RU2618599C2 - Способ достроения измеренной части профиля вертикального распределения скорости звука в воде до поверхности и до дна - Google Patents

Способ достроения измеренной части профиля вертикального распределения скорости звука в воде до поверхности и до дна Download PDF

Info

Publication number
RU2618599C2
RU2618599C2 RU2015129806A RU2015129806A RU2618599C2 RU 2618599 C2 RU2618599 C2 RU 2618599C2 RU 2015129806 A RU2015129806 A RU 2015129806A RU 2015129806 A RU2015129806 A RU 2015129806A RU 2618599 C2 RU2618599 C2 RU 2618599C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
sound
speed
vertical distribution
parameters
measured
Prior art date
Application number
RU2015129806A
Other languages
English (en)
Other versions
RU2015129806A (ru
Inventor
Игорь Иванович Микушин
Original Assignee
Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Военный учебно-научный центр Военно-Морского Флота "Военно-морская академия имени Адмирала флота Советского Союза Н.Г. Кузнецова"
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 Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Военный учебно-научный центр Военно-Морского Флота "Военно-морская академия имени Адмирала флота Советского Союза Н.Г. Кузнецова" filed Critical Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Военный учебно-научный центр Военно-Морского Флота "Военно-морская академия имени Адмирала флота Советского Союза Н.Г. Кузнецова"
Priority to RU2015129806A priority Critical patent/RU2618599C2/ru
Publication of RU2015129806A publication Critical patent/RU2015129806A/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2618599C2 publication Critical patent/RU2618599C2/ru

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S15/00—Systems using the reflection or reradiation of acoustic waves, e.g. sonar systems

Landscapes

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

Abstract

Изобретение относится к области гидроакустических измерений и может быть использовано для формирования полного профиля вертикального распределения скорости звука (ВРСЗ) в воде от поверхности до дна. Сущность: производят измерение гидрофизических параметров водной среды корабельной аппаратурой, размещаемой на надводном корабле, подводной лодке или необитаемом подводном аппарате, и формируют фрагмент кривой вертикального распределения скорости звука, который не характеризует поле скорости звука в приповерхностном и придонном слоях моря. Используя набор вероятностных кривых ВРСЗ климатического масштаба района производства измерений гидрофизических параметров для текущего сезона года, рассчитывают среднее значение скорости звука на поверхности моря и область возможного нахождения подводного звукового канала со средневзвешенными значениями скорости звука на стандартных горизонтах. Анализируя минимальную и предельную глубины точек измерения скорости звука измеренного фрагмента и рассчитанные параметры области возможного нахождения подводного звукового канала, достраивают измеренный фрагмент ВРСЗ до поверхности с использованием параметров скорости звука на поверхности моря и дна с использованием средневзвешенных значений скорости звука на стандартных горизонтах и их глубинных градиентов. Технический результат - повышение точности решения практических задач, требующих наличие полного профиля ВРСЗ, за счет повышения достоверности цифровой модели канала распространения акустической энергии в водной среде. 2 ил.

Description

Изобретение относится к области гидроакустических измерений и может быть использовано для формирования полного профиля вертикального распределения скорости звука (ВРСЗ) в воде от поверхности до дна на надводных кораблях, подводных лодках и необитаемых подводных аппаратах.
Для решения множества задач гидроакустики: расчет дальностей обнаружения погруженных целей, угловых и временных характеристик принятого антенной многолучевого сигнала для классификации целей, средней горизонтальной скорости распространения зондирующего сигнала для обеспечения режима измерения дистанции до цели и т.д., необходимо знание полного профиля ВРСЗ от поверхности до дна [1-3]. Современная корабельная аппаратура измеряет ВРСЗ до глубин не более 500 метров, а отдельные станции производят измерение скорости звука начиная с глубины в 50-150 метров и ниже [3].
Известны способы получения полного профиля ВРСЗ от поверхности до дна на основе измеренного его фрагмента корабельной аппаратурой. Так в способе, изложенном в патенте [4], осуществляется достроение полного профиля ВРСЗ на основе текущего замера ВРСЗ с привлечением априорной информации из базы данных многолетних измерений ВРСЗ, представленной в статистической форме. Для измеренного фрагмента ВРСЗ находится максимально правдоподобное априорное ВРСЗ из базы данных, после чего происходит достраивание точек ВРСЗ для глубин, лежащих выше и ниже границ замера ВРСЗ. При этом производится коррекция априорного профиля с учетом текущей глубины района плавания и, в случае необходимости, линейная интерполяция реперных точек на интересующие глубины.
Причиной, препятствующей достижению результата, является низкая точность получаемого полного профиля ВРСЗ относительно фактического, обусловленная использованием для дальнейшей обработки измеренного фрагмента скорости звука только одного «максимально правдоподобного» профиля ВРСЗ из всего многообразия имеющихся в базе данных статистических измерений, атласах и других источниках информации, описывающих климатические наблюдения гидрологических характеристик морей и океанов за большой промежуток времени. При этом функция правдоподобия основана на сравнении части единичного профиля ВРСЗ из базы данных многолетних измерений и измеренного участка фрагмента ВРСЗ, распространена на полный профиль ВРСЗ и не учитывает характерные особенности приводного и придонного слоя в данном районе моря для конкретного сезона.
Наиболее близким (прототип) по совокупности признаков к предлагаемому изобретению является способ, изложенный в работе [5] и заключающийся в измерении корабельной аппаратурой фрагмента кривой ВРСЗ, расчете значения скорости звука на поверхности моря на основе анализа приповерхностного слоя скорости звука, расчете области возможного нахождения подводного звукового канала и средневзвешенных значений скорости звука на стандартных горизонтах на основе набора вероятностных кривых ВРСЗ климатического масштаба района производства измерений гидрофизических параметров для текущего сезона года и построения полного профиля ВРСЗ от поверхности до дна.
Недостатками известного способа является то, что необходимо наличие измеренного фрагмента кривой ВРСЗ корабельной аппаратурой обязательно от поверхности моря до предельной глубины измерения, при этом предельная глубина измерения фрагмента кривой ВРСЗ должна быть больше глубины оси залегания подводного звукового канала для данного географического квадрата и данного сезона, и отсутствие возможности достроения фрагмента кривой ВРСЗ до глубины места, превышающей глубины предельных значений массива вероятностно-статистических данных по скорости звука для выбранного района моря в конкретный сезон года.
Для устранения недостатков приведенных способов получения кривой ВРСЗ от поверхности до дна с использованием измеренного массива данных предлагается способ достронения измеренного отрезка ВРСЗ корабельной аппаратурой, вне зависимости от ее размещения ее на подводной лодке, необитаемом подводном аппарате или надводном корабле, до поверхности и дна с использованием массива данных по скорости звука для конкретного района Мирового океана (МО) А, накопленный за значительный период проведения измерений.
Целью изобретения является повышение точности решения практических задач, требующих наличие полного профиля ВРСЗ, за счет повышения достоверности представления цифровой модели канала распространения акустической энергии в водной среде.
Поставленная цель достигается тем, что в способе достроения измеренной части профиля вертикального распределения скорости звука до поверхности и до дна, заключающемся в измерении корабельной аппаратурой фрагмента кривой ВРСЗ, расчете значения скорости звука на поверхности моря на основе анализа приповерхностного слоя скорости звука, расчете области возможного нахождения подводного звукового канала и средневзвешенных значений скорости звука на стандартных горизонтах на основе набора вероятностных кривых вертикального распределения скорости звука климатического масштаба района производства измерений гидрофизических параметров для текущего сезона года и построения полного профиля вертикального распределения скорости звука от поверхности до дна используют в расчете весь массив вероятностных кривых ВРСЗ климатического масштаба и значения глубинных градиентов скорости звука для района производства измерений гидрофизических параметров и текущего сезона года, при этом достраивают измеренный фрагмент кривой вертикального распределения скорости звука до поверхности моря с учетом рассчитанного среднего значения скорости звука на поверхности моря из набора вероятностных кривых вертикального распределения скорости звука климатического масштаба района производства измерений гидрофизических параметров для текущего сезона года.
Сущность изобретения поясняется фигурами 1 и 2. На фиг. 1 представлена блок-схема алгоритма. На фиг. 2 приведена иллюстрация, поясняющая предлагаемый способ.
Рассмотрим работу предлагаемого способа. Весь массив многолетних данных по скорости звука А для конкретного района МО разбивается на подмассивы Ai, которые описывают изменчивость поля скорости звука в географическом квадрате (i - номер географического квадрата). Размеры географического квадрата задаются постоянными, например 10 по широте и 10 по долготе. Аналогично, в свою очередь каждый из подмассивов многолетних данных географического квадрата Ai разбивается на группы Aij, которые описывают изменчивость поля скорости звука за период года, продолжительность которого для одного района МО задается постоянной, например, один месяц. Таким образом, для каждого географического квадрата и каждого периода мы имеем массив данных многолетних наблюдений Aij, т.е. кривые ВРСЗ, измеренные в данном районе в заданный период времени время в разные годы. Эта информация представляет собой исходную базу данных, используемую для достроения измеренной части ВРСЗ до поверхности и до дна.
Для решения поставленной задачи производится измерение фрагмента кривой ВРСЗ в ограниченном измеряемой аппаратурой диапазоне глубин (C1, H1; …; Ck, Hk, где k - количество точек измерения), фиксирование географических координат положения носителя измерительной аппаратуры (ϕ, λ) и измерение глубины места (Hм). При этом весь массив (C1, H1; …; Ck, Hk) формирует исходные данные для работы алгоритма (блок /2/, фиг. 1).
Используя географические координаты места проведения измерений в исходной базе данных, выбираем массив многолетних наблюдений Aij за текущий месяц с присущими вероятностями каждой кривой ВРСЗ и градиенты скорости звука Gf для глубинных слоев в блоке /3/, фиг. 1. В нашем массиве Aij пусть находится N кривых ВРСЗ.
Если H1>0 (H1 - глубина первого измерения из массива) /4/, то кривая ВРСЗ достраивается до поверхности (H0) /6/ с учетом расчета точки C0 по формуле
Figure 00000001
. Здесь Cn 0 - скорость звука на поверхности моря в конкретной N-й кривой ВРСЗ, м/с; Pn - вероятность N-той кривой ВРСЗ; C0 - среднее значение скорости звука на поверхности воды, м/с.
Для каждой из N кривых в блоке /7/ найдем точку (Cn mm, Hn mm), где Cn mm - минимальное значение скорости звука в данной N-й кривой ВРСЗ на глубине Hn mm. Таких точек будет ровно N. Для получившегося набора точек {(Cn mm, Hn mm), n=1, N} найдем средние значения Cmm по формуле
Figure 00000002
, здесь Pn - вероятность статистической кривой ВРСЗ; Cn mm - минимальное значение скорости звука конкретной статистической кривой ВРСЗ, м/с; n - номер статистической кривой ВРСЗ; и Hmm по формуле
Figure 00000003
, здесь Hn mm - глубина нахождения Cn mm в статистической кривой ВРСЗ, м. Далее найдем среднеквадратичные отклонения σс и σн по формулам
Figure 00000004
и
Figure 00000005
.
В блоке /8/ проверяется условие Hmm>Hk, где Hk - предельная глубина измерения ВРСЗ. Если условие выполняется, то последнюю точку из массива (C0, H0; …; Ck, Hk) соединяют с точкой (Cmm; Hmm) /9/. Если условие не выполняется, то вычисляется параметр Hm=Hmm+σн /10/.
В блоке /11/ производится вычисление средневзвешенных скоростей звука Са на стандартных горизонтах глубин (100, 150, 200, 250, 300, 400, 500, 600, 800, 1000, 1200, 1500, 2000 м) /11/ по формуле
Figure 00000006
, где Cc - значение скорости звука в конкретной статистической кривой на стандартном горизонте, м/с. Далее последнюю точку из массива (C0, H0; …; Ck, Hm) соединяют с точкой на стандартном горизонте, следующей после Hm и удовлетворяющей условию Ck<Ca.
До глубины 2000 м кривая ВРСЗ достраивается по рассчитанным точкам (Ca, Ha) /12/. Если глубина места измерения составляет более 2000 м, ВРСЗ до дна достраивается с использованием градиентов скорости звука глубинных слоев Gf /13/ по формуле Cb=Cb-1+G f ΔHb, где Cb - значение скорости звука на горизонтах глубин более 2000 метров (3000, 4000, 5000 м, и т.д.), м/с; Cb-1 - значение скорости звука на предыдущем горизонте глубин, м/с; ΔHb - толщина водного слоя, м. При этом величины градиентов скорости звука глубинных слоев Gf выбираются из исходной базы данных A.
Блок /14/ предназначен для отображения и архивирования полного профиля ВРСЗ от поверхности моря до дна.
Анализ результатов численного эксперимента, приведенный в работе [5], по расчету аномалии распространения звука для измеренной части кривых ВРСЗ в слое 25-400 метров и достроенных до дна предложенным способом и непосредственно измеренных до дна при выборе критерия оценки - пространственно-энергетические характеристики зоны дальней акустической освещенности - показывает, что предложенный алгоритм достроения измеренной части кривой ВРСЗ до поверхности моря и до дна с использованием многолетних данных позволяет простроить полный профиль ВРСЗ независимо от предельной глубины измерения скорости звука. Рассмотрение полученных погрешностей позволяет сделать вывод о качестве алгоритма и целесообразности применения статистической базы данных пространственно-временной изменчивости поля скорости звука в различных районах МО.
Предложенный способ построения профиля ВРСЗ позволяет автоматизировать процесс обработки измерительной информации на корабле. К достоинствам данного способа стоит отнести: проведение обработки измерительной информации без участия оператора, что позволит минимизировать вносимые погрешности; возможность присвоения погрешности полученной кривой ВРСЗ для дальнейшего ее учета в системе оперативной океанологии; в узлах аппроксимированного фрагмента кривой ВРСЗ находятся реальные точки измерения гидрофизических параметров; при достроении измеренного фрагмента до полной кривой ВРСЗ учитываются пространственно-временные особенности поля скорости звука района наблюдений; способ применим как при размещении измерительной аппаратуры на всех типах носителей, производимых гидрологические измерений (надводный корабль, подводная лодка, самолет), так и для стационарного варианта размещения измерительной аппаратуры.
Таким образом, заявленный способ достроения измеренной корабельной аппаратурой части профиля ВРСЗ в воде до поверхности и до дна позволит в значительной степени повысить точность и своевременность получения отдельных характеристик гидрофизических параметров морской среды с целью решения практических задач гидроакустики, требующих учета полного профиля ВРСЗ.
Источники информации
1. Урик Роберт Дж. Основы гидроакустики / пер. с англ. - Л.: Судостроение, 1978 - 448 с.
2. Машошин А.И. Оптимизация маневрирования подводной лодки с использованием гидроакустических расчетов. // Морская радиоэлектроника. 2012. №4 (42). с. 24-27.
3. Матвиенко В.Н., Тарасюк Ю.Ф. Дальность действия гидроакустических средств. 2-е изд. - Л.: Судостроение, 1983. 205 с.
4. Патент на изобретение №2498354. G01V 1/38, G01H 5/00. Способ оценки полного профиля вертикального распределения скорости звука / Машошин А.И., Соловьева О.Б., Шафранюк А.В. Опубл. 10.11.2013.
5. Микушин И.И. Способ достроения измеренной части кривой вертикального распределения скорости звука до дна. // Известия ТРТУ. Таганрог: ТРТУ. 2003. №6 (35). с. 103-105.

Claims (1)

  1. Способ достроения измеренной части профиля вертикального распределения скорости звука до поверхности и до дна, заключающийся в измерении корабельной аппаратурой фрагмента кривой вертикального распределения скорости звука, расчете значения скорости звука на поверхности моря на основе анализа приповерхностного слоя скорости звука, расчете области возможного нахождения подводного звукового канала и средневзвешенных значений скорости звука на стандартных горизонтах на основе набора вероятностных кривых вертикального распределения скорости звука климатического масштаба района производства измерений гидрофизических параметров для текущего сезона года и построения полного профиля вертикального распределения скорости звука от поверхности до дна, отличающийся тем, что используют в расчете весь массив вероятностных кривых вертикального распределения скорости звука климатического масштаба и значения глубинных градиентов скорости звука для района производства измерений гидрофизических параметров и текущего сезона года, при этом достраивают измеренный фрагмент кривой вертикального распределения скорости звука до поверхности моря с учетом рассчитанного среднего значения скорости звука на поверхности моря из набора вероятностных кривых вертикального распределения скорости звука климатического масштаба района производства измерений гидрофизических параметров для текущего сезона года.
RU2015129806A 2015-07-20 2015-07-20 Способ достроения измеренной части профиля вертикального распределения скорости звука в воде до поверхности и до дна RU2618599C2 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2015129806A RU2618599C2 (ru) 2015-07-20 2015-07-20 Способ достроения измеренной части профиля вертикального распределения скорости звука в воде до поверхности и до дна

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2015129806A RU2618599C2 (ru) 2015-07-20 2015-07-20 Способ достроения измеренной части профиля вертикального распределения скорости звука в воде до поверхности и до дна

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2015129806A RU2015129806A (ru) 2017-01-23
RU2618599C2 true RU2618599C2 (ru) 2017-05-04

Family

ID=58450983

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2015129806A RU2618599C2 (ru) 2015-07-20 2015-07-20 Способ достроения измеренной части профиля вертикального распределения скорости звука в воде до поверхности и до дна

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2618599C2 (ru)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2769550C1 (ru) * 2021-04-01 2022-04-04 Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Военный учебно-научный центр Военно-Морского Флота "Военно-морская академия им. Адмирала Флота Советского Союза Н.Г. Кузнецова" Способ достроения измеренной от поверхности моря части профиля вертикального распределения скорости звука до дна

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114707327B (zh) * 2022-04-01 2022-11-18 自然资源部第一海洋研究所 一种并行的海洋环境水声特征诊断方法、存储介质和装置

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2498354C1 (ru) * 2012-06-05 2013-11-10 Открытое акционерное общество "Концерн "Центральный научно-исследовательский институт "Электроприбор" Способ оценки полного профиля вертикального распределения скорости звука

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2498354C1 (ru) * 2012-06-05 2013-11-10 Открытое акционерное общество "Концерн "Центральный научно-исследовательский институт "Электроприбор" Способ оценки полного профиля вертикального распределения скорости звука

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
В.А. Лисютин, А.А. Ярошенко, О.Р. Ластовенко. Влияние профиля скорости звука на распространение акустических колебаний в морской среде. Севастопольский национальный технический университет. 10.02.2004. Вестник СумДУ. стр. 2-10. David H.Shonting. Jn the seasonal distribution of the temperature and salinity in rhode island sound. Limnology and Oceanography. Vol. 15, issue 1, 22.12.2003, pp. 100-113. В.А. Лисютин, А.А. Ярошенко. Вертикальное распределение скорости звука в океане. Севастопольский национальный технический университет. Вестник СумДУ. 2003 г. Grazyna Grelowska. Study of seasonal acoustic properties of sea water in selected waters of the Southern Baltic. Polish Maritime research. Vol.23, 2015, pp. 25-30. *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2769550C1 (ru) * 2021-04-01 2022-04-04 Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Военный учебно-научный центр Военно-Морского Флота "Военно-морская академия им. Адмирала Флота Советского Союза Н.Г. Кузнецова" Способ достроения измеренной от поверхности моря части профиля вертикального распределения скорости звука до дна

Also Published As

Publication number Publication date
RU2015129806A (ru) 2017-01-23

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN110146895B (zh) 基于倒置式多波束回声仪的声速剖面反演方法
Thomson et al. Modeling AUV localization error in a long baseline acoustic positioning system
US7818280B2 (en) Method for predicting depth distribution of predetermined water temperature zone, method and system for delivering fishing ground prediction information of migratory fish
Diaconu et al. The importance of the number of points, transect location and interpolation techniques in the analysis of bathymetric measurements
US10520631B2 (en) Magnetic field measurement via streamer cables
RU2343502C2 (ru) Способ и система определения положения наблюдаемого объекта по глубине в водной среде
Gould et al. In situ ocean observations: A brief history, present status, and future directions
JPWO2018168165A1 (ja) 気象予測装置、気象予測方法、およびプログラム
Mohammadloo et al. Correcting multibeam echosounder bathymetric measurements for errors induced by inaccurate water column sound speeds
RU2618599C2 (ru) Способ достроения измеренной части профиля вертикального распределения скорости звука в воде до поверхности и до дна
Wang et al. Real-time stochastic model for precise underwater positioning
Garcia et al. Accuracy of Florida Current volume transport measurements at 27 N using multiple observational techniques
CN111220146A (zh) 一种基于高斯过程回归学习的水下地形匹配定位方法
RU2769550C1 (ru) Способ достроения измеренной от поверхности моря части профиля вертикального распределения скорости звука до дна
Shao et al. Verification of echosounder measurements of thickness and spatial distribution of kelp forests
Zhidkova et al. The research of waters eutrophication of the gulf of Taganrog of the Sea of Azov for ecological monitoring purposes
RU2703804C1 (ru) Способ классификации морских объектов пассивными гидроакустическими средствами
RU2421755C1 (ru) Способ и устройство для поиска и подсчёта рыбы
RU2378663C1 (ru) Способ определения горизонтальных координат неподвижного подводного источника гидроакустических навигационных сигналов
Henley et al. Performance of 3D forward looking sonar for bathymetric survey
Didier et al. Real-time correction of sound refraction errors in bathymetric measurements using multiswath multibeam echosounder
RU2498354C1 (ru) Способ оценки полного профиля вертикального распределения скорости звука
Weissling et al. Antarctic sea-ice altimetry: scale and resolution effects on derived ice thickness distribution
Makar Verification of the Digital Sea Bottom Model Built by Bathymetric Data–Deep Water Study
RU2559565C2 (ru) Способ определения пространственного положения протяженных объектов, расположенных на глубине, преимущественно расположенных под водой, и трассоискатель электромагнитный, преимущественно трассоискатель электромагнитный судовой для осуществления способа

Legal Events

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

Effective date: 20170721