RU2617134C2

RU2617134C2 - Hydroacoustic system of underwater navigation

Info

Publication number: RU2617134C2
Application number: RU2014154414A
Authority: RU
Inventors: Юрий Алексеевич Коваленко; Василий Иванович Попков; Павел Сергеевич Рыбин
Priority date: 2014-12-30
Filing date: 2014-12-30
Publication date: 2017-04-21
Also published as: RU2014154414A

Abstract

FIELD: physics.

SUBSTANCE: hydroacoustic system of underwater navigation comprises, at least, three floating lighthouses, each of them comprises a space navigation system receiver GLONASS/GPS, a hydroacoustic receiving channel connected to the first hydroacoustic antenna located in the vicinity of the corresponding floating lighthouse, and a hydroacoustic converter on the underwater object, each floating lighthouse is provided with the second hydroacoustic antenna made radiant and distant from the corresponding floating lighthouse in vertical. The first hydroacoustic antenna and the hydroacoustic converter of the underwater object are made as transducers, wherein each floating lighthouse is equipped with a transmitter connected to the hydroacoustic antennas via the switch, that allows to organize the mode of reception-transmission or transmission.

EFFECT: improving the efficiency and accuracy of the coordinates on the underwater object.

1 dwg

Description

Изобретение относится к области подводной навигации и предназначена для определения координат местоположения подводного объекта, в частности подводных аппаратов, оборудованных навигационной гидроакустической аппаратурой.The invention relates to the field of underwater navigation and is intended to determine the coordinates of the location of an underwater object, in particular underwater vehicles, equipped with navigation hydroacoustic equipment.

Известны гидроакустические системы подводной навигации, включающие навигационную базу из множества гидроакустических приемоответчиков и размещенного на подводном объекте навигации гидроакустического приемопередатчика, взаимодействующего с гидроакустическими приемоответчиками для определения координат местоположения подводного объекта навигации по известным алгоритмам [патент РФ 2365939 опубл. 27.08.2009].Known sonar systems for underwater navigation, including a navigation base of a variety of sonar transponders and a sonar transceiver located on the underwater navigation object, interacting with sonar transponders to determine the location coordinates of the underwater navigation object according to well-known algorithms [RF patent 2365939 publ. 08/27/2009].

Известно техническое решение, когда в состав навигационной базы входят гидроакустические приемоответчики, установленные на дне, т.е. выполненные в виде донных маяков, и по крайней мере один гидроакустический приемоответчик, установленный на водной поверхности, т.е. выполненный в виде плавучего маяка [патент РФ 2371738, опубл. 27.10.2009]. В другом подобном техническом решении вся навигационная база состоит из плавучих маяков [патент РФ 2365939, опубл. 27.08.2009].A technical solution is known when the navigation base includes hydroacoustic transponders installed at the bottom, i.e. made in the form of bottom beacons, and at least one sonar transponder mounted on the water surface, i.e. made in the form of a floating beacon [RF patent 2371738, publ. 10/27/2009]. In another similar technical solution, the entire navigation base consists of floating beacons [RF patent 2365939, publ. 08/27/2009].

Вышеуказанный плавучий маяк дополнительно включает в себя приемник внешней навигационной системы, в частности спутниковой системы GPS, за счет чего такой плавучий маяк может постоянно определять координаты своего местоположения в режиме реального времени и передавать гидроакустический сигнал, включающий информацию о своих координатах, как на донные маяки для дальнейшего определения координат местоположения каждого из них, так и на гидроакустический приемопередатчик подводного объекта навигации непосредственно, в частности для определения координат местоположения подводного объекта в пассивном режиме.The aforementioned floating beacon additionally includes a receiver of an external navigation system, in particular a GPS satellite system, due to which such a floating beacon can constantly determine the coordinates of its location in real time and transmit a sonar signal, including information about its coordinates, like to bottom beacons for further determining the coordinates of the location of each of them, as well as the sonar transceiver of the underwater navigation object directly, in particular for determining position coordinates of the underwater object in passive mode.

В пассивном режиме работы этой известной системы для определения координат подводного объекта могут использоваться периодические гидроакустические сигналы с высокой точностью синхронизации по крайней мере от трех-четырех плавучих маяков навигационной базы с последующим приемом таких сигналов гидроакустическим приемником подводного объекта и решением триангуляционной задачи по определению как относительных, так и абсолютных координат местоположения этого объекта.In the passive mode of operation of this known system, periodic hydroacoustic signals with high accuracy of synchronization from at least three to four floating beacons of the navigation base can be used to determine the coordinates of the underwater object with the subsequent reception of such signals by the hydroacoustic receiver of the underwater object and solving the triangulation problem to determine as relative, as well as the absolute coordinates of the location of this object.

Известна система определения координат подводных объектов [патент РФ №2437114, дата публикации 20.12.2011], содержащая подводный объект, плавучий маяк в количестве не менее трех, расположенные на поверхности моря, и станцию контроля, предназначенную для определения координат подводного объекта, причем маяки снабжены радионавигационным приемником GPS, приемный тракт с приемной гидроакустической антенной, которая расположена вблизи водной поверхности. Эта система является наиболее близким аналогом предлагаемого изобретения.A known system for determining the coordinates of underwater objects [RF patent No. 2437114, publication date 12/20/2011] containing an underwater object, a floating beacon in an amount of at least three, located on the sea surface, and a monitoring station designed to determine the coordinates of the underwater object, and the lighthouses are equipped with GPS navigation receiver, a receiving path with a receiving hydroacoustic antenna, which is located near the water surface. This system is the closest analogue of the invention.

Заявленная система выполнена по классической технологии использования системы GPS для подводных работ, так называемой GIB-технологии, в которой используется принцип определения координат подводного объекта относительно нескольких надводных плавающих буев Global Intelligent Buoy (GIB), местоположение которых в свою очередь определяется с помощью системы глобального позиционирования GPS или ГЛОНАСС.The claimed system is made according to the classical technology of using the GPS system for underwater operations, the so-called GIB technology, which uses the principle of determining the coordinates of an underwater object relative to several surface floating buoys Global Intelligent Buoy (GIB), the location of which is in turn determined using the global positioning system GPS or GLONASS.

Несмотря на очевидные преимущества вышеописанной гидроакустической системы навигации с использованием плавучих маяков, такие как простота установки и обслуживания, в то же время при необходимости иметь координаты на подводном объекте необходимо иметь дополнительную гидроакустическую систему передачи информации на подводный объект.Despite the obvious advantages of the above-described sonar navigation system using floating beacons, such as ease of installation and maintenance, at the same time, if you need to have coordinates on the underwater object, you need to have an additional sonar information transfer system to the underwater object.

Технический результат предлагаемого изобретения заключается в повышении оперативности и точности определения координат на подводном объекте.The technical result of the invention is to increase the efficiency and accuracy of determining coordinates on an underwater object.

Для обеспечения заявленного технического результата в гидроакустическую систему подводной навигации, содержащую по крайней мере три плавучих маяка, каждый из которых содержит приемник космической навигационной системы ГЛОНАСС/GPS, гидроакустический приемный тракт, соединенный с первой гидроакустической антенной, расположенной в непосредственной близости от соответствующего плавучего маяка, и гидроакустический преобразователь на подводном объекте, введены новые признаки, а именно: каждый плавучий маяк снабжен второй гидроакустической антенной, выполненной излучающей и удаленной от соответствующего плавучего маяка по вертикали, при этом первая гидроакустическая антенна и гидроакустический преобразователь подводного объекта выполнены приемоизлучающими, при этом каждый плавучий маяк снабжен передатчиком, соединенным с гидроакустическими антеннами через переключатель, позволяющий организовать режим приема-передачи или передачи.To ensure the claimed technical result in a hydroacoustic system for underwater navigation containing at least three floating beacons, each of which contains a receiver for the GLONASS / GPS space navigation system, a hydroacoustic receiving path connected to the first sonar antenna located in the immediate vicinity of the corresponding floating beacon, and a sonar transducer on an underwater object, new features have been introduced, namely: each floating beacon is equipped with a second sonar vertical antenna, radiating and remote from the corresponding floating beacon vertically, while the first sonar antenna and the sonar transducer of the underwater object are made emitting, and each floating beacon is equipped with a transmitter connected to the sonar antennas through a switch that allows you to organize the mode of reception-transmission or transmission .

Поясним заявленный технический результат.We explain the claimed technical result.

Организация дополнительного тракта передачи через вторую антенну на каждом из плавучих маяков предназначена для передачи координат плавучего маяка на подводный объект с целью определения его координат, что позволяет исключить станцию контроля. При этом использование одной гидроакустической антенны для передачи данной информации и проведения навигационных измерений не может обеспечить высокую точность определения координат подводного объекта в связи с тем, что, чем ближе данная антенна находится к навигационному приемнику, тем точнее навигационные измерения между маяком и подводным аппаратом, но хуже гидроакустическая связь из-за гидрологии верхнего слоя воды. Чем ниже опущена гидроакустическая антенна, тем устойчивее и больше дистанция гидроакустической связи, но из-за неучитываемого движения гидроакустической антенны относительно навигационного маяка, возникающего под действием течений, ниже точность определения координат подводного аппарата.The organization of an additional transmission path through a second antenna on each of the floating beacons is designed to transmit the coordinates of the floating beacon to an underwater object in order to determine its coordinates, which eliminates the monitoring station. At the same time, the use of one hydroacoustic antenna for transmitting this information and performing navigation measurements cannot provide high accuracy in determining the coordinates of the underwater object due to the fact that the closer this antenna is to the navigation receiver, the more accurate the navigation measurements between the beacon and the underwater vehicle, but hydroacoustic connection is worse due to the hydrology of the upper layer of water. The lower the hydroacoustic antenna is omitted, the more stable and the greater the distance of hydroacoustic communication, but because of the unaccounted movement of the hydroacoustic antenna relative to the navigation beacon that occurs under the influence of currents, the accuracy of determining the coordinates of the underwater vehicle is lower.

Сущность изобретения поясняется фиг. 1.The invention is illustrated in FIG. one.

Предлагаемая гидроакустическая система подводной навигации (фиг. 1) для подводных аппаратов включает навигационную базу из множества плавучих маяков 1 (данном примере 3) и подводного аппарата 2. Каждый из плавучих маяков 1 содержит приемник 3 космической навигационной системы ГЛОНАСС/GPS 7, гидроакустический передатчик 4. Приемник 3 установлен над поверхностью воды для определения координат своего местоположения в режиме реального времени.The proposed sonar system for underwater navigation (Fig. 1) for underwater vehicles includes a navigation base of many floating beacons 1 (this example 3) and underwater vehicle 2. Each of the floating beacons 1 contains a receiver 3 of the GLONASS / GPS 7 space navigation system, sonar transmitter 4 The receiver 3 is installed above the surface of the water to determine the coordinates of its location in real time.

Передатчик 4 соединен с антеннами 5 и 6 через переключатель (на фиг. 1 не обозначен). Преобразователь 8, установленный на подводном объекте, выполнен приемоизлучающим.The transmitter 4 is connected to the antennas 5 and 6 through a switch (not indicated in FIG. 1). The transducer 8 mounted on the underwater object is made transceiver.

Гидроакустические антенны, аппаратные блоки плавучих маяков и подводного объекта известны из литературы [В.И. Бородин и др. Гидроакустические навигационные средства. Ленинград. Судостроение. 1983 г.].Hydroacoustic antennas, hardware blocks of floating beacons and an underwater object are known from the literature [V.I. Borodin et al. Hydroacoustic navigational aids. Leningrad. Shipbuilding. 1983].

Предложенная гидроакустическая система подводной навигации работает следующим образом.The proposed sonar system for underwater navigation works as follows.

Приемники 3 космической навигационной системы ГЛОНАСС/GPS 7 определяют координаты плавучих маяков 1. Гидроакустические передатчики 4 в режиме передачи предают координаты навигационных маяков 1 через свои гидроакустические антенны 6 на преобразователь 8 подводного объекта 2. В режиме обеспечения режима приема - передачи производится измерение навигационных параметров между антенной 5 и преобразователем 8.The receivers 3 of the GLONASS / GPS 7 space navigation system determine the coordinates of the floating beacons 1. Hydroacoustic transmitters 4 transmit the coordinates of the navigation beacons 1 through their hydroacoustic antennas 6 to the transducer 8 of the underwater object 2. In the mode of providing the reception-transmission mode, the navigation parameters are measured between antenna 5 and converter 8.

В результате реализации предложенного изобретения на подводном объекте получены координаты всех плавучих маяков и навигационные измерения, позволяющие определить координаты подводного объекта оперативно и с высокой точностью на борту подводного объекта.As a result of the implementation of the proposed invention on an underwater object, the coordinates of all floating beacons and navigation measurements were obtained, allowing to determine the coordinates of the underwater object quickly and with high accuracy on board the underwater object.

Claims

An underwater navigation hydroacoustic system containing at least three floating beacons, each of which contains a GLONASS / GPS space navigation system receiver, a hydroacoustic receiving path connected to the first hydroacoustic antenna located in the immediate vicinity of the corresponding floating beacon, and a hydroacoustic transducer at the underwater object characterized in that each floating beacon is equipped with a second sonar antenna, made radiating and remote from the corresponding of a floating beacon vertically, while the first sonar antenna and the sonar transformer of the underwater object are made transceiving, with each buoyant beacon equipped with a transmitter connected to the sonar antennas through a switch that allows you to organize the mode of transmission.