RU2650842C1 - Method of detecting objects in the same thickness of the bottom soil and determination of their location - Google Patents

Method of detecting objects in the same thickness of the bottom soil and determination of their location Download PDF

Info

Publication number
RU2650842C1
RU2650842C1 RU2017117120A RU2017117120A RU2650842C1 RU 2650842 C1 RU2650842 C1 RU 2650842C1 RU 2017117120 A RU2017117120 A RU 2017117120A RU 2017117120 A RU2017117120 A RU 2017117120A RU 2650842 C1 RU2650842 C1 RU 2650842C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
soil
receiving system
thickness
sonar
coordinate system
Prior art date
Application number
RU2017117120A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Борис Анатольевич Касаткин
Сергей Борисович Касаткин
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем морских технологий Дальневосточного отделения Российской академии наук (ИПМТ ДВО РАН)
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 бюджетное учреждение науки Институт проблем морских технологий Дальневосточного отделения Российской академии наук (ИПМТ ДВО РАН) filed Critical Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем морских технологий Дальневосточного отделения Российской академии наук (ИПМТ ДВО РАН)
Priority to RU2017117120A priority Critical patent/RU2650842C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2650842C1 publication Critical patent/RU2650842C1/en

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
    • G01S15/02—Systems using the reflection or reradiation of acoustic waves, e.g. sonar systems using reflection of acoustic waves
    • G01S15/04—Systems determining presence of a target

Abstract

FIELD: hydro acoustics.
SUBSTANCE: invention relates to the field of hydro acoustics and can be used in the development of search facilities for objects that are at the bottom beneath a layer of soil and invisible to such sonar tools as a side-scan sonar. From the carrier of the sonar equipment, a underwater sound projector emits a pulsed acoustic signal emits to the aqueous medium, acoustic signal reflected from the object in the thickness of the bottom soil of the object is received by the receiving system, the propagation time of the acoustic signal from the radiator to the receiving system is measured, distance from the receiving system to the object is calculated, the carrier of the sonar equipment with the hydroacoustic emitter above the bottom is moved relative to the intended location of the object at a distance from the bottom of Z1, connected with the depth Z2 the proposed location of the object in the earth's thickness, relation Z1ρ1=Z2ρ2 (ρ1, ρ2 – density of the aquatic medium and soil, respectively) and the space-time location of the object is displayed, while using a bottom acoustic combined receiver as a receiving system, to increase the range of action and the depth of sound wave penetration into the soil, a low-frequency phase-shift signal is used as a pulsed acoustic signal (λ≥Z2, λ – wavelength), and the carrier of the sonar equipment with the radiator is moved along a circular trajectory in the center of which the receiving system is located. Use of a low-frequency phase-shifted signal in the radiation mode and correlation algorithms for processing the received signal allows maintaining a high resolution in range, and to increase the noise immunity of the receiving system, the range and high resolution of the angular coordinate a static fan of the directional characteristics is formed in the reception mode, containing 8 horizontal one-way directed spatial channels, shifted relative to each other by 45°, is measured in the n-th spatial channel, oriented to the carrier of the sonar equipment with the radiator, the propagation time of the acoustic signal from the radiator to the receiving system, measured in the spatial channel, oriented to the object located in the thickness of the bottom soil, propagation time of the acoustic signal from the radiator to the object in the thickness of bottom soil and from the object to the receiving system, using for improving the accuracy of the propagation time measurement the correlation algorithms for processing the received phase-shift signal, horizontal distance from the object in the thickness of bottom soil to the receiving system is determined, the coordinates of which are considered to be known, horizontal components of the intensity vector in the local coordinate system associated with the combined receiver are calculated, are calculated in the local coordinate system associated with the combined receiver, bearing on the object in the soil, bearing measured in the local coordinate system associated with the combined receiver is converted into a geographic coordinate system and the location of the object located in the thickness of the bottom soil is determined, with coordinates (r, ϕgeo), measured relative to the receiving system, which coordinates are assumed to be known.
EFFECT: technical result is an increase in the penetration depth of the sound wave into the soil and the range of action while maintaining a high resolution in range and angular position of the object.
1 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к области гидроакустики и может быть использовано при разработке средств поиска объектов, находящихся на дне под слоем грунта и невидимых для таких гидролокационных средств, как гидролокатор бокового обзора.The invention relates to the field of sonar acoustics and can be used to develop means of searching for objects located at the bottom under a layer of soil and invisible to such sonar tools, such as side-scan sonar.

Известен способ обнаружения объекта, находящегося в толще донного грунта, который реализуется гидролокационным комплексом, содержащим гидролокатор бокового обзора, используемый на первом этапе работы, и акустический профилограф, который используется на втором этапе работы (А.В. Булыгин, Я В. Моисеенко, А.В. Мочалов, Ю.А. Рыклин «Опыт применения акустического профилографа в подводной археологии» Труды VIII международной конференции Прикладные технологии гидроакустики и гидрофизики. С.-Петербург, «Наука», 2006, с. 147-150). В данном способе обнаружения объекта, находящегося в толще донного грунта, на первом этапе работы с носителя гидролокационной аппаратуры излучают антенной гидролокатора бокового обзора в водную среду импульсный акустический сигнал в широком диапазоне углов скольжения. Затем принимают от находящегося в толще донного грунта объекта отраженный в обратном направлении акустический сигнал той же акустической антенной, измеряют время t распространения акустического сигнала туда и обратно, вычисляют расстояние r до объекта, отображают пространственно-временное положение объекта, используя движение носителя гидролокационной аппаратуры относительно предполагаемого местоположения объекта, и визуально определяют на гидролокационном изображении дна, полученном с помощью гидролокатора бокового обзора, возможное местоположение объекта, находящегося в толще донного грунта. На втором этапе работы, используя движение носителя гидролокационной аппаратуры, повторно выходят на место предполагаемого расположения объекта, находящегося в толще донного грунта, излучают акустической антенной акустического профилографа в водную среду в сторону грунта импульсный акустический сигнал в вертикальном направлении. Затем принимают отраженный от находящегося в толще донного грунта объекта акустический сигнал той же акустической антенной, измеряют время t распространения туда и обратно акустического сигнала, вычисляют глубину Z объекта, находящегося в толще донного грунта, и отображают пространственно - временное положение объекта, находящегося в толще донного грунта, и отображают пространственно-временное положение объекта, находящегося в толще донного грунта, в вертикальной плоскости.A known method of detecting an object located in the thickness of the bottom soil, which is implemented by a sonar system containing a side-scan sonar used in the first stage of work, and an acoustic profiler, which is used in the second stage of work (A.V. Bulygin, Ya. V. Moiseenko, A .V. Mochalov, Yu.A. Ryklin “Experience in the use of an acoustic profilograph in underwater archeology” Proceedings of the VIII International Conference Applied Technologies for Hydroacoustics and Hydrophysics. St. Petersburg, “Nauka”, 2006, p. 147-150). In this method of detecting an object located in the thickness of the bottom soil, at the first stage of operation from the carrier of the sonar equipment a pulsed acoustic signal is emitted by the side-scan sonar antenna into the aquatic environment in a wide range of slip angles. Then, an acoustic signal reflected in the opposite direction by the same acoustic antenna is received from the object located in the thickness of the bottom soil, the propagation time t of the acoustic signal is measured back and forth, the distance r to the object is calculated, and the spatio-temporal position of the object is displayed using the motion of the sonar carrier relative to the assumed the location of the object, and visually determine on the bottom sonar image obtained using the side-scan sonar, zhnoe location object in a seabed soil column. At the second stage of work, using the movement of the carrier of sonar equipment, they repeatedly go to the place of the proposed location of the object located in the thickness of the bottom soil, they emit an acoustic antenna of the acoustic profilograph into the aquatic environment towards the soil, a pulsed acoustic signal in the vertical direction. Then, an acoustic signal reflected from the object located in the thickness of the bottom soil is received by the same acoustic antenna, the acoustic signal propagation time t is measured back and forth, the depth Z of the object located in the thickness of the ground soil is calculated, and the spatio-temporal position of the object located in the thickness of the bottom soil, and display the spatio-temporal position of an object located in the thickness of the bottom soil in a vertical plane.

Недостатком такого способа обнаружения объекта, находящегося в толще донного грунта, является большая вероятность пропуска объектов, находящихся под слоем грунта, но не выходящих на поверхность дна. Другим недостатком является малая эффективность поиска, связанная с двухэтапным режимом поиска, т.е. с необходимостью использования акустического профилографа на втором этапе для повышения вероятности обнаружения объектов, находящихся в толще донного грунта.The disadvantage of this method of detecting an object located in the thickness of the bottom soil is the high probability of missing objects located under a layer of soil, but not reaching the bottom surface. Another disadvantage is the low search efficiency associated with the two-stage search mode, i.e. with the need to use an acoustic profilograph in the second stage to increase the likelihood of detecting objects located in the thickness of the bottom soil.

Известен способ обнаружения объекта, находящегося в толще донного грунта, в котором акустическое зондирование верхнего слоя донного грунта осуществляют одновременно с зондированием поверхности морского дна локатором бокового обзора (Патент РФ №2280266 С2, МПК G01S 15/04, опубл. 20.07.2006 г., Бюл. №20). Для этого на носителе гидролокационной аппаратуры устанавливают приемопередающую антенну гидролокатора бокового обзора и дополнительные направленные в вертикальной плоскости излучающую и приемную акустические антенны, работающие синхронно с приемопередающей антенной гидролокатора бокового обзора. Затем, перемещая носитель гидролокационной аппаратуры над дном, излучают приемопередающей антенной гидролокатора бокового обзора в водную среду в сторону дна импульсный акустический сигнал, принимают отраженный от объекта, находящегося в толще донного грунта, в обратном направлении акустический сигнал той же акустической антенной, измеряют время t распространения туда и обратно акустического сигнала и отображают пространственно-временное положение объекта. Синхронно с излучением антенны гидролокатора бокового обзора излучают в водную среду импульсный акустический сигнал дополнительной направленной в вертикальной плоскости антенной под углом паденияA known method of detecting an object located in the thickness of the bottom soil, in which acoustic sounding of the upper layer of the bottom soil is carried out simultaneously with sounding the surface of the seabed with a side-scan locator (RF Patent No. 2280266 C2, IPC G01S 15/04, published on July 20, 2006, Bull. No. 20). To do this, a transponder antenna for side-scan sonar and additional directionally emitting and receiving acoustic antennas directed in a vertical plane, operating synchronously with the transceiver-side antenna of side-scan sonar, are installed on the carrier of sonar equipment. Then, moving the carrier of the sonar equipment above the bottom, the transverse antenna of the side-scan sonar is emitted into the water medium towards the bottom, the pulse acoustic signal is received, the acoustic signal is reflected from the object located in the thickness of the bottom soil in the opposite direction, the same acoustic antenna is measured, the propagation time t is measured back and forth of the acoustic signal and display the spatio-temporal position of the object. Synchronously with the radiation of the side-scan sonar antenna, a pulsed acoustic signal is emitted into the aquatic environment by an additional antenna directed in the vertical plane at an angle of incidence

Figure 00000001
Figure 00000001

где ρ12=ρ1/ρ2, C12=C1/C2, ρ1, ρ2, C1, С2 - плотность и скорость звука в воде и грунте соответственно,where ρ 12 = ρ 1 / ρ 2 , C 12 = C 1 / C 2 , ρ 1 , ρ 2 , C 1 , C 2 are the density and speed of sound in water and soil, respectively,

принимают от находящегося в толще донного грунта объекта и переизлученный в водную среду акустический сигнал направленной в вертикальной плоскости дополнительной приемной акустической антенной под критическим углом приема θnp=arcsinC12, перемещают направленную в вертикальной плоскости дополнительную излучающую антенну на высоте Z1 над дном, связанной с глубиной Z2 предполагаемого местонахождения объекта в толще донного грунта соотношением Z1=Z2/ρ12, и вычисляют расстояние r до объекта по формулеreceive from an object located in the thickness of the bottom soil and re-emitted into the aquatic environment an acoustic signal directed in the vertical plane of the additional receiving acoustic antenna at a critical reception angle θ np = arcsinC 12 , move the additional radiating antenna directed in the vertical plane at a height of Z 1 above the bottom associated with depth Z 2 of the estimated location of the object in the thickness of the bottom soil with the ratio Z 1 = Z 2 / ρ 12, and calculate the distance r to the object by the formula

Figure 00000002
Figure 00000002

Данный способ обнаружения объекта, находящегося в толще донного грунта, является наиболее близким к заявляемому способу и принят за прототип.This method of detecting an object located in the thickness of the bottom soil is the closest to the claimed method and is taken as a prototype.

Недостатком указанного способа является малая дальность действия и малая глубина проникновения звуковой волны в грунт на рабочих частотах локатора бокового обзора. Это связано с тем, что грунтовая волна, которая возбуждается в составе придонной волны пограничного типа и используется в этом способе в качестве информативной составляющей, достаточно быстро затухает с расстоянием и с глубиной в донном грунте.The disadvantage of this method is the short range and shallow depth of penetration of the sound wave into the ground at the operating frequencies of the side-scan locator. This is due to the fact that the ground wave, which is excited as part of the near-bottom wave of the boundary type and is used as an informative component in this method, attenuates fairly quickly with distance and depth in the bottom soil.

Задачей настоящего изобретения является разработка способа обнаружения объекта, находящегося в толще донного грунта, позволяющего увеличить глубину проникновения звуковой волны в грунт и дальность действия при сохранении высокой разрешающей способности по дальности и угловому положению объекта.The objective of the present invention is to develop a method for detecting an object located in the thickness of the bottom soil, which allows to increase the depth of penetration of the sound wave into the soil and the range while maintaining a high resolution in the range and angular position of the object.

Поставленная задача решается тем, что в способе обнаружения объекта, находящегося в толще донного грунта, при котором с носителя гидролокационной аппаратуры излучают гидроакустическим излучателем в водную среду импульсный акустический сигнал, принимают приемной системой отраженный от находящегося в толще донного грунта объекта акустический сигнал, измеряют время t1 распространения акустического сигнала от излучателя до приемной системы, вычисляют расстояние от приемной системы до объекта, перемещают носитель гидролокационной аппаратуры с гидроакустическим излучателем над дном относительно предполагаемого местоположения объекта на расстоянии от дна Z1, связанном с глубиной Z2 предполагаемого местонахождения объекта в толще грунта соотношением Z1ρ1=Z2ρ2 (ρ1, ρ2 - плотность водной среды и грунта соответственно), и отображают пространственно-временное положение объекта, используют в качестве приемной системы установленный на дно акустический комбинированный приемник, содержащий канал звукового давления, три ортогональных канала вектора колебательной скорости и датчик углового положения локальной системы координат, связанной с комбинированным приемником, относительно географической системы координат,The problem is solved by the fact that in the method of detecting an object located in the thickness of the bottom soil, in which a pulsed acoustic signal is emitted from the sonar carrier into the aqueous medium by a sonar emitter, an acoustic signal reflected from the object located in the thickness of the bottom soil is received by the receiving system, time t is measured 1, acoustic signal propagation from the emitter to the receiver system, calculating a distance from the receiving system to the object carrier is moved sonar appa Aturi a hydroacoustic transducer above the bottom with respect to the intended location of the object at a distance from the bottom of Z 1, associated with the depth Z 2 intended location of the object in the soil column by the relation Z 1 ρ 1 = Z 2 ρ 2 (ρ 1, ρ 2 - the density of the aqueous medium and soil respectively), and they display the spatio-temporal position of the object, use as a receiving system a bottom-mounted acoustic combined receiver containing a sound pressure channel, three orthogonal channels of the vibrational velocity vector angular position sensor local coordinate system related to the combined receiver, relative to a geographic coordinate system,

используют в качестве импульсного акустического сигнала низкочастотный (λ>Z2, λ - длина волны) фазоманипулированный сигнал,using a low-frequency (λ> Z 2 , λ is the wavelength) phase-shifted signal as a pulsed acoustic signal,

перемещают носитель гидролокационной аппаратуры с излучателем по круговой траектории, в центре которой находится приемная система,moving the carrier of the sonar equipment with the emitter along a circular path in the center of which is the receiving system,

формируют в режиме приема статический веер характеристик направленности, содержащий 8 горизонтальных односторонне направленных пространственных каналов, сдвинутых друг относительно друга на 45°,form in the reception mode a static fan of directivity characteristics containing 8 horizontal unilaterally directed spatial channels shifted relative to each other by 45 °,

измеряют в n-м пространственном канале (n=1-8), ориентированном на носитель гидролокационной аппаратуры с излучателем, время распространения t1 акустического сигнала от излучателя до приемной системы, используя для повышения точности измерения времени распространения корреляционные алгоритмы обработки принятого фазоманипулированного сигнала,measured in the nth spatial channel (n = 1-8), oriented to the carrier of the sonar equipment with the emitter, the propagation time t 1 of the acoustic signal from the emitter to the receiving system, using correlation algorithms for processing the received phase-manipulated signal to improve the accuracy of measuring the propagation time,

измеряют в (m)-м пространственном канале (m=1-8), ориентированном на находящийся в толще донного грунта объект, сдвинутом на 180° относительно n-го пространственного канала (n=1-8), ориентированного на носитель гидролокационной аппаратуры с излучателем, время распространения t2 акустического сигнала от излучателя до находящегося в толще донного грунта объекта и от объекта до приемной системы, используя для повышения точности измерения времени распространения корреляционные алгоритмы обработки принятого фазоманипулированного сигнала,measured in the (m) -th spatial channel (m = 1-8), oriented to an object located in the thickness of the bottom soil, shifted 180 ° relative to the n-th spatial channel (n = 1-8), oriented to the carrier of sonar equipment with the emitter, the propagation time t 2 of the acoustic signal from the emitter to the object located in the thickness of the bottom soil and from the object to the receiving system, using correlation algorithms for processing the received phase-manipulated signal to improve the accuracy of measuring the propagation time,

определяют горизонтальное расстояние от находящегося в толще донного грунта объекта до приемной системы, координаты которой считаются известными, по формулеdetermine the horizontal distance from the object located in the thickness of the bottom soil to the receiving system, the coordinates of which are considered known, by the formula

Figure 00000003
Figure 00000003

где c1, с2 - скорость звука в придонном слое воды и в грунте соответственно,where c 1 , c 2 is the speed of sound in the bottom layer of water and in the soil, respectively,

вычисляют горизонтальные компоненты вектора интенсивности Iх, Iу в локальной системе координат, связанной с комбинированным приемником,calculate the horizontal components of the intensity vector I x , I y in the local coordinate system associated with the combined receiver,

вычисляют в локальной системе координат, связанной с комбинированным приемником, пеленг на находящийся в грунте объект по формулеcalculated in the local coordinate system associated with the combined receiver, bearing on an object located in the ground according to the formula

ϕлок=arctg(Iy/Ix),ϕ loc = arctan (I y / I x ),

пересчитывают пеленг, измеренный в локальной системе координат, связанной с комбинированным приемником, в географическую систему координат по формулеrecalculate the bearing measured in the local coordinate system associated with the combined receiver into a geographical coordinate system according to the formula

ϕгео=ϕо-ϕлок,ϕgeo = ϕ о -ϕ loc ,

где ϕ0 - угол поворота локальной системы координат, связанной с комбинированным приемником, относительно географической системы координат, измеряемый датчиком углового положения,where ϕ 0 is the angle of rotation of the local coordinate system associated with the combined receiver, relative to the geographical coordinate system, as measured by the angle sensor,

и определяют местоположение объекта, находящегося в толще донного грунта, координатами (r, ϕгео), измеренными относительно приемной системы, координаты которой считаются известными.and determine the location of the object located in the thickness of the bottom soil, the coordinates (r, ϕ geo ) , measured relative to the receiving system, the coordinates of which are considered known.

В заявленном способе обнаружения объектов, находящихся в толще донного грунта, и определения их местоположения общими существенными признаками для него и для прототипа являются:In the claimed method of detecting objects located in the thickness of the bottom soil, and determining their location, the common essential features for it and for the prototype are:

- излучают акустической антенной в водную среду импульсный акустический сигнал,- emit an acoustic antenna into the aquatic environment pulsed acoustic signal,

- принимают отраженный от объекта, находящегося в толще донного грунта, отраженный акустический сигнал,- receive reflected from the object located in the thickness of the bottom soil, the reflected acoustic signal,

- измеряют время распространения акустического сигнала туда и обратно, вычисляют расстояние до объекта,- measure the propagation time of the acoustic signal back and forth, calculate the distance to the object,

- перемещают носитель гидроакустической аппаратуры с излучателем над дном относительно предполагаемого местонахождения объекта,- move the carrier of hydroacoustic equipment with a radiator above the bottom relative to the estimated location of the object,

- перемещают излучатель над дном на расстоянии Z1, связанном с глубиной залегания объекта Z2 соотношением Z1ρ1=Z2ρ2 (ρ1,ρ2 - плотность водной среды и грунта соответственно),- move the emitter above the bottom at a distance Z 1 associated with the depth of the object Z 2 by the ratio Z 1 ρ 1 = Z 2 ρ 2 (ρ 1 , ρ 2 are the density of the aquatic environment and soil, respectively),

- отображают пространственно-временное положение объекта.- display the spatio-temporal position of the object.

Отличительными признаками заявленного способа обнаружения объектов, находящихся в толще донного грунта, и определения их местоположения являются:Distinctive features of the claimed method for detecting objects located in the thickness of the bottom soil, and determining their location are:

- используют в качестве приемной системы установленный на дно акустический комбинированный приемник, содержащий канал звукового давления, три ортогональных канала вектора колебательной скорости и датчик углового положения локальной системы координат, связанной с комбинированным приемником, относительно географической системы координат,- use as a receiving system a bottom mounted acoustic combined receiver comprising a sound pressure channel, three orthogonal channels of the vibrational velocity vector and an angular position sensor of a local coordinate system associated with the combined receiver relative to the geographical coordinate system,

- используют в качестве импульсного акустического сигнала низкочастотный (λ≥Z2, λ - длина волны) фазоманипулированный сигнал,- use as a pulsed acoustic signal a low-frequency (λ≥Z 2 , λ is the wavelength) phase-shift signal,

- носитель гидролокационной аппаратуры с излучателем перемещают по круговой траектории, в центре которой находится приемная система,- the carrier of the sonar equipment with the emitter is moved along a circular path in the center of which is the receiving system,

- формируют в режиме приема статический веер характеристик направленности, содержащий 8 горизонтальных односторонне направленных пространственных каналов, сдвинутых друг относительно друга на 45°,- form in the reception mode a static fan of directional characteristics containing 8 horizontal unilaterally directed spatial channels shifted relative to each other by 45 °,

- измеряют в n-м пространственном канале(n=1-8), ориентированном на носитель гидролокационной аппаратуры с излучателем, время распространения t1 акустического сигнала от излучателя до приемной системы,- measured in the nth spatial channel (n = 1-8), oriented to the carrier of the sonar equipment with the emitter, the propagation time t 1 of the acoustic signal from the emitter to the receiving system,

- измеряют в (m)-м пространственном канале (m=1-8), ориентированном на находящийся в толще донного грунта объект, сдвинутом на 180° относительно n-го пространственного канала (n=1-8), ориентированного на носитель гидроакустической аппаратуры с излучателем, время распространения t2 акустического сигнала от излучателя до находящегося в толще донного грунта объекта и от объекта до приемной системы,- measured in the (m) -th spatial channel (m = 1-8), oriented to an object located in the thickness of the bottom soil, shifted 180 ° relative to the n-th spatial channel (n = 1-8), oriented to the carrier of hydroacoustic equipment with the emitter, the propagation time t 2 of the acoustic signal from the emitter to the object located in the thickness of the bottom soil and from the object to the receiving system,

- определяют горизонтальное расстояние от находящегося в толще донного грунта объекта до приемной системы, координаты которой считаются известными, по формуле- determine the horizontal distance from the object located in the thickness of the bottom soil to the receiving system, the coordinates of which are considered known, according to the formula

Figure 00000004
Figure 00000004

где c1, c2 - скорость звука в придонном слое воды и в грунте соответственно,where c 1 , c 2 - the speed of sound in the bottom layer of water and in the soil, respectively,

- вычисляют горизонтальные компоненты вектора интенсивности Iх, Iу в локальной системе координат, связанной с комбинированным приемником,- calculate the horizontal components of the intensity vector I x , I y in the local coordinate system associated with the combined receiver,

- вычисляют в локальной системе координат, связанной с комбинированным приемником, пеленг на находящийся в грунте объект по формуле- calculate in the local coordinate system associated with the combined receiver, bearing on an object located in the ground according to the formula

ϕлок=arctg(Iy/Ix),ϕ loc = arctan (I y / I x ),

- пересчитывают пеленг, измеренный в локальной системе координат, связанной с комбинированным приемником, в географическую систему координат по формуле- recalculate the bearing, measured in the local coordinate system associated with the combined receiver, in the geographical coordinate system according to the formula

ϕгео=ϕо-ϕлок,ϕ geo = ϕ about -ϕ loc ,

где ϕ0 - угол поворота локальной системы координат, связанной с комбинированным приемником, относительно географической системы координат, измеряемый датчиком углового положения,where ϕ 0 is the angle of rotation of the local coordinate system associated with the combined receiver, relative to the geographical coordinate system, as measured by the angle sensor,

- определяют местоположение объекта, находящегося в толще донного грунта, координатами (r, ϕгео), измеренными относительно приемной системы, координаты которой считаются известными.- determine the location of the object located in the thickness of the bottom soil, coordinates (r, ϕ geo ), measured relative to the receiving system, the coordinates of which are considered known.

Данная совокупность общих и отличительных существенных признаков обеспечивает получение технического результата во всех случаях, на которые испрашивается правовая охрана. Именно такая совокупность существенных признаков заявленного способа позволила:This combination of common and distinctive essential features provides a technical result in all cases for which legal protection is requested. It is this combination of essential features of the claimed method that allowed:

- обнаруживать любые объекты, находящиеся в толще донного грунта, даже если они не выходят на поверхность, за счет понижения рабочей частоты, увеличения глубины проникновения звуковой волны в грунт,- detect any objects located in the thickness of the bottom soil, even if they do not come to the surface, by lowering the operating frequency, increasing the depth of penetration of the sound wave into the soil,

- повысить эффективность поиска и обнаружения объектов, находящихся в толще донного грунта за счет понижения рабочей частоты, увеличения глубины проникновения звуковой волны в грунт и увеличения дальности обнаружения,- to increase the efficiency of search and detection of objects located in the thickness of the bottom soil by lowering the operating frequency, increasing the depth of penetration of the sound wave into the soil and increasing the detection range,

- повысить помехоустойчивость приемной системы и эффективность способа за счет использования комбинированного приемника, в котором сформированы восемь пространственных каналов в горизонтальной плоскости,to increase the noise immunity of the receiving system and the efficiency of the method through the use of a combined receiver in which eight spatial channels are formed in the horizontal plane,

- обеспечить высокую точность определения времени распространения за счет использования фазоманипулированного сигнала и корреляционных алгоритмов обработки сигналов в режиме приема,- to ensure high accuracy in determining the propagation time through the use of phase-shifted signal and correlation algorithms for signal processing in the receiving mode,

- обеспечить высокую точность пеленгования объекта за счет использования в качестве приемной системы комбинированного приемника, снабженного датчиком углового положения,- to ensure high accuracy of direction finding of the object due to the use as a receiving system of a combined receiver equipped with an angle sensor,

- обеспечить высокую точность определения местоположения объекта за счет увеличения точности пеленгования и определения времени распространения,- to provide high accuracy in determining the location of the object by increasing the accuracy of direction finding and determining the propagation time,

- обеспечить отображение положения обнаруженных объектов, находящихся в толще донного грунта, в горизонтальной плоскости на материальном носителе.- to provide a display of the position of detected objects located in the thickness of the bottom soil in a horizontal plane on a material carrier.

Следовательно, заявленное изобретение является новым, обладает изобретательским уровнем, т.е. оно явным образом не следует из известного уровня техники и пригодно для использования.Therefore, the claimed invention is new, has an inventive step, i.e. it does not explicitly follow from the prior art and is suitable for use.

Заявленный способ обнаружения объектов, находящихся в толще донного грунта, и определения их местоположения поясняется чертежом, где представлена схема движения носителя гидролокационной аппаратуры с излучателем относительно приемной системы и объекта, находящегося в толще донного грунта.The claimed method of detecting objects located in the thickness of the bottom soil, and determining their location is illustrated by the drawing, which shows a diagram of the movement of the carrier sonar equipment with a radiator relative to the receiving system and the object located in the thickness of the bottom soil.

На чертеже приняты следующие обозначения.In the drawing, the following notation.

1-8 8-канальный статический веер характеристик направленности приемной системы,1-8 8-channel static fan of receiving system directional characteristics,

9 - приемная система, установленная на дно,9 - receiving system mounted on the bottom,

10 - носитель гидролокационной аппаратуры с излучателем,10 - carrier sonar equipment with a radiator,

11 - объект, находящийся в толще донного грунта,11 - an object located in the thickness of the bottom soil,

12 - круговая траектория движения носителя гидролокационной аппаратуры с излучателем.12 is a circular path of motion of a carrier of sonar equipment with a radiator.

Заявленный способ реализуется следующим образом.The claimed method is implemented as follows.

После постановки приемной системы 9 на дно и определения ее местоположения носитель гидролокационной аппаратуры с излучателем 10, в качестве которого может быть использовано либо надводное судно, либо автономный подводный аппарат, работающий по заданной программе, движется по круговой траектории 12, в центре которой находится приемная система. При движении по круговой траектории расстояние от излучателя до морского дна Z1 и предполагаемая глубина залегания объекта Z2 в толще донного грунта должны удовлетворять условию Z1ρ1=Z2ρ2.After placing the receiving system 9 at the bottom and determining its location, the carrier of the sonar equipment with the emitter 10, which can be used either a surface vessel or an autonomous underwater vehicle operating according to a given program, moves along a circular path 12, in the center of which there is a receiving system . When moving along a circular path, the distance from the emitter to the seabed Z 1 and the estimated depth of the object Z 2 in the thickness of the bottom soil must satisfy the condition Z 1 ρ 1 = Z 2 ρ 2 .

В приемной системе, оснащенной комбинированным приемником и датчиком углового положения, формируется по известным алгоритмам 8-канальный статический веер односторонне направленных характеристик направленности, перекрывающих весь диапазон изменения азимутального угла. При излучении импульсного фазоманипулированного сигнала в момент времени t0 он принимается в момент времени t1 в пространственном канале комбинированного приемника, ориентированном на излучатель под углом ϕn (n=1-8). [Б.А. Касаткин и др. Моделирование направленных свойств комбинированного приемника при смешанных алгоритмах обработки сигналов. Труды шестой всероссийской научно-технической конференции «Технические проблемы освоения мирового океана». Владивосток, 2015, с. 171-175].In a receiving system equipped with a combined receiver and an angle sensor, an 8-channel static fan of unidirectional directional characteristics is formed according to well-known algorithms, covering the entire range of the azimuthal angle. When a pulsed phase-shifted signal is emitted at time t 0, it is received at time t 1 in the spatial channel of the combined receiver, oriented to the emitter at an angle ϕ n (n = 1-8). [B.A. Kasatkin et al. Modeling the directional properties of a combined receiver with mixed signal processing algorithms. Proceedings of the Sixth All-Russian Scientific and Technical Conference "Technical Problems of the Development of the World Ocean". Vladivostok, 2015, p. 171-175].

Часть энергии звуковой волна проникает в грунт в виде придонной волны, локализованной на горизонте Z2 в толще донного грунта, связанном с расстоянием от излучателя до морского дна Z1 соотношением Z1ρ1=Z2ρ2. Часть энергии звуковой волны, проникшей в грунт, распространяется далее и, отражаясь от объекта 11, принимается приемной системой в момент времени в пространственном канале, ориентированном под углом ϕn+180°.Part of the energy of a sound wave penetrates into the soil in the form of a bottom wave, localized on the horizon Z 2 in the thickness of the bottom soil, associated with the distance from the emitter to the seabed Z 1 by the ratio Z 1 ρ 1 = Z 2 ρ 2 . Part of the energy of the sound wave that has penetrated into the ground, and extends further reflected from object 11 is received by the receiver system at the moment in the spatial channel oriented at an angle φ n + 180 °.

В момент приема вычисляются горизонтальные компоненты вектора интенсивности Iх, Iу в локальной системе координат, связанной с комбинированным приемником, определяется пеленг на объект в локальной системе координат, связанной с комбинированным приемником,At the time of reception, the horizontal components of the intensity vector I x , I y in the local coordinate system associated with the combined receiver are calculated, the bearing on the object in the local coordinate system associated with the combined receiver is determined,

ϕлок=arctg(Iу/Iх),ϕ loc = arctan (I y / I x ),

который затем пересчитывается в пеленг относительно географической системы координат по формуле ϕгео=ϕо-ϕлок,which is then recalculated to the bearing relative to the geographical coordinate system according to the formula ϕ geo = ϕ about -ϕ loc ,

где ϕ0 - угол поворота локальной системы координат, связанной с комбинированным приемником, относительно географической системы координат, измеряемый датчиком углового положения,where ϕ 0 is the angle of rotation of the local coordinate system associated with the combined receiver, relative to the geographical coordinate system, as measured by the angle sensor,

Координаты (r, ϕгео) определяют положение объекта относительно приемной системы, координаты которой определяются в момент постановки и считаются известными.The coordinates (r, ϕ geo ) determine the position of the object relative to the receiving system, the coordinates of which are determined at the time of setting and are considered known.

При необходимости приемная система снабжается радиоканалом связи с судном - носителем гидролокационной аппаратуры, вся первичная информация передается по радиоканалу на судно-носитель, а результаты обработки отображаются на мониторе в реальном времени.If necessary, the receiving system is equipped with a radio channel for communication with the vessel - the carrier of the sonar equipment, all primary information is transmitted via radio channel to the carrier vessel, and the processing results are displayed on the monitor in real time.

Claims (7)

Способ обнаружения объектов, находящихся в толще донного грунта, и определения их местоположения, при котором с носителя гидролокационной аппаратуры излучают гидроакустическим излучателем в водную среду импульсный акустический сигнал, принимают приемной системой отраженный от находящегося в толще донного грунта объекта акустический сигнал, измеряют время распространения акустического сигнала от излучателя до приемной системы, вычисляют расстояние от приемной системы до объекта, перемещают носитель гидролокационной аппаратуры с гидроакустическим излучателем над дном относительно предполагаемого местоположения объекта на расстоянии от дна Z1, связанном с глубиной Z2 предполагаемого местонахождения объекта в толще грунта соотношением Z1ρ1=Z2ρ2 (ρ1, ρ2 - плотность водной среды и грунта соответственно), и отображают пространственно-временное положение объекта, отличающийся тем, что в качестве приемной системы используют установленный на дно комбинированный акустический приемник, содержащий канал звукового давления, три ортогональных канала вектора колебательной скорости и датчик углового положения локальной системы координат, связанной с комбинированным приемником, относительно географической системы координат; в качестве импульсного акустического сигнала используют низкочастотный (λ≥Z2, λ - длина волны) фазоманипулированный сигнал, перемещают носитель гидролокационной аппаратуры с излучателем по круговой траектории, в центре которой находится приемная система, формируют в режиме приема статический веер характеристик направленности, содержащий 8 горизонтальных односторонне направленных пространственных каналов, сдвинутых друг относительно друга на 45°, измеряют в n-м пространственном канале (n=1-8), ориентированном на носитель гидролокационной аппаратуры с излучателем, время распространения t1 акустического сигнала от излучателя до приемной системы, используя для повышения точности измерения времени распространения корреляционные алгоритмы обработки принятого фазоманипулированного сигнала, измеряют в m-м пространственном канале (m=1-8), ориентированном на находящийся в толще донного грунта объект, сдвинутом на 180° относительно n-го пространственного канала (n=1-8), ориентированного на носитель гидролокационной аппаратуры с излучателем, время распространения t2 акустического сигнала от излучателя до находящегося в толще донного грунта объекта и от объекта до приемной системы, используя для повышения точности измерения времени распространения корреляционные алгоритмы обработки принятого фазоманипулированного сигнала, определяют горизонтальное расстояние от находящегося в толще донного грунта объекта до приемной системы по формуле:A method for detecting objects located in the thickness of the bottom soil and determining their location at which a pulsed acoustic signal is emitted from the sonar carrier into the water environment with a sonar emitter, an acoustic signal reflected from the object in the thickness of the bottom soil is received by the receiving system, and the acoustic signal propagation time is measured from the emitter to the receiving system, calculate the distance from the receiving system to the object, move the carrier sonar equipment with g droakusticheskim emitter above the bottom with respect to the intended location of the object at a distance from the bottom of Z 1, associated with the depth Z 2 intended location of the object in the soil column by the relation Z 1 ρ 1 = Z 2 ρ 2 (ρ 1, ρ 2 - the density of the aqueous medium and the ground, respectively) , and display the spatio-temporal position of the object, characterized in that, as the receiving system, a combined acoustic receiver is installed at the bottom, comprising a sound pressure channel, three orthogonal channels of the vibrational vector second speed and angular position sensor local coordinate system related to the combined receiver, relative to a geographic coordinate system; as a pulsed acoustic signal, a low-frequency (λ≥Z 2 , λ is the wavelength) phase-shifted signal is used, the carrier of the sonar equipment with the emitter is moved along a circular path, in the center of which there is a receiving system, a static fan of directional characteristics containing 8 horizontal unilaterally directed spatial channels shifted relative to each other by 45 °, measured in the nth spatial channel (n = 1-8), carrier-oriented sonar minutes apparatus with the transmitter, the propagation time t 1 of the acoustic signal from the transmitter to the receiver system using improve measurement accuracy propagation time correlation processing algorithms phase manipulated received signal measured in m-spatial channel m (m = 1-8), being oriented in thicker bottom ground object shifted by 180 ° with respect to n-th spatial channel (n = 1-8), based on the carrier with the sonar apparatus emitter propagation time t 2 of the acoustic Igna located from the transmitter to a thicker bottom ground object and from the object to the receiving system, using for improving measurement accuracy propagation time correlation processing algorithms phase manipulated received signal, determine the horizontal distance from the bottom located in the thickness of the object to ground reception system according to the formula:
Figure 00000005
;
Figure 00000006
,
Figure 00000007
,
Figure 00000005
;
Figure 00000006
,
Figure 00000007
, где c1, c2 - скорость звука в придонном слое воды и в грунте соответственно, вычисляют горизонтальные компоненты вектора интенсивности Ix, Iy в локальной системе координат, связанной с комбинированным приемником, вычисляют пеленг на находящийся в грунте объект в локальной системе координат, связанной с комбинированным приемником, по формуле:where c 1 , c 2 are the speed of sound in the bottom layer of water and in the soil, respectively, calculate the horizontal components of the intensity vector I x , I y in the local coordinate system associated with the combined receiver, calculate the bearing on the object located in the ground in the local coordinate system, associated with the combined receiver, according to the formula:
Figure 00000008
,
Figure 00000008
, пересчитывают пеленг, измеренный в локальной системе координат, связанной с комбинированным приемником, в географическую систему координат по формуле:recalculate the bearing, measured in the local coordinate system associated with the combined receiver, in the geographical coordinate system according to the formula:
Figure 00000009
Figure 00000009
 где
Figure 00000010
- угол поворота локальной системы координат, связанной с комбинированным приемником, относительно географической системы координат, измеряемый датчиком углового положения, и определяют местоположение объекта, находящегося в толще донного грунта, координатами (r,
Figure 00000011
), измеренными относительно приемной системы, координаты которой считаются известными.Where
Figure 00000010
- the angle of rotation of the local coordinate system associated with the combined receiver relative to the geographic coordinate system, measured by the angle sensor, and determine the location of the object located in the thickness of the bottom soil, coordinates (r,
Figure 00000011
), measured relative to the receiving system, the coordinates of which are considered known.
RU2017117120A 2017-05-16 2017-05-16 Method of detecting objects in the same thickness of the bottom soil and determination of their location RU2650842C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2017117120A RU2650842C1 (en) 2017-05-16 2017-05-16 Method of detecting objects in the same thickness of the bottom soil and determination of their location

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2017117120A RU2650842C1 (en) 2017-05-16 2017-05-16 Method of detecting objects in the same thickness of the bottom soil and determination of their location

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2650842C1 true RU2650842C1 (en) 2018-04-17

Family

ID=61976470

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2017117120A RU2650842C1 (en) 2017-05-16 2017-05-16 Method of detecting objects in the same thickness of the bottom soil and determination of their location

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2650842C1 (en)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001330659A (en) * 2000-05-22 2001-11-30 Hitachi Zosen Corp Method and apparatus for detection of position of object in sea
US6600441B2 (en) * 2000-10-13 2003-07-29 Hilti Aktiengesellschaft Subsurface exploratory radar detector for a hand tool device
RU2280266C2 (en) * 2004-07-16 2006-07-20 Институт проблем морских технологий Дальневосточного отделения Российской академии наук (ИПМТ ДВО РАН) Method of detection of objects lying in thickness of bottom ground
RU2343502C2 (en) * 2007-02-26 2009-01-10 Российская Федерация, от имени которой выступает государственный заказчик - Федеральное агентство по атомной энергии (Росатом) Method and system of positional analysis of object under observation by depth in aqueous medium
RU2410721C1 (en) * 2009-12-07 2011-01-27 Институт проблем морских технологий Дальневосточного отделения Российской академии наук (статус государственного учреждения) (ИПМТ ДВО РАН) Method of detecting objects inside mud line

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001330659A (en) * 2000-05-22 2001-11-30 Hitachi Zosen Corp Method and apparatus for detection of position of object in sea
US6600441B2 (en) * 2000-10-13 2003-07-29 Hilti Aktiengesellschaft Subsurface exploratory radar detector for a hand tool device
RU2280266C2 (en) * 2004-07-16 2006-07-20 Институт проблем морских технологий Дальневосточного отделения Российской академии наук (ИПМТ ДВО РАН) Method of detection of objects lying in thickness of bottom ground
RU2343502C2 (en) * 2007-02-26 2009-01-10 Российская Федерация, от имени которой выступает государственный заказчик - Федеральное агентство по атомной энергии (Росатом) Method and system of positional analysis of object under observation by depth in aqueous medium
RU2410721C1 (en) * 2009-12-07 2011-01-27 Институт проблем морских технологий Дальневосточного отделения Российской академии наук (статус государственного учреждения) (ИПМТ ДВО РАН) Method of detecting objects inside mud line

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2599902C1 (en) Method of navigating underwater objects and system for its implementation
CA2775115C (en) Method and device for measuring a contour of the ground
RU2469346C1 (en) Method of positioning underwater objects
JP6509873B2 (en) System and associated method for detecting and locating a neutral buoyant underwater object such as anchored mines
RU2010109969A (en) METHOD FOR SHOOTING AQUATORIA BOTTOM RELIEF AND DEVICE FOR ITS IMPLEMENTATION
RU2343502C2 (en) Method and system of positional analysis of object under observation by depth in aqueous medium
RU2012153734A (en) METHOD FOR SHOOTING AQUATORIA BOTTOM RELIEF AND DEVICE FOR SHOOTING AQUATORIA BOTTOM RELIEF
RU2271551C2 (en) Method for detecting underwater objects and device for realization of said method
GB2525757A (en) Underwater detection apparatus, underwater detection method and underwater detection program
EP2019972A2 (en) 3-d sonar system
RU103193U1 (en) DEVICE FOR ACOUSTIC DETECTION OF UNDERWATER OBJECTS
CA2920270C (en) Device for assisting in the detection of objects placed on the ground from images of the ground taken by a wave reflection imaging device
RU2650842C1 (en) Method of detecting objects in the same thickness of the bottom soil and determination of their location
RU92201U1 (en) ACTIVE HYDROLOCATOR
RU2541435C1 (en) Method of determining iceberg immersion
US10495460B2 (en) Detection system and method to check the position of a pipeline in a bed of a body of water
RU75060U1 (en) ACOUSTIC LOCATION SYSTEM OF NEAR ACTION
RU2815192C1 (en) Method of determining distance to object located in thickness of bottom soil
RU2510608C1 (en) Method of measuring thickness of ice from underwater vehicle
RU2660292C1 (en) Method for determining object immersion depth
RU2410721C1 (en) Method of detecting objects inside mud line
JP6922262B2 (en) Sonar image processing device, sonar image processing method and sonar image processing program
RU2568071C1 (en) Hydroacoustic positioning system
RU2559311C1 (en) Assessment method of state of ice field
RU2529207C1 (en) Navigation system for towed underwater vehicle