе вычислителя параметров траектории формируются и отображаются на дисплее, принтере и т.д. (на фиг. 5 не показано) величины скорости НПА и бокового отклонения НПА от расчетной линии его движения во время прохождения каждого поста измерения.The structural diagram of the inventive device is shown in FIG. 5. The device consists of N identical measurement posts, each including two antennas 1 (the numbering corresponds to the post number). Each of the antennas of the measurement station is connected to a series-connected
Предлагаемое техническое решение гидроакустического измерителя местоположения необитаемого подводного аппарата повышает точность измерения местоположения НПА за счет пространственной локализации участка измерения скорости и определения угла отклонения линии движения НПА от расчетной линии движения.The proposed technical solution of the hydroacoustic meter for the location of an uninhabited underwater vehicle improves the accuracy of measuring the location of the NLA due to the spatial localization of the plot measuring speed and determining the angle of deviation of the line of movement of the NLA from the calculated line of movement.
Устройство реализовано в 2013 г. в ходе выполнения опытной конструкторской работы в СПбГМТУ, эксплуатируется более 2 лет, результаты испытаний подтвердили повышение точности измерения скорости необитаемого аппарата и его бокового отклонения.The device was implemented in 2013 during the experimental design work at SPbGMTU, it has been in operation for more than 2 years, the test results have confirmed an increase in the accuracy of measuring the speed of an uninhabited vehicle and its lateral deviation.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2015144477A RU2612329C1 (en) | 2015-10-15 | 2015-10-15 | Hydroacoustic meter of unmanned underwater vehicle location |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2015144477A RU2612329C1 (en) | 2015-10-15 | 2015-10-15 | Hydroacoustic meter of unmanned underwater vehicle location |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2612329C1 true RU2612329C1 (en) | 2017-03-07 |
Family
ID=58459353
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2015144477A RU2612329C1 (en) | 2015-10-15 | 2015-10-15 | Hydroacoustic meter of unmanned underwater vehicle location |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2612329C1 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN107817806A (en) * | 2017-11-02 | 2018-03-20 | 中国船舶重工集团公司第七0五研究所 | A kind of horizontal path calculation method that subsurface buoy is independently docked for AUV |
CN112947516A (en) * | 2021-02-02 | 2021-06-11 | 三亚海兰寰宇海洋信息科技有限公司 | Ship motion state discrimination method and system |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU56593U1 (en) * | 2005-10-25 | 2006-09-10 | Специальное конструкторское бюро средств автоматизации морских исследований Дальневосточного отделения Российской академии наук | AUTONOMOUS HYDROPHYSICAL STATION FOR SOUNDING THE PARAMETERS OF THE WATER MEDIA ON SEVERAL FIXED DEPTHS |
US20060235583A1 (en) * | 2000-03-03 | 2006-10-19 | Larsen Mikeal Bliksted | Methods and systems for navigating under water |
RU2371738C1 (en) * | 2008-06-09 | 2009-10-27 | Юрий Владимирович Румянцев | Hydroacoustic navigation system |
RU2383899C1 (en) * | 2008-10-06 | 2010-03-10 | Российская Федерация, от имени которой выступает государственный заказчик - Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" | Method and system for target acquisition in hydrolocation |
RU2456634C1 (en) * | 2011-03-16 | 2012-07-20 | Юрий Николаевич Жуков | Method of navigating submarine object using hydroacoustic navigation system |
-
2015
- 2015-10-15 RU RU2015144477A patent/RU2612329C1/en active
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20060235583A1 (en) * | 2000-03-03 | 2006-10-19 | Larsen Mikeal Bliksted | Methods and systems for navigating under water |
RU56593U1 (en) * | 2005-10-25 | 2006-09-10 | Специальное конструкторское бюро средств автоматизации морских исследований Дальневосточного отделения Российской академии наук | AUTONOMOUS HYDROPHYSICAL STATION FOR SOUNDING THE PARAMETERS OF THE WATER MEDIA ON SEVERAL FIXED DEPTHS |
RU2371738C1 (en) * | 2008-06-09 | 2009-10-27 | Юрий Владимирович Румянцев | Hydroacoustic navigation system |
RU2383899C1 (en) * | 2008-10-06 | 2010-03-10 | Российская Федерация, от имени которой выступает государственный заказчик - Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" | Method and system for target acquisition in hydrolocation |
RU2456634C1 (en) * | 2011-03-16 | 2012-07-20 | Юрий Николаевич Жуков | Method of navigating submarine object using hydroacoustic navigation system |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN107817806A (en) * | 2017-11-02 | 2018-03-20 | 中国船舶重工集团公司第七0五研究所 | A kind of horizontal path calculation method that subsurface buoy is independently docked for AUV |
CN107817806B (en) * | 2017-11-02 | 2020-07-03 | 中国船舶重工集团公司第七0五研究所 | Horizontal route calculation method for AUV autonomous docking submerged buoy |
CN112947516A (en) * | 2021-02-02 | 2021-06-11 | 三亚海兰寰宇海洋信息科技有限公司 | Ship motion state discrimination method and system |
CN112947516B (en) * | 2021-02-02 | 2022-10-21 | 三亚海兰寰宇海洋信息科技有限公司 | Ship motion state discrimination method and system |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN102004244B (en) | Doppler direct distance measurement method | |
ES2540737T3 (en) | Procedure for the detection of the flight path of projectiles | |
JP2021536575A (en) | How to detect angle measurement error in radar sensor | |
CN105388457A (en) | Long-baseline hydroacoustic positioning method based on equivalent acoustic velocity gradient | |
RU2379709C1 (en) | Method of determining propagation speed and direction of arrival of ionospheric disturbance | |
RU2704029C1 (en) | Time method for determining range to a radio-frequency scanning source without bearing measurement | |
RU2612329C1 (en) | Hydroacoustic meter of unmanned underwater vehicle location | |
Han et al. | Accurate underwater localization using LBL positioning system | |
CN110187302A (en) | A kind of underwater frogman's auto-navigation method based on single beacon | |
CN102384755B (en) | High-accuracy method for measuring instant navigational speed of airborne phased array whether radar | |
CN105738869A (en) | Deepwater beacon searching and positioning method suitable for single hydrophone | |
CN111624584B (en) | Non-cooperative target laser induced polarization distance measurement system and method | |
RU2562616C1 (en) | Method of acquiring radio information and radio system therefor | |
Plšek et al. | Passive Coherent Location and Passive ESM tracker systems synergy | |
RU2713193C1 (en) | Method for inter-position identification of measurement results and determination of coordinates of aerial targets in a multi-position radar system | |
RU2691274C1 (en) | Method of determining ammunition drop points | |
RU2555479C2 (en) | High-precision coordination of underwater complex for underwater navigation | |
CN109490868A (en) | A kind of naval target method of motion analysis based on distributed vertical linear array | |
RU2617447C1 (en) | Method of determining range to fixed radiation source by moving direction finder | |
RU2606241C1 (en) | Method of aircraft relative position determining during inter-plane navigation | |
RU2729459C1 (en) | Method of determining spatial coordinates and speeds of objects using a scanning multiposition radio system | |
RU2797407C1 (en) | Differential way to search and detect submarines | |
JP5788943B2 (en) | Flying object guiding apparatus and guiding method | |
RU2713814C1 (en) | Method of determining geographic coordinates of an underwater object | |
Bulychev et al. | Analysis of modification of the energy method of passive ranging |