RU2649073C1 - Method for determining coordinates of the underwater object by the hydroacoustic system of underwater navigation with an alignment beacon - Google Patents

Method for determining coordinates of the underwater object by the hydroacoustic system of underwater navigation with an alignment beacon Download PDF

Info

Publication number
RU2649073C1
RU2649073C1 RU2016149951A RU2016149951A RU2649073C1 RU 2649073 C1 RU2649073 C1 RU 2649073C1 RU 2016149951 A RU2016149951 A RU 2016149951A RU 2016149951 A RU2016149951 A RU 2016149951A RU 2649073 C1 RU2649073 C1 RU 2649073C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
coordinates
calculated
distance
software
hydroacoustic
Prior art date
Application number
RU2016149951A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Юрий Алексеевич Коваленко
Original Assignee
Акционерное Общество "Концерн "Океанприбор"
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 Акционерное Общество "Концерн "Океанприбор" filed Critical Акционерное Общество "Концерн "Океанприбор"
Priority to RU2016149951A priority Critical patent/RU2649073C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2649073C1 publication Critical patent/RU2649073C1/en

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01SRADIO 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
    • G01S15/00Systems using the reflection or reradiation of acoustic waves, e.g. sonar systems
    • G01S15/02Systems using the reflection or reradiation of acoustic waves, e.g. sonar systems using reflection of acoustic waves
    • G01S15/06Systems determining the position data of a target
    • G01S15/42Simultaneous measurement of distance and other co-ordinates

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Acoustics & Sound (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Measurement Of Velocity Or Position Using Acoustic Or Ultrasonic Waves (AREA)

Abstract

FIELD: navigation system.
SUBSTANCE: invention relates to underwater navigation and is intended for determining the location coordinates of an underwater object (UO) with increased accuracy, in particular underwater objects, equipped with a transceiver of a long-base hydroacoustic navigation system (HANS-LB, LBL system). For this purpose, one navigation beacon (NB) is allocated as an alignment beacon (AB). On the UO, the distances to the NB and to the AM are determined by the time of the signal propagation. According to the distances to NB and known NB coordinates, the coordinates of the UO are calculated, according to which and to known coordinates of the AB the distance between the UO and AB is calculated. Then, the calculated distance is compared with the distance determined by measuring distance passage time. If the deviation is greater than the set value, then by its value, the correction to the depth average-weighted sound velocity is calculated and the speed velocity is refined. Then, the distances to the NB and to the AB are determined by the time of the signal propagation, coordinates of the UO are specified, the value of the distance to the AB is calculated and the values of the determined and estimated distances between the UO and AB, etc. are again compared. Iterations continue until the deviation is less than the specified value. In this case, the UO coordinates are calculated with the smallest errors of sound velocity in water.
EFFECT: technical result of the invention is reduced errors in the sound velocity
Figure 00000029
, which influences the error of calculating the distance to the UO, and thereby allows to increase the accuracy of determining the coordinates of the UO.
1 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к области подводной навигации и предназначено для определения координат местоположения подводного объекта (ПО) с повышенной точностью, в частности подводных объектов, оборудованных приемопередатчиком гидроакустической навигационной системы.The invention relates to the field of underwater navigation and is intended to determine the location coordinates of an underwater object (ON) with increased accuracy, in particular underwater objects equipped with a transceiver for sonar navigation system.

Известны гидроакустические системы подводной навигации с длинной базой (ГАНС-ДБ или LBL системы), включающие навигационную базу из m гидроакустических навигационных маяков ответчиков (НМ), оборудованных гидроакустической приемо-передающей аппаратурой, которые устанавливаются в районе работы ПО, и размещенного на ПО гидроакустического приемопередатчика, одновременно опрашивающего навигационные маяки ответчики и получающего m ответов от каждого маяка на своей частоте.Known hydroacoustic systems for underwater navigation with a long base (HANS-DB or LBL systems), including a navigation base of m hydroacoustic navigation beacons for transponders (NM), equipped with hydroacoustic transceiver equipment that are installed in the area of operation of the software, and placed on the software of the hydroacoustic transceiver , at the same time interrogating navigation beacons responders and receiving m responses from each beacon on the own frequency.

ГАНС-ДБ (LBL системы) относятся к дальномерным навигационным системам, в которых способ определения координат основан на измерении набора наклонных дальностей (дистанций) между подводным объектом и навигационным маяком ответчиком, каждая из которых определяется через измеренный интервал времени между моментом запроса и моментом прихода ответного сигнала.GANS-DB (LBL systems) relate to rangefinding navigation systems, in which the method of determining coordinates is based on measuring a set of inclined ranges (distances) between the underwater object and the navigation beacon by the transponder, each of which is determined through a measured time interval between the time of the request and the moment of the response signal.

Расстояние, проходимое звуковым сигналом от передающей антенны ПО до НМ и обратно до приемной антенны ПО, определяют по формуле:The distance traveled by an audio signal from the transmitting antenna of the software to the NM and back to the receiving antenna of the software is determined by the formula:

Figure 00000001
Figure 00000001

гдеWhere

s - расстояние, проходимое сигналом;s is the distance traveled by the signal;

Figure 00000002
- средневзвешенная по глубине скорость звука;
Figure 00000002
- depth-weighted average speed of sound;

Δtp - время распространения звукового сигнала в воде;Δt p is the propagation time of the sound signal in water;

T - измеренный интервал времени от момента подачи запроса до получения ответаT - measured time interval from the moment of request submission to receiving a response

ΔT - известная для данной аппаратуры задержка на обработку запроса и ответ;ΔT is the delay for request processing and response known for this equipment;

ε - погрешность измерения времени.ε is the error of time measurement.

Соответственно, дистанция ri от ПО до i НМi равна половине пройденного сигналом расстояния s и определяется формулой:Accordingly, the distance r i from PO to i NM i is equal to half the distance s traveled by the signal and is determined by the formula:

Figure 00000003
Figure 00000003

Поверхность положения для дистанции от ПО до i НМi, представляет собой сферу радиуса ri. Уравнение поверхности положения описывается нелинейным уравнением вида:The position surface for the distance from PO to i NM i represents the sphere of radius r i . The equation of the position surface is described by a nonlinear equation of the form:

Figure 00000004
Figure 00000004

здесь i=1, …, m - номер НМ;here i = 1, ..., m is the number of the NM;

xi, yi, zi - координаты i НМ в заданной прямоугольной системе Oxyz;x i , y i , z i - coordinates i NM in a given rectangular system Oxyz;

xno, yno zno - координаты ПО в заданной прямоугольной системе Oxyz.x no , y no z no - software coordinates in the specified rectangular Oxyz system.

В уравнении (3) координаты HMi известны с заданной точностью, неизвестными параметрами являются координаты ПО: xno, yno, zno, которые находятся по известным алгоритмам, например по алгоритму, изложенному в [1], путем решения системы из N нелинейных уравнения вида (3).In equation (3), the coordinates of HM i are known with a given accuracy, unknown parameters are the coordinates of the software: x no , y no , z no , which are found according to well-known algorithms, for example, according to the algorithm described in [1], by solving a system of N non-linear equations of the form (3).

Недостатком данного способа является сравнительно большая по современным требованиям погрешность определения координат ПО (xno, yno zno), вызванная погрешностью в расчете по формуле (2) дистанции ri, зависящей от ошибок скорости звука

Figure 00000005
и ошибок исключения неоднозначности при определении момента прихода ответа от НМ, связанных с явлением многолучевости распространения звука при наличии отражающих границ раздела, которое наблюдается в мелком море.The disadvantage of this method is the relatively large, according to modern requirements, error in determining the coordinates of the software (x no , y no z no ), caused by an error in the calculation by formula (2) of the distance r i , depending on the errors of the speed of sound
Figure 00000005
and errors of exclusion of ambiguity in determining the moment of arrival of a response from NM associated with the phenomenon of multipath sound propagation in the presence of reflecting interfaces, which is observed in the shallow sea.

Известен способ навигации подводного объекта [2] посредством гидроакустической навигационной системы, который предназначен для повышения точности определения координат ПО, содержащей навигационную базу из m гидроакустических приемоответчиков с различными частотами ответа, размещенного на объекте навигации гидроакустического приемопередатчика и гидроакустических приемоответчиков, размещенных на дрейфующих станциях по водной поверхности. Навигационные параметры подводного объекта относительно дрейфующей станции или базы из дрейфующих станций определяют в режиме с длинной и/или ультракороткой базой, и/или в комбинированном режиме (длинная + ультракороткая база), и/или в пеленгационной системе, при этом формируют из приемников две навигационные базы с общим центром.There is a method of navigating an underwater object [2] by means of a hydroacoustic navigation system, which is designed to improve the accuracy of determining the coordinates of software containing a navigation base of m hydroacoustic transponders with different response frequencies, located on the navigation object of a hydroacoustic transceiver and hydroacoustic transponders located at drifting stations in a waterway surface. The navigation parameters of the underwater object relative to the drifting station or the base of the drifting stations are determined in the mode with a long and / or ultrashort base, and / or in the combined mode (long + ultrashort base), and / or in the direction finding system, and two navigation base with a common center.

Суть данного способа заключается в повышении точности определения координат ПО за счет добавления дополнительных измерительных параметров, а именно пеленгов, которые повышают точностью расчетов, но при этом сохраняются ошибки знания скорости звука и ошибки от явления многолучевости.The essence of this method is to increase the accuracy of determining the coordinates of the software by adding additional measurement parameters, namely bearings, which increase the accuracy of calculations, but at the same time errors of knowledge of the speed of sound and errors from the multipath phenomenon are saved.

Известен способ навигации подводного объекта [3] посредством гидроакустической навигационной системы, который предназначен для повышения точности определения координат ПО, содержащей навигационную базу из m гидроакустических приемоответчиков с различными частотами ответа, размещенного на ПО гидроакустического приемопередатчика и гидроакустических приемоответчиков, размещенных на дрейфующих станциях по водной поверхности. Навигационные параметры ПО относительно дрейфующей станции или базы из дрейфующих станций определяют в режиме с длинной и/или ультракороткой базой, и/или в комбинированном режиме (длинная + ультракороткая база), и/или в пеленгационной системе, при этом формируют из приемников две навигационные базы с общим центром, в которой обработку результатов измерений по пространственно-временным массивам наблюдений, определение координат ПО путем вычислений, отличающийся тем, что при вычислении координат выполняют минимизацию погрешности методом статистики Герста, а оценку среднего арифметического значения гидроакустической характеристики по пространственно-временным массивам наблюдений выполняют путем вычислений по многомерным квадратурным формулам и функциям Хаара.There is a method of navigating an underwater object [3] by means of a hydroacoustic navigation system, which is designed to improve the accuracy of determining the coordinates of software containing a navigation base of m hydroacoustic transponders with different response frequencies, located on the software of the hydroacoustic transceiver and sonar transponders located at drifting stations on the water surface . The navigation parameters of the software relative to the drifting station or base from the drifting stations are determined in the mode with long and / or ultrashort base, and / or in the combined mode (long + ultrashort base), and / or in the direction finding system, and two navigation bases are formed from receivers with a common center, in which the processing of measurement results from spatio-temporal arrays of observations, determination of software coordinates by calculation, characterized in that when calculating the coordinates, the method error is minimized Statistics Gersten and evaluation arithmetic mean hydroacoustic characteristics spatiotemporal arrays observation is performed by computation on multidimensional quadrature formulas and Haar functions.

Суть данного способа заключается в повышении точности определения координат ПО за счет добавления количества измеряемых параметров и использования статистических методов оценивания, которые повышают точностью расчетов, но при этом также сохраняются ошибки знания скорости звука и ошибки от явления многолучевости.The essence of this method is to increase the accuracy of determining the coordinates of software by adding the number of measured parameters and the use of statistical estimation methods that increase the accuracy of calculations, but at the same time errors of knowledge of the speed of sound and errors from the multipath phenomenon are also saved.

Наиболее близким к предлагаемому способу по количеству общих признаков и решаемой задаче является способ [4]. Этот способ основан на использовании донной навигационной базы из m НМ, на которых размещены гидроакустические приемоответчики с различными частотами ответа, размещенных на ПО гидроакустического передатчика, генератора синхроимпульсов, m-канального приемника, m измерителей времени распространения гидроакустических сигналов до приемоответчиков и обратно. В каждый из m каналов введены по числу лучевых траекторий n дополнительных измерителей времени распространения гидроакустических сигналов, n дополнительных блоков преобразования временных интервалов в дистанции, n дополнительных блоков выбора максимального значения дистанции и усреднитель дистанции. Выходы всех блоков выбора максимального значения дистанции соединены с входами усреднителя дистанций, а выход усреднителя дистанций соединен с входом вычислителя координат ПО.Closest to the proposed method by the number of common features and the problem to be solved is the method [4]. This method is based on the use of a bottom navigation base of m NMs, on which hydroacoustic transponders with different response frequencies are located, located on the software of a hydroacoustic transmitter, a clock generator, an m-channel receiver, m measuring instruments for the propagation time of hydroacoustic signals to transponders and vice versa. According to the number of ray paths, n additional meters for the propagation time of hydroacoustic signals, n additional blocks for converting time intervals into distances, n additional blocks for selecting the maximum distance value and a distance averager are introduced into each of the m channels. The outputs of all blocks for selecting the maximum distance value are connected to the inputs of the distance averager, and the output of the distance averager is connected to the input of the software coordinate calculator.

С помощью данной системы реализован способ навигации подводного объекта, в котором гидроакустический передатчик ПО выдает акустический сигнал запроса, который принимают гидроакустические приемоответчики m НМ, и при приеме запросного сигнала излучают ответный сигнал на своей частоте. Эти ответные сигналы принимают m-канальным приемником ПО и передают в измеритель времени распространения гидроакустических сигналов до приемоответчиков НМ и обратно, а затем в m n блоков преобразования временных интервалов в дистанции, по которым осуществляют выбор минимальных значений дистанций от m НМ, по которым в вычислителе рассчитывают координаты ПО.With the help of this system, a method for navigating an underwater object is realized, in which the sonar transmitter software generates an acoustic request signal, which is received by the hydro-acoustic transponders m NM, and when a request signal is received, a response signal is emitted at its frequency. These response signals are received by the m-channel software receiver and transmitted to the hydro-acoustic signal propagation time meter to the NM transponders and vice versa, and then to mn blocks of time interval conversion into distances, from which the minimum distance values from m NM are selected, from which the calculator calculates software coordinates.

Данный способ направлен на повышение точности определения координат ПО за счет устранения ошибок от явления многолучевости, но в нем остаются ошибки связанные с ошибками знания скорости звука.This method is aimed at improving the accuracy of determining the coordinates of the software by eliminating errors from the multipath phenomenon, but there remain errors associated with errors in the knowledge of the speed of sound.

Величина

Figure 00000005
является определяющим элементом при расчете дистанций ri, так как аппаратурная ошибка современных навигационных систем сравнительно мала. Она не является постоянной величиной, так как зависит от гидрологии места на момент проведения навигационных измерений.Value
Figure 00000005
 is the determining element in calculating the distances ri, since the hardware error of modern navigation systems is relatively small. It is not a constant value, since it depends on the hydrology of the place at the time of the navigation measurements.

Задачей изобретения является повышение точности определения координат ПО.The objective of the invention is to increase the accuracy of determining the coordinates of the software.

Технический результат заключается в уменьшении ошибок скорости звука

Figure 00000005
, влияющей на погрешность расчета дистанции ri, что приводит к повышению точности определения координат ПО.The technical result is to reduce errors in the speed of sound
Figure 00000005
that affects the error in calculating the distance r i , which leads to an increase in the accuracy of determining the coordinates of the software.

Заявленный технический результат достигается тем, что в способ навигации ПО посредством гидроакустической навигационной системы, содержащей навигационную базу из m НМ, на которых размещены гидроакустические приемоответчики с различными частотами ответа, и размещенного на ПО гидроакустического приемопередатчика, в котором гидроакустический приемопередатчик, с помощью генератора синхроимпульсов, в определенный момент излучает акустический сигнал запроса, который принимают гидроакустические приемоответчики m НМ, с помощью которых при приеме запросного сигнала излучают ответный сигнал на своей частоте, который принимают m-канальным приемником ПО и передают в измеритель времени распространения гидроакустических сигналов до гидроакустических приемоответчиков НМ и обратно, посредством m блоков преобразования временных интервалов в дистанции осуществляют выбор минимальных значений дистанций от m НМ, по которым в вычислителе рассчитывают координаты ПО, введены новые признаки, а именно: на ПО дополнительно устанавливают вычислитель расчетного параметра, в котором рассчитывают расчетное значение дистанции, и анализатор, предназначенный для расчета поправки к скорости звука, а из m гидроакустических приемоответчиков НМ выделяют гидроакустический приемоответчик юстировочного маяка (ЮМ), на который с ПО излучают акустический сигнал запроса, который принимают гидроакустическим приемоответчиком ЮМ, посредством гидроакустического приемоответчика ЮМ излучают ответный сигнал, который принимают m-канальным приемником ПО, передают в измеритель времени распространения, затем в блок преобразования временных интервалов в дистанцию, где определяют дистанция до ЮМ, которую в анализаторе сравнивают с расчетной дистанцией до ЮМ, рассчитанной в вычислителе расчетного параметра по известным координатам ЮМ и координатам ПО, полученным по всем НМ кроме ЮМ, если отклонения превышают заданное значение, переходят к следующей итерации, в которой рассчитывают поправку и уточняют значение средневзвешенной по глубине скорости звука, которую передают в блок преобразования временных интервалов в дистанции для расчета уточненных значений дистанций до всех НМ и ЮМ включительно, в вычислителе координат ПО по уточненным значениям дистанций до НМ рассчитывают уточненные координаты ПО на итерации, по которым и координатам ЮМ в блоке расчетного параметра рассчитывают новое расчетное значение дистанции до ЮМ на итерации и опять производят сравнение уточненного значения дистанции на итерации, полученной в блоке преобразования временных интервалов в дистанцию, и расчетного значения дистанции, полученной из блока расчетного параметра на итерации, в результате которого при выполнении условия, что отклонение не превышает заданного значения, принимают решение о завершении итерационного процесса и получении координат повышенной точности или о продолжении итерационного процесса, если отклонения превышают заданное значение, до тех пор, пока не выполнится вышеуказанное условие.The claimed technical result is achieved by the fact that in a method for navigating software using a sonar navigation system containing a navigation base of m NM on which sonar transponders with different response frequencies are located, and placed on the sonar transceiver software, in which the sonar transceiver, using a clock generator, at a certain moment emits an acoustic request signal, which is received by hydro-acoustic transponders m NM, with the help of which and receiving the request signal, a response signal is emitted at its frequency, which is received by the m-channel software receiver and transmitted to the hydro-acoustic signal propagation time meter to the hydro-acoustic transponders NM and vice versa, by means of m blocks for converting time intervals to distances, the minimum distance values from m NM are selected, according to which the coordinates of the software are calculated in the calculator, new features are introduced, namely: the calculator of the calculated parameter is additionally installed on the software, in which read the calculated value of the distance, and the analyzer designed to calculate the correction to the speed of sound, and from the m hydroacoustic transponders of the NM, a hydroacoustic transponder of the adjustment beacon (UM) is allocated, to which the acoustic signal of the request is received with software, which is received by the hydroacoustic transponder of the UM, using the sonar transponder of the UM emit a response signal, which is received by the m-channel software receiver, transmitted to the propagation time meter, then to the time conversion unit x intervals in the distance, where the distance to JM is determined, which is compared in the analyzer with the calculated distance to JM, calculated in the calculator of the calculated parameter by the known coordinates of the JM and the coordinates of the software obtained for all NM except for JM, if the deviations exceed the specified value, go to the next iterations in which the correction is calculated and the value of the sound velocity averaged over depth is specified, which is transmitted to the unit for converting time intervals to distances to calculate the adjusted values of the distances to all x NM and YM inclusively, in the software of the coordinates of the software for the adjusted values of the distances to the NM calculate the updated coordinates of the software at the iteration, according to which the coordinates of the YM in the block of the calculation parameter calculate the new calculated value of the distance to the YM at the iteration and again compare the adjusted value of the distance at the iteration obtained in the block for converting time intervals to distance, and the calculated value of the distance obtained from the block of the calculated parameter at the iteration, as a result of which, under the condition, then the deviation does not exceed the preset value, they decide to end the iterative process and obtain coordinates of increased accuracy or to continue the iterative process if the deviations exceed the preset value until the above condition is satisfied.

Сущность изобретения поясняется фиг. 1, на которой схематически изображена функциональная схема, реализующая способ. На фиг. 1 сплошная линия представляет запросный сигнал, пунктирная линия - ответный сигнал, СИ - синхроимпульсы. КПО - координаты ПО.The invention is illustrated in FIG. 1, which schematically depicts a functional diagram that implements the method. In FIG. 1, the solid line represents the interrogation signal, the dashed line represents the response signal, and SI represents the clock. KPO - software coordinates.

В предлагаемом способе передатчик 2 ПО с помощью генератора синхроимпульсов 3 через приемо-передающую антенну 1 в момент времени tз излучает акустический сигнал запроса, который принимают гидроакустические приемоответчиками 10 навигационных маяков, включая гидроакустический приемоответчик 11 ЮМ (HMi, i=1, …, m-1, ЮМ).In the proposed method, the transmitter 2 ON via clock generator 3 via the transmitting-receiving antenna 1 at time t of emits acoustic request signal, which is received hydroacoustic transponders 10 nautical beacons, including sonar transponder 11 YM (HMi, i = 1, ..., m -1, YM).

Каждый из приемоответчиков 10 НМ и 11 ЮМ при приеме запросного сигнала излучает ответный сигнал на своей частоте, который принимают m-канальным приемником 4 ПО в момент времени ti и передают в измеритель времени распространения гидроакустических сигналов 5 до приемоответчиков и обратно Δtpi, Δtрю,.. Затем в блоке преобразования временных интервалов в дистанцию 6 рассчитывают дистанции ri(i=1, …, m-1) и rю по формуле (2) в каждом из M каналов. По дистанциям ri от HMi 10 (i=1,…, m-1) и координатам HMi xi, yi zi в вычислителе координат ПО 7 вычисляют координаты ПО xno, yno zno, которые передают в вычислитель расчетного параметра 8. В вычислителе 8 по xno, yno zno и xю, yю zю по формуле (3) рассчитывают расчетное значение дистанции

Figure 00000006
между ПО и ЮМ 11, которое передают в анализатор 9. В анализаторе 9 производится сравнение (проверка) следующего условия:Each of the transponders 10 NM and 11 JM, upon receipt of the request signal, emits a response signal at its own frequency, which is received by the m-channel receiver 4 of the software at the time t i and transmitted to the transponder 5 for transponders to and from the transponders Δt pi , Δt ryu , .. Then, in the block for converting time intervals to distance 6, the distances r i (i = 1, ..., m-1) and r y are calculated according to formula (2) in each of the M channels. Based on the distances r i from HMi 10 (i = 1, ..., m-1) and the coordinates HMi x i , y i z i, the coordinates of the software x no , y no z no are calculated in the coordinate calculator 7, which are transmitted to the calculator 8. The calculator 8 no x, y no no z and x w, y w z w by the formula (3) calculating the estimated value of the distance
Figure 00000006
between software and UM 11, which is transmitted to the analyzer 9. In the analyzer 9, the following condition is compared (checked):

Figure 00000007
Figure 00000007

где ε - заданная величина.where ε is a given value.

Если условие (4) не выполняется, то в анализаторе 9 по формуле (6) рассчитывают поправку к скорости звука

Figure 00000008
и по формуле (7) производят уточнение значения скорости
Figure 00000009
для следующей итерации. Формула для расчета поправки к средневзвешенной по глубине скорости звука получается из выражений (2), которое можно представить в следующем виде:If condition (4) is not satisfied, then in the analyzer 9 by the formula (6) calculate the correction to the speed of sound
Figure 00000008
and according to the formula (7), the speed value is refined
Figure 00000009
for the next iteration. The formula for calculating the corrections to the sound velocity averaged over depth is obtained from expressions (2), which can be represented in the following form:

Figure 00000010
Figure 00000010

гдеWhere

Figure 00000011
- расчетное значение средневзвешенной по глубине скорости звука на итерации;
Figure 00000011
- the calculated value of the depth-weighted average sound velocity at the iteration;

Figure 00000012
- поправка к расчетному значению средневзвешенной по глубине скорости звука.
Figure 00000012
- correction to the calculated value of the sound velocity averaged over depth.

Поправка

Figure 00000013
получается из (5) с учетом (3) при условии, что
Figure 00000014
.Amendment
Figure 00000013
obtained from (5), taking into account (3), provided that
Figure 00000014
.

Figure 00000015
Figure 00000015

где xю, yю, zю - координаты ЮМ 11 в заданной прямоугольной системе Oxyz;where x w, y w, z w - YM 11 coordinates in a predetermined rectangular system Oxyz;

Figure 00000016
,
Figure 00000017
,
Figure 00000018
- уточненные в соответствии с [1] координаты ПО в заданной прямоугольной системе Oxyz.
Figure 00000016
,
Figure 00000017
,
Figure 00000018
- software coordinates specified in accordance with [1] in a given rectangular Oxyz system.

Уточнение средневзвешенной по глубине скорости звука производят итерационным способом по следующей формуле:The refinement of the sound velocity averaged over depth is made by iterative method according to the following formula:

Figure 00000019
Figure 00000019

гдеWhere

j - номер итерации;j is the iteration number;

Figure 00000020
- расчетная средневзвешенная по глубине скорость звука на j итерации;
Figure 00000020
- calculated depth-weighted average sound velocity at j iteration;

Figure 00000021
- поправка к средневзвешенной по глубине скорости звука на j итерации;
Figure 00000021
- correction to depth-weighted average sound velocity at j iteration;

Figure 00000022
- уточненное значение средневзвешенной по глубине скорости звука.
Figure 00000022
- the adjusted value of the weighted average sound depth in depth.

Полученное значение

Figure 00000023
передают в блок преобразования временных интервалов в дистанцию 6 для расчета по времени распространения Δtpi, Δtрю уточненных значений ri (i=1, …, m-1), rю, затем в вычислителе координат 7 вычисляют уточненные координаты ПО xno, yno, zno, которые передают в вычислитель расчетного параметра 8, в котором рассчитывают уточненное значение дистанции
Figure 00000024
между ПО и ЮМ, которое передают в анализатор 9. В анализаторе 9 производят сравнение
Figure 00000025
и rю. Процесс итераций при вычислений координат ПО заканчивается при выполнении условия (7), при этом координаты ПО найдены с повышенной точностью. Это позволяет считать, что заявленный технический результат достигнут.Value obtained
Figure 00000023
transmitted to the conversion unit of slots in the distance 6 in calculating the propagation time Δt pi, Δt ryu improved values r i (i = 1, ..., m-1), r w, then a coordinate 7 calculator calculated specified coordinates software x no, y no , z no , which transmit the calculated parameter 8 to the calculator, in which the specified distance value is calculated
Figure 00000024
between software and UM, which is transmitted to analyzer 9. In analyzer 9, a comparison is made
Figure 00000025
and r y The iteration process in calculating the coordinates of the software ends when condition (7) is satisfied, while the coordinates of the software are found with increased accuracy. This allows us to assume that the claimed technical result is achieved.

Источники информацииInformation sources

1 В.И. Бородин и др. Гидроакустические навигационные средства. Ленинград. Судостроение. 1983 г.1 V.I. Borodin et al. Hydroacoustic navigational aids. Leningrad. Shipbuilding. 1983 year

2 Патент РФ №2365939, G01S 15/08. Способ навигации подводного объекта. Дата публикации патента 27.08.2009.2 RF Patent No. 2365939, G01S 15/08. A way to navigate an underwater object. Date of patent publication 08/27/2009.

3 Патент РФ №2444759, G01S. Способ навигации подводного объекта посредством гидроакустической навигационной системы. Дата публикации патента 10.03.2012.3 RF Patent No. 2444759, G01S. A method for navigating an underwater object through a sonar navigation system. Date of publication of the patent 10.03.2012.

4 Патент РФ №2032187, G01S 15/08. Гидроакустическая синхронная дальномерная навигационная система. Дата публикации патента 27.03.1995.4 RF Patent No. 2032187, G01S 15/08. Hydroacoustic synchronous rangefinder navigation system. Date of publication of the patent 03/27/1995.

Claims (1)

Способ навигации подводного объекта посредством гидроакустической навигационной системы, содержащей навигационную базу из m навигационных маяков (НМ), на которых размещены гидроакустические приемоответчики с различными частотами ответа, и размещенного на подводном объекте (ПО) гидроакустического приемопередатчика, в котором гидроакустический приемопередатчик, с помощью генератора синхроимпульсов, в определенный момент излучает акустический сигнал запроса, который принимают гидроакустические приемоответчики m НМ, с помощью которых при приеме запросного сигнала излучают ответный сигнал на своей частоте, который принимают m-канальным приемником ПО и передают в измеритель времени распространения гидроакустических сигналов до гидроакустических приемоответчиков НМ и обратно, посредством m блоков преобразования временных интервалов в дистанции осуществляют выбор минимальных значений дистанций от m НМ, по которым в вычислителе рассчитывают координаты ПО, введены новые признаки, а именно: на ПО дополнительно устанавливают вычислитель расчетного параметра, в котором рассчитывают расчетное значение дистанции, и анализатор, предназначенный для расчета поправки к скорости звука, а из m гидроакустических приемоответчиков НМ выделяют гидроакустический приемоответчик юстировочного маяка (ЮМ), на который с ПО излучают акустический сигнал запроса, который принимают гидроакустическим приемоответчиком ЮМ, посредством гидроакустического приемоответчика ЮМ излучают ответный сигнал, который принимают m-канальным приемником ПО, передают в измеритель времени распространения, затем в блок преобразования временных интервалов в дистанцию, где определяют дистанцию до ЮМ, которую в анализаторе сравнивают с расчетной дистанцией до ЮМ, рассчитанной в вычислителе расчетного параметра по известным координатам ЮМ и координатам ПО, полученным по всем НМ кроме ЮМ, если отклонения превышают заданное значение, переходят к следующей итерации, в которой рассчитывают поправку и уточняют значение средневзвешенной по глубине скорости звука, которую передают в блок преобразования временных интервалов в дистанции для расчета уточненных значений дистанций до всех НМ и ЮМ включительно, в вычислителе координат ПО по уточненным значениям дистанций до НМ рассчитывают уточненные координаты ПО на итерации, по которым и координатам ЮМ в блоке расчетного параметра рассчитывают новое расчетное значение дистанции до ЮМ на итерации и опять производят сравнение уточненного значения дистанции на итерации, полученной в блоке преобразования временных интервалов в дистанцию, и расчетного значения дистанции, полученной из блока расчетного параметра на итерации, в результате которого при выполнении условия, что отклонение не превышает заданного значения, принимают решение о завершении итерационного процесса и получении координат повышенной точности или о продолжении итерационного процесса, если отклонения превышают заданное значение, до тех пор, пока не выполнится вышеуказанное условие.A method for navigating an underwater object by means of a hydroacoustic navigation system containing a navigation base of m navigation beacons (NM), on which hydroacoustic transponders with different response frequencies are located, and a hydroacoustic transceiver located on an underwater object (ON), in which a hydroacoustic transceiver, using a clock generator at a certain moment emits an acoustic request signal, which is received by hydro-acoustic transponders m NM, with the help of which when a request signal is received, a response signal is emitted at its frequency, which is received by the m-channel software receiver and transmitted to the hydro-acoustic signal propagation time meter to the hydro-acoustic transponders of the NM and vice versa, by means of m blocks for converting time intervals to distances, the minimum distance values from m NM are selected, according to which the coordinates of the software are calculated in the calculator, new features are introduced, namely: the calculator of the calculated parameter is additionally installed on the software, in which p the calculated value of the distance is calculated, and the analyzer designed to calculate the correction to the speed of sound, and from the m hydroacoustic transponders of the NM, a hydroacoustic transponder of the alignment beacon (UM) is allocated, to which the acoustic signal of the request is received with software, which is received by the hydroacoustic transponder of the UM, by means of the hydroacoustic transponder of the UM emit a response signal that is received by the m-channel software receiver, transmitted to a propagation time meter, then to a time conversion unit intervals to the distance, where the distance to JM is determined, which in the analyzer is compared with the calculated distance to JM, calculated in the calculator of the calculated parameter from the known coordinates of the JM and the coordinates of the software obtained for all NM except for JM, if the deviations exceed the specified value, go to the next iterations, in which the correction is calculated and the value of the sound velocity averaged over depth is specified, which is transmitted to the unit for converting time intervals to distances to calculate the adjusted values of the distances to sekh NM and YM inclusively, in the software of the coordinates of the software for the adjusted values of the distances to the NM calculate the updated coordinates of the software at the iteration, according to which the coordinates of the YM in the block of the calculation parameter calculate the new calculated value of the distance to the YM at the iteration and again compare the specified value of the distance at the iteration obtained in the block for converting time intervals to distance, and the calculated value of the distance obtained from the block of the calculated parameter at the iteration, as a result of which, under the condition That the deviation does not exceed the predetermined value, deciding the completion of the iterative process, and obtaining high accuracy of coordinates or to continue the iteration process if the deviation exceeds a predetermined value, as long as the above condition is not executed.
RU2016149951A 2016-12-19 2016-12-19 Method for determining coordinates of the underwater object by the hydroacoustic system of underwater navigation with an alignment beacon RU2649073C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016149951A RU2649073C1 (en) 2016-12-19 2016-12-19 Method for determining coordinates of the underwater object by the hydroacoustic system of underwater navigation with an alignment beacon

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016149951A RU2649073C1 (en) 2016-12-19 2016-12-19 Method for determining coordinates of the underwater object by the hydroacoustic system of underwater navigation with an alignment beacon

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2649073C1 true RU2649073C1 (en) 2018-03-29

Family

ID=61867192

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2016149951A RU2649073C1 (en) 2016-12-19 2016-12-19 Method for determining coordinates of the underwater object by the hydroacoustic system of underwater navigation with an alignment beacon

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2649073C1 (en)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2700278C1 (en) * 2018-08-01 2019-09-16 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский государственный университет телекоммуникаций и информатики" (СибГУТИ) Method of determining location of underwater object
RU2713814C1 (en) * 2018-11-29 2020-02-07 Акционерное Общество "Концерн "Океанприбор" Method of determining geographic coordinates of an underwater object
CN114608567A (en) * 2022-01-24 2022-06-10 江苏中海达海洋信息技术有限公司 USBL positioning method under condition of small pitch angle
CN117092588A (en) * 2023-10-20 2023-11-21 中国科学院深海科学与工程研究所 Method for estimating clock deviation of underwater sound positioning system

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2032187C1 (en) * 1992-08-10 1995-03-27 Институт проблем морских технологий Дальневосточного отделения РАН Sonar synchronous range-finding navigation system
US7272074B2 (en) * 2005-07-15 2007-09-18 Basilico Albert R System and method for extending GPS to divers and underwater vehicles
RU2365939C1 (en) * 2008-06-03 2009-08-27 Юрий Владимирович Румянцев Method of underwater navigation
RU2444759C1 (en) * 2010-09-21 2012-03-10 Юрий Николаевич Жуков Navigation method of underwater object by means of hydroacoustic navigation system
RU2451300C1 (en) * 2010-11-30 2012-05-20 Василий Алексеевич Воронин Hydroacoustic navigation system

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2032187C1 (en) * 1992-08-10 1995-03-27 Институт проблем морских технологий Дальневосточного отделения РАН Sonar synchronous range-finding navigation system
US7272074B2 (en) * 2005-07-15 2007-09-18 Basilico Albert R System and method for extending GPS to divers and underwater vehicles
RU2365939C1 (en) * 2008-06-03 2009-08-27 Юрий Владимирович Румянцев Method of underwater navigation
RU2444759C1 (en) * 2010-09-21 2012-03-10 Юрий Николаевич Жуков Navigation method of underwater object by means of hydroacoustic navigation system
RU2451300C1 (en) * 2010-11-30 2012-05-20 Василий Алексеевич Воронин Hydroacoustic navigation system

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2700278C1 (en) * 2018-08-01 2019-09-16 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский государственный университет телекоммуникаций и информатики" (СибГУТИ) Method of determining location of underwater object
RU2713814C1 (en) * 2018-11-29 2020-02-07 Акционерное Общество "Концерн "Океанприбор" Method of determining geographic coordinates of an underwater object
CN114608567A (en) * 2022-01-24 2022-06-10 江苏中海达海洋信息技术有限公司 USBL positioning method under condition of small pitch angle
CN114608567B (en) * 2022-01-24 2024-01-12 江苏中海达海洋信息技术有限公司 USBL positioning method under small pitch angle condition
CN117092588A (en) * 2023-10-20 2023-11-21 中国科学院深海科学与工程研究所 Method for estimating clock deviation of underwater sound positioning system
CN117092588B (en) * 2023-10-20 2024-01-09 中国科学院深海科学与工程研究所 Method for estimating clock deviation of underwater sound positioning system

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7315488B2 (en) Methods and systems for passive range and depth localization
RU2649073C1 (en) Method for determining coordinates of the underwater object by the hydroacoustic system of underwater navigation with an alignment beacon
RU2590933C1 (en) Device for obtaining information on noisy object in sea
RU2444759C1 (en) Navigation method of underwater object by means of hydroacoustic navigation system
JP7326422B2 (en) Positioning method and system for locating at least one object using wave-based signals
RU2488133C1 (en) Hydroacoustic complex to detect moving source of sound, to measure azimuthal angle to source and horizon of source of sound in shallow sea
RU2009110868A (en) METHOD FOR SHOOTING AQUATORIA BOTTOM RELIEF AND DEVICE FOR ITS IMPLEMENTATION
JP2011247596A (en) Radar apparatus
RU2451300C1 (en) Hydroacoustic navigation system
RU2653956C1 (en) Method of determination of present position data in the bistatic mode of hydrospace detection
RU2526896C1 (en) Method of locating objects in passive monitoring system
RU2586078C2 (en) Single-position passive radioelectronic system for determining horizontal coordinates, target motion elements and kilometric attenuation coefficient of electromagnetic radiation of target
RU2545068C1 (en) Measurement method of changes of heading angle of movement of source of sounding signals
RU2581416C1 (en) Method of measuring sound speed
RU117018U1 (en) NAVIGATING HYDROACOUSTIC STATION
KR101480834B1 (en) Target motion analysis method using target classification and ray tracing of underwater sound energy
RU2510608C1 (en) Method of measuring thickness of ice from underwater vehicle
RU2529207C1 (en) Navigation system for towed underwater vehicle
RU2378663C1 (en) Method of determining horizontal coordinates of stationary underwater source of hydroacoustic navigation signals
RU2476899C1 (en) Hydroacoustic complex to measure azimuthal angle and horizon of sound source in shallow sea
RU2714303C1 (en) Difference-range-finding method for determining the location of a radio-frequency source in multipath propagation of radio waves
RU2614854C2 (en) Method of measuring depth and echo sounder therefor
RU2713814C1 (en) Method of determining geographic coordinates of an underwater object
RU2405166C2 (en) Method for determining location of transmitter with portable position finder
RU2590932C1 (en) Hydroacoustic method of measuring depth of immersion of fixed object