RU2664971C1 - Autonomous undefined underwater vehicle for measuring differential characteristics of the vector sound field - Google Patents

Autonomous undefined underwater vehicle for measuring differential characteristics of the vector sound field Download PDF

Info

Publication number
RU2664971C1
RU2664971C1 RU2017119843A RU2017119843A RU2664971C1 RU 2664971 C1 RU2664971 C1 RU 2664971C1 RU 2017119843 A RU2017119843 A RU 2017119843A RU 2017119843 A RU2017119843 A RU 2017119843A RU 2664971 C1 RU2664971 C1 RU 2664971C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
buoyancy
stability
bow
acoustic
stern
Prior art date
Application number
RU2017119843A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Юрий Викторович Матвиенко
Владимир Владимирович Костенко
Владислав Александрович Гой
Юрий Анатольевич Хворостов
Original Assignee
Российская Федерация, от имени которой выступает ФОНД ПЕРСПЕКТИВНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ
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 Российская Федерация, от имени которой выступает ФОНД ПЕРСПЕКТИВНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ filed Critical Российская Федерация, от имени которой выступает ФОНД ПЕРСПЕКТИВНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ
Priority to RU2017119843A priority Critical patent/RU2664971C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2664971C1 publication Critical patent/RU2664971C1/en

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B63—SHIPS OR OTHER WATERBORNE VESSELS; RELATED EQUIPMENT
    • B63G—OFFENSIVE OR DEFENSIVE ARRANGEMENTS ON VESSELS; MINE-LAYING; MINE-SWEEPING; SUBMARINES; AIRCRAFT CARRIERS
    • B63G8/00—Underwater vessels, e.g. submarines; Equipment specially adapted therefor

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
  • Measurement Of Velocity Or Position Using Acoustic Or Ultrasonic Waves (AREA)

Abstract

FIELD: acoustics.SUBSTANCE: invention relates to hydroacoustics, in particular to the bearing devices of underwater noise sources. Autonomous uninhabited underwater vehicle for measuring the differential characteristics of a vector sound field contains the bow and stern soundproof fairings, the bow and stern combined acoustic receivers with the suspension system, bow and stern sections of the buoyancy control system, left and right propulsion system,the onboard control and navigation system with the battery and the set of sensors, the stability change system, the sealed container, the data processing unit for combined acoustic receivers. Each acoustically transparent frame of the acoustic combined receiver is equipped with buoyancy and counterweight, which are made in the form of upper and lower dampers respectively and have a total neutral buoyancy. System for changing the stability moment is equipped with the electric drive for turning the cargo segment, which ensures zero stability moment of the AUUV when transferring the load sector to the upper position and the maximum value of the stability moment when moving the load sector to the lower position.EFFECT: increased noise immunity during detection of weak signals by the acoustic combined receivers.1 cl, 5 dwg

Description

Изобретение относится к гидроакустике и может быть использовано для обнаружения и пеленгования движущегося подводного источника звука преимущественно в мелком море с помощью комплекса гидроакустических приемников.The invention relates to sonar and can be used to detect and direction-finding a moving underwater sound source mainly in the shallow sea with the help of a set of sonar receivers.

Общеизвестно, что комбинированный гидроакустический приемник, включающий приемник давления и приемник колебательной скорости (далее - КП), более информативен и предпочтителен в системах контроля гидроакустических полей и обнаружения подводных источников слабых сигналов в сравнении с обычными приемниками давления (гидрофонами). Также известно, что кроме решения задачи обнаружения, КП может определять текущее угловое положение источника шума в горизонтальной плоскости и для этих целей разработаны соответствующие технические средства (Гордиенко В.А., Некрасов В.Н. Создание перспективных гидроакустических средств нового поколения для измерения характеристик подводного шума кораблей и поиска источников повышенного подводного шумоизлучения, основанных на векторно-фазовых методах // Труды конференции «Военное кораблестроение - ВОКОР-2013» // г. С-Петербург, 2013 г.).It is well known that a combined sonar receiver, including a pressure receiver and a vibrational velocity receiver (hereinafter - KP), is more informative and preferable in systems for monitoring sonar fields and detecting underwater sources of weak signals in comparison with conventional pressure receivers (hydrophones). It is also known that in addition to solving the detection problem, the control unit can determine the current angular position of the noise source in the horizontal plane and for this purpose the appropriate technical means have been developed (Gordienko V.A., Nekrasov V.N. noise of ships and the search for sources of increased underwater noise based on vector-phase methods // Proceedings of the conference "Naval shipbuilding - VOKOR-2013" // St. Petersburg, 2013).

Известно, что звуковое поле подводного движущегося источника стратифицировано по глубине волновода, что особенно проявляется в условиях мелкого моря, а наиболее информативными параметрами обнаружения движущегося подводного источника шумовых сигналов являются дифференциальные характеристики вектора потока мощности, измеряемые с использованием КП (Шуров В.А., Ляшков А.С., Черкасов А.В. Вихри вектора акустической интенсивности в интерференционных полях мелкого моря // Подводные исследования и робототехника. 2012, №1 (13), с. 4-12. Владивосток, Изд. «Дальнаука» ДВО РАН). Максимальное значение этих параметров наблюдается в зонах повышенной освещенности, положение которых динамически изменяется при движении источника шума. Поиск зон повышенной освещенности в звуковом поле и реализация позиционирования в них КП в ходе накопления данных обеспечивают значительное повышение помехоустойчивости обнаружителя и могут быть реализованы при отслеживании динамики звукового поля измерителем дифференциальных характеристик на борту движущегося подводного носителя.It is known that the sound field of an underwater moving source is stratified along the depth of the waveguide, which is especially pronounced in the shallow sea, and the most informative parameters for detecting a moving underwater source of noise signals are the differential characteristics of the power flux vector, measured using the KP (Shurov V.A., Lyashkov A.S., Cherkasov A.V. Vortices of the acoustic intensity vector in shallow sea interference fields // Underwater Research and Robotics. 2012, No. 1 (13), pp. 4-12. Vladivostok, I d. "Dal'nauka" FEB RAS). The maximum value of these parameters is observed in areas of increased illumination, the position of which dynamically changes when the noise source moves. The search for areas of increased illumination in the sound field and the implementation of the positioning of the CP in them during data accumulation provide a significant increase in the noise immunity of the detector and can be implemented when tracking the dynamics of the sound field with a differential characteristics meter on board a moving underwater carrier.

Также известен КП, применяемый для приема слабых сигналов и размещаемый на движущемся подводном устройстве в условиях шумов обтекания и вибраций (патент RU №2533323, МПК Н04R 1/44, опубл. 20.11.2014 г.). КП размещают на подвесе в специальной звукопрозрачной рамке, выполненной в виде замкнутого линейного элемента с распределенной по длине массой, закрепленного в двух точках на звукопрозрачной рамке и в двух точках на векторном приемнике.Also known KP, used to receive weak signals and placed on a moving underwater device in the conditions of flow noise and vibration (patent RU No. 2533323, IPC H04R 1/44, publ. 20.11.2014). KP is placed on a suspension in a special soundproof frame made in the form of a closed linear element with a distributed mass along the length, fixed at two points on a soundproof frame and at two points on a vector receiver.

Известен также подводный планер (патент RU №106880, МПК G01S 15/02, B63G 8/00, опубл. 27.07.2011 г.), состоящий из цилиндрического корпуса с носовым отсеком, несущих поверхностей, горизонтального киля, установленных в корпусе электронного блока управления с системой спутниковой навигации, записи и передачи информации, аккумуляторных батарей, систем связи и управления плавучестью, выполненной с возможностью придавать планеру положительную плавучесть близкую к нулевой, набора датчиков, включающих гирокомпас, инклинометр и датчик глубины, при этом носовой отсек корпуса выполнен сообщающимся с внешней средой и представляет собой звукопрозрачный обтекатель, внутри которого установлена двухзвенная подвеска, состоящая из звукопрозрачной рамки, внутри которой расположен КП, и лонжей из эластичных и ограничительных нитей, соединяющих КП с рамкой, рамку с корпусом и КП с корпусом посредством ограничительной нити соединенной с натяжителем, установленным внутри корпуса.Also known is an underwater glider (patent RU No. 106880, IPC G01S 15/02, B63G 8/00, published July 27, 2011), consisting of a cylindrical body with a bow compartment, bearing surfaces, horizontal keel installed in the body of the electronic control unit with a satellite navigation system, recording and transmitting information, batteries, communication systems and buoyancy control, made with the ability to give the glider positive buoyancy close to zero, a set of sensors including a gyrocompass, inclinometer and depth sensor, while the fore sec of the casing is made in communication with the external environment and is a sound-transparent fairing, inside of which a two-link suspension is installed, consisting of a sound-transparent frame inside which the gearbox is located, and lounges of elastic and restrictive threads connecting the gearbox with the frame, the frame with the case and gearbox with the housing by a limit thread connected to a tensioner mounted inside the housing.

Данное техническое решение является наиболее близким по технической сущности к заявляемому автономному необитаемому подводному аппарату (далее - АНПА) и выбрано за прототип.This technical solution is the closest in technical essence to the claimed autonomous uninhabited underwater vehicle (hereinafter - AUV) and is selected as a prototype.

Векторные характеристики в различных зонах звукового поля можно измерять при размещении КП на подводном планере - подводном аппарате способном планировать в наклонном положении без использования движителей, снабженного системой измерений и записи характеристик векторного акустического поля. Полученные записи после завершения процесса измерений передаются в пункт обработки через спутник либо по другим каналам связи.Vector characteristics in different zones of the sound field can be measured when placing the gearbox on an underwater glider - an underwater vehicle capable of planning in an inclined position without using propulsors, equipped with a system for measuring and recording the characteristics of a vector acoustic field. The obtained records after the completion of the measurement process are transmitted to the processing point via satellite or other communication channels.

Однако известный подводный планер имеет недостатки, которые заключаются в низком качестве дифференцирования по вертикальной координате за счет влияния корпуса планера на характеристики КП и малом времени накопления данных при пространственном дифференцировании вертикальной компоненты информативного параметра за счет нерегулируемого пересечения планером зон повышенной освещенности. Кроме того, наклонное движение планера при изменении его глубины ведет к существенному горизонтальному сносу относительно точки старта с координатами, определенными спутниковой навигационной системой, что ведет к отсутствию точной информации о координатах планера в момент обнаружения объекта и уменьшению точности определения углового положения объекта обнаружения.However, the known underwater glider has disadvantages that are due to the low quality of differentiation along the vertical coordinate due to the influence of the airframe on the characteristics of the airframe and the short time of data accumulation during spatial differentiation of the vertical component of the informative parameter due to the unregulated glider crossing of high-light zones. In addition, the oblique movement of the airframe with a change in its depth leads to a significant horizontal drift relative to the starting point with the coordinates determined by the satellite navigation system, which leads to a lack of accurate information about the coordinates of the airframe at the time of detection of the object and a decrease in the accuracy of determining the angular position of the detection object.

В основу изобретения поставлена задача создания мобильного малошумного специализированного средства - носителя КП для измерения дифференциальных векторных характеристик звукового поля, конструктивно обеспечивающего:The basis of the invention is the task of creating a mobile low-noise specialized tool - carrier KP for measuring differential vector characteristics of the sound field, structurally providing:

- повышение качества дифференцирования векторных характеристик звукового поля по вертикальной координате;- improving the quality of differentiation of the vector characteristics of the sound field along the vertical coordinate;

- устранение влияния корпуса аппарата на характеристики КП;- elimination of the influence of the apparatus on the characteristics of the KP;

- увеличение точности определения углового положения объекта обнаружения в ходе вертикального сканирования;- increasing the accuracy of determining the angular position of the detection object during vertical scanning;

- повышение дальности и точности обнаружения подводного движущегося источника шума.- increasing the range and accuracy of detection of an underwater moving noise source.

Поставленная задача решается тем, что АНПА для измерения дифференциальных характеристик векторного звукового поля, содержащий цилиндрический корпус, снабженный носовым отсеком, систему бортового управления с системой спутниковой навигации, записи и передачи информации, аккумуляторные батареи, систему управления плавучестью, набор датчиков, включающий компас, инклинометр и датчик глубины, причем носовой отсек образован звукопрозрачным обтекателем и выполнен сообщающимся с внешней средой, в носовом отсеке размещена подвеска, включающая звукопрозрачную рамку, внутри которой установлен КП, причем сама подвеска закреплена в двух точках на звукопрозрачной рамке и в двух точках на КП, дополнительно снабжен маршевыми движителями, установленными по одному на каждом борту цилиндрического корпуса в его горизонтальной плоскости соосно продольной оси, системой изменения остойчивости аппарата, выполненной с возможностью управления величиной его момента остойчивости, блоком обработки данных КП, а цилиндрический корпус аппарата дополнительно снабжен кормовым отсеком, идентичным носовому отсеку, в котором установлен второй КП, размещенный в звукопрозрачной рамке подвески, причем как в носовом, так и в кормовом отсеках звукопрозрачная рамка выполнена в виде замкнутого линейного элемента с распределенной по длине массой и закреплена посредством полукарданового подвеса на звукопрозрачных обтекателях соответствующих отсеков, при этом каждая звукопрозрачная рамка дополнительно снабжена плавучестью и противовесом, выполненными в виде верхнего и нижнего демпферов соответственно и имеющими суммарно нейтральную плавучесть, а система бортового управления выполнена с возможностью выработки команд для маршевых движителей, систем управления плавучестью и изменения остойчивости на основании текущих дифференциальных характеристик информационного параметра, поступающих от блока обработки данных КП.The problem is solved in that the AUV for measuring the differential characteristics of a vector sound field, containing a cylindrical body equipped with a nose compartment, an onboard control system with a satellite navigation system, recording and transmitting information, batteries, a buoyancy control system, a set of sensors, including a compass, an inclinometer and a depth sensor, moreover, the nose compartment is formed by a translucent fairing and is made in communication with the external environment, a suspension is placed in the nose compartment, including the second soundproof frame, inside which the gearbox is installed, and the suspension itself is fixed at two points on the soundproof frame and at two points on the gearbox, is additionally equipped with marching propulsion devices installed one on each side of the cylindrical body in its horizontal plane coaxially to the longitudinal axis, a stability control system the apparatus, made with the possibility of controlling the magnitude of its stability moment, the data processing unit KP, and the cylindrical body of the apparatus is additionally equipped with a feed compartment, identically nasal compartment, in which a second gearbox is installed, located in the translucent suspension frame, both in the bow and aft compartments, the translucent frame is made in the form of a closed linear element with a mass distributed along the length and secured by means of a semi-cardan suspension on the translucent fairings of the respective compartments, each soundproof frame is additionally equipped with buoyancy and counterweight, made in the form of upper and lower dampers, respectively, and having a total neutral buoyancy, and the on-board control system is configured to generate commands for cruising engines, buoyancy control systems and change stability based on the current differential characteristics of the information parameter coming from the data processing unit of the control unit.

Отличительными существенными признаками заявляемого технического решения являются:Distinctive essential features of the proposed technical solution are:

- повышение качества дифференцирования векторных характеристик звукового поля по вертикальной координате посредством установки двух КП;- improving the quality of differentiation of the vector characteristics of the sound field in the vertical coordinate by installing two CP;

- устранение влияния корпуса аппарата на характеристики КП за счет вертикальной ориентации носителя при измерениях, обеспеченной системами изменения остойчивости и регулирования плавучести, а также закрепления КП в полукардановом подвесе к обтекателю;- elimination of the influence of the apparatus body on the characteristics of the gearbox due to the vertical orientation of the carrier during measurements provided by systems for changing stability and buoyancy regulation, as well as fixing the gearbox in a semi-cardan suspension to the fairing;

- увеличение точности определения углового положения объекта обнаружения в ходе вертикального сканирования за счет малого горизонтального отклонения АНПА от его координат на поверхности, определенных спутниковой навигационной системой, обеспеченное использованием систем изменения остойчивости и регулирования плавучести;- increasing the accuracy of determining the angular position of the detection object during vertical scanning due to the small horizontal deviation of the AUV from its coordinates on the surface determined by the satellite navigation system, provided by the use of systems for changing stability and regulation of buoyancy;

- повышение дальности и точности обнаружения подводного движущегося источника шума посредством организации длительного вертикального зависания АНПА в зоне повышенной освещенности, обеспеченного использованием систем изменения остойчивости и регулирования плавучести с управлением по данным от КП.- increasing the range and accuracy of detection of an underwater moving noise source by organizing long-term vertical hovering of the AUV in the high-light area, provided by the use of systems for changing stability and buoyancy control with control according to the data from the control gear.

Следовательно, предложенная совокупность, как известных, так и отличительных признаков заявленного изобретения позволяет создать АНПА для автоматизации процесса измерения дифференциальных характеристик информационного характера в зонах повышенной освещенности, увеличить помехоустойчивость обнаружения слабых сигналов КП за счет увеличения времени накопления данных и обеспечить выполнение операции обнаружения в точке с известными географическими координатами.Therefore, the proposed combination of both known and distinctive features of the claimed invention allows the creation of AUVs to automate the process of measuring differential characteristics of an informational nature in high-light areas, increase the noise immunity of detection of weak signals of the CP by increasing the time of data accumulation, and ensure that the detection operation is performed at known geographic coordinates.

Предлагаемое устройство позволяет осуществить реализацию управляемого автоматического поиска зон с увеличенным уровнем параметров векторного звукового поля с возможностью отслеживания динамики изменения поля и накопления данных и, кроме того, реализовать схему определения дифференциальных характеристик при установке двух идентичных КП.The proposed device allows for the implementation of controlled automatic search for zones with an increased level of parameters of the vector sound field with the ability to track the dynamics of field changes and data accumulation and, in addition, implement a scheme for determining differential characteristics when two identical controllers are installed.

На основании изложенного можно заключить, что совокупность существенных признаков заявленного изобретения имеет причинно-следственную связь с достигнутым техническим результатом.Based on the foregoing, we can conclude that the set of essential features of the claimed invention has a causal relationship with the achieved technical result.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 показана общая конструктивная схема АНПА; на фиг. 2 - конструктивная схема размещения КП на борту АНПА, обеспечивающая минимальные искажения звукового поля и защиту от шумов обтекания и вибраций; на фиг. 3 показана ориентация осей чувствительности носового (ХпнYпн) и кормового (XпкYпк) КП относительно связанной системы координат АНПА (OaXaYa), где обозначены: режим А - движение АНПА по поверхности под маршевыми движителями; режим Б - бесшумное вертикальное движение и зависание за счет регулирования плавучести и момента остойчивости АНПА; на фиг. 4 показан принцип действия системы изменения остойчивости, где обозначены: OVA - центр водоизмещения аппарата, ОMA - центр масс аппарата, ОC - центр масс грузового сегмента, mа - масса аппарата, ha - метацентрическая высота аппарата, mс - масса грузового сегмента, hC1 - метацентрическая высота грузового сегмента (нижнее положение), hC2 - метацентрическая высота грузового сегмента (верхнее положение), Мo - момент остойчивости; на фиг. 5 приведена схема движения АНПА по модели использования устройства, где обозначены: Mz - момент, создаваемый системой регулирования плавучести по дифференту при погружении; Mzп - момент, создаваемый системой регулирования плавучести по дифференту при погружении; Mzв - момент, создаваемый системой регулирования плавучести по дифференту при всплытии; QΣ - суммарная плавучесть АНПА с учетом системы регулирования; Qп - суммарная плавучесть АНПА при вертикальном погружении; Qв - суммарная плавучесть АНПА при вертикальном всплытии; Qмах - суммарная плавучесть АНПА при движении по поверхности и передаче накопленных данных; Мо - изменяемый момент остойчивости АНПА; Ммах - максимальное значение момента остойчивости, соответствующее нижнему положению грузового сегмента (см. фиг. 4).The invention is illustrated by drawings, where in FIG. 1 shows the general structural diagram of the AUV; in FIG. 2 - a constructive layout of the KP on board the AUV, providing minimal distortion of the sound field and protection against flow noise and vibration; in FIG. 3 shows the orientation of the axes of sensitivity of the nose (X Y mon mon) and aft (X nk nk Y) relative to the CP coordinates system related AUV (O a X a Y a) , where designated: Mode A - AUV movement along the surface under cruise propulsor; mode B - silent vertical movement and hovering due to the regulation of buoyancy and the moment of stability of the AUV; in FIG. Figure 4 shows the principle of operation of the system for changing stability, where: O VA is the center of displacement of the apparatus, O MA is the center of mass of the apparatus, O C is the center of mass of the cargo segment, m a is the mass of the apparatus, h a is the metacentric height of the apparatus, m c is the mass cargo segment, h C1 - metacentric height of the cargo segment (lower position), h C2 - metacentric height of the cargo segment (upper position), M o - moment of stability; in FIG. Figure 5 shows the movement of AUVs according to the model of use of the device, where they are indicated: M z — moment created by the system for regulating buoyancy along the trim when diving; M zп - the moment created by the system of regulation of buoyancy according to the trim during immersion; M zв - the moment created by the system of regulation of buoyancy by the trim at ascent; Q Σ - the total buoyancy of the AUV, taking into account the regulatory system; Q n - total AUV buoyancy during vertical immersion; Q in - the total buoyancy of the AUV with vertical ascent; Q max - the total buoyancy of the AUV when moving along the surface and transmitting accumulated data; Mo is the variable moment of stability of the AUV; Mmah - the maximum value of the stability moment corresponding to the lower position of the cargo segment (see Fig. 4).

Заявленный АНПА для измерения дифференциальных характеристик векторного звукового поля содержит носовой звукопрозрачный обтекатель 1, носовой КП с системой подвеса 2, носовую секцию системы регулирования плавучести 3, левый маршевый движитель 4, правый маршевый движитель 5, систему бортового управления и навигации с аккумуляторной батареей и набором датчиков 6, систему изменения остойчивости 7, герметичный контейнер 8, блок обработки данных комбинированных акустических приемников 9, кормовую секцию системы регулирования плавучести 10, кормовой КП с системой подвеса 11, кормовой звукопрозрачный обтекатель 12. Каждая звукопрозрачная рамка КП снабжена плавучестью 13 и противовесом 14 (см. фиг. 2), выполненными в виде верхнего и нижнего демпферов соответственно и имеющими суммарно нейтральную плавучесть. Система изменения момента остойчивости снабжена электроприводом 15 поворота грузового сегмента 16 (см. фиг. 4), который обеспечивает нулевой момент остойчивости АНПА при переводе грузового сегмента 16 в верхнее положение и максимальное значение момента остойчивости при перемещении грузового сектора в нижнее положение (см. фиг. 4).The claimed AUV for measuring the differential characteristics of a vector sound field contains a nasal soundproof fairing 1, a nose gearbox with a suspension system 2, a nose section of a buoyancy control system 3, a left marching mover 4, a right marching mover 5, an onboard control and navigation system with a battery and a set of sensors 6, stability control system 7, sealed container 8, data processing unit of the combined acoustic receivers 9, aft section of the buoyancy control system 10, movoy gearbox suspension system 11, aft fairing sound transmission of sound transmission frame 12. Each gearbox 13 is provided with buoyancy and counterbalance 14 (see. FIG. 2), made in the form of upper and lower dampers, respectively, and having a total neutral buoyancy. The system for changing the stability moment is equipped with an electric drive 15 for turning the cargo segment 16 (see Fig. 4), which provides zero stability moment for the AUV when moving the cargo segment 16 to the upper position and the maximum value of the stability moment when moving the cargo sector to the lower position (see Fig. four).

Измеренные носовым 2 и кормовым 11 КП параметры акустического поля поступают в блок 9 обработки данных, который определяет текущие дифференциальные характеристики информационного параметра и передает их в систему 6 бортового управления, вырабатывающую команды управления маршевыми движителями 4 и 5, системой 7 изменения остойчивости, носовой 3 и кормовой 10 секцией системы управления плавучести, обеспечивающие автоматический поиск зон с увеличенным уровнем параметров векторного звукового поля с возможностью отслеживания динамики изменения поля и увеличением времени накопления данных для последующего определения пеленга на источник шума.The acoustic field parameters measured by the bow 2 and stern 11 KP enter the data processing unit 9, which determines the current differential characteristics of the information parameter and transfers them to the on-board control system 6, which generates control commands for the marching propellers 4 and 5, the stability change system 7, bow 3 and stern 10 section of the buoyancy control system, providing automatic search for zones with an increased level of parameters of the vector sound field with the ability to track dynamics changed I field and the increase in data acquisition time for subsequent determination of the bearing to the source of the noise.

АНПА для измерения дифференциальных характеристик векторного звукового поля работает следующим образом (см. фиг. 5).AUV for measuring the differential characteristics of a vector sound field works as follows (see Fig. 5).

От точки спуска на воду (положение А) АНПА перемещается своим ходом по поверхности с максимальными значениями объемов носовой и кормовой секции системы регулирования плавучести, максимальным моментом остойчивости при нулевом дифференте к месту заглубления с использованием маршевых движителей и контролем текущих координат по данным спутниковой навигационной системы. В точке погружения (положение Б), координаты которой заданы, стартует миссия по поиску зон повышенной освещенности. При этом системой изменения остойчивости устанавливается нулевое значение момента остойчивости перемещением в верхнее положение грузового сегмента (см. фиг. 4), а объемами носовой и кормовой секции системы регулирования плавучести АНПА придается небольшая отрицательная плавучесть и момент, под действием которого устанавливается угол дифферента 90 градусов на нос (положение В). При этом система подвеса звукопрозрачной рамки на полукардане придает обоим КП строго вертикальное положение, при котором их вертикальная ось совпадает с продольной осью АНПА ОХа (см. фиг. 3), что в совокупности с выбранным подвесом рамки обеспечивает идентичность приема сигналов обоими приемниками в горизонтальной плоскости и исключение искажений звукового поля, вносимых корпусом АНПА. Далее АНПА начинает строго вертикальное бесшумное заглубление с минимальным гидродинамическим сопротивлением корпуса, минимальным сносом в горизонтальной плоскости от точки старта и текущим контролем уровня информационного параметра. Блок обработки данных приемников на основе изменения уровня информационного параметра определяет глубину нахождения зоны высоких значений информационного параметра и вырабатывает команды системе управления плавучестью, обеспечивающие «бесшумное» зависание на требуемой глубине с нулевой плавучестью, углом дифферента 90 градусов на нос и накопление данных с последующей выработкой решения об обнаружении шумящего источника и его угловом положении относительно координат точки начала погружения (положение Г). После выработки блоком обработки данных приемников решения об обнаружении объекта и вычислении его углового положения относительно АНПА система бортового управления и навигации изменением объемов носовой и кормовой секции системы регулирования плавучестью придает АНПА максимальную положительную плавучесть и момент, под действием которого устанавливается угол дифферента 90 градусов на нос (положение Д). Далее аппарат начинает строго вертикальное всплытие до поверхности с минимальными энергетическими затратами и минимальным сносом в горизонтальной плоскости. После всплытия на поверхность (положение Е) системой изменения остойчивости устанавливается максимальное значение момента остойчивости переводом грузового сегмента в нижнее положение, а объемами носовой и кормовой секции системы регулирования плавучести АНПА придается максимальная положительная плавучесть и нулевой момент по дифференту (положение Ж). При этом антенная система устройств связи АНПА получает максимальное возвышение над поверхностью воды, и становиться возможной передача накопленных в ходе погружения данных через каналы спутниковой или радиосвязи. Далее АНПА перемещается своим ходом по поверхности с максимальными значениями объемов носовой и кормовой секции системы регулирования плавучести, максимальной остойчивостью при нулевом дифференте в точку погружения (положение Б) с использованием маршевых движителей и контролем текущих координат по данным спутниковой навигационной системы. По достижении исходной точки погружения заканчивается цикл модели использования, который повторяется необходимое количество раз.From the launching point (position A), the AUV moves on its own surface along the surface with the maximum values of the bow and stern sections of the buoyancy control system, the maximum stability moment at zero differential to the place of penetration using marching propulsion devices, and control of current coordinates according to the satellite navigation system. At the dive point (position B), the coordinates of which are given, the mission starts to search for areas of high light. In this case, the stability change system sets the zero value of the stability moment by moving to the upper position of the cargo segment (see Fig. 4), and the volumes of the bow and stern sections of the AUV buoyancy control system give small negative buoyancy and the moment under which the trim angle is set to 90 degrees nose (position B). At the same time, the suspension system of the translucent frame on the semicardan gives both CPs a strictly vertical position, in which their vertical axis coincides with the longitudinal axis of the AUV ОХ а (see Fig. 3), which together with the selected frame suspension ensures the identity of the reception of signals by both receivers in horizontal planes and elimination of sound field distortions introduced by the AUV case. Further, the AUV begins a strictly vertical silent deepening with minimal hydrodynamic resistance of the hull, minimal drift in the horizontal plane from the starting point and current control of the level of the information parameter. The receiver data processing unit, based on a change in the level of the information parameter, determines the depth of finding the zone of high values of the information parameter and issues commands to the buoyancy control system, which ensure “silent” hovering at the required depth with zero buoyancy, a trim angle of 90 degrees on the nose and data accumulation with the subsequent development of a solution about the detection of a noisy source and its angular position relative to the coordinates of the dive start point (position Г). After a decision is made by the receiver data processing unit to detect the object and calculate its angular position relative to the AUV, the onboard control and navigation system by changing the bow and stern sections of the buoyancy control system gives the AUV the maximum positive buoyancy and the moment under which the trim angle is set to 90 degrees per nose ( position E). Further, the apparatus begins a strictly vertical ascent to the surface with minimal energy costs and minimal drift in the horizontal plane. After surfacing to the surface (position E), the stability change system establishes the maximum value of the stability moment by transferring the cargo segment to the lower position, and the positive and buoyancy moment and the zero trim moment are given by the volumes of the bow and stern sections of the AUV buoyancy control system (position Ж). In this case, the antenna system of the AUV communication devices receives a maximum elevation above the surface of the water, and it becomes possible to transmit the data accumulated during the immersion through satellite or radio communication channels. Further, the AUV moves on its own on the surface with the maximum values of the bow and stern sections of the buoyancy control system, the maximum stability at zero differential to the dive point (position B) using marching propulsion and current coordinates according to the satellite navigation system. Upon reaching the starting point of the dive, the cycle of the usage model ends, which is repeated as many times as necessary.

Таким образом, благодаря указанным особенностям конструкции заявленного АНПА для измерения дифференциальных характеристик векторного звукового поля и режимам бесшумного маневрирования повышено качество дифференцирования по вертикальной координате за счет устранения влияния корпусной конструкции АНПА на характеристики КП, увеличено время наблюдения данных при пространственном дифференцировании вертикальной компоненты информационного параметра за счет регулируемого пересечения аппаратом зон повышенной освещенности. Кроме того, практически устранен горизонтальный снос АНПА относительно точки старта с координатами, определенными спутниковой навигационной системой, что повышает точность получаемой информации о координатах АНПА в момент обнаружения шумящего объекта и существенно увеличивает точность определения углового положения объекта обнаружения.Thus, due to the indicated design features of the declared AUV for measuring the differential characteristics of a vector sound field and silent maneuvering modes, the quality of differentiation in the vertical coordinate is improved due to the elimination of the influence of the AUV case structure on the KP characteristics, the data observation time during spatial differentiation of the vertical component of the information parameter is increased due to adjustable intersection of high light zones by the device. In addition, the horizontal drift of the AUV relative to the starting point with the coordinates determined by the satellite navigation system has been practically eliminated, which increases the accuracy of the information received on the coordinates of the AUV at the time of detection of a noisy object and significantly increases the accuracy of determining the angular position of the detection object.

По сравнению с прототипом заявленный АНПА для измерения дифференциальных характеристик векторного звукового поля обладает рядом отличий и достоинств, а именно:Compared with the prototype, the declared AUV for measuring the differential characteristics of a vector sound field has a number of differences and advantages, namely:

- установка двух КП повышает качество измерения векторных характеристик звукового поля по вертикальной координате;- the installation of two controllers improves the quality of measuring the vector characteristics of the sound field in the vertical coordinate;

- вертикальная ориентация корпуса аппарата при измерениях в ходе движения и зависания, обеспеченная системами изменения остойчивости и регулирования плавучести, а также закрепление обоих КП в полукардановом подвесе к обтекателю устранило влияние корпуса аппарата на характеристики приемников;- the vertical orientation of the apparatus body during measurements during movement and hovering, provided by systems for changing stability and buoyancy regulation, as well as the fastening of both gearboxes in a semi-cardan suspension to the fairing eliminated the influence of the apparatus body on the characteristics of the receivers;

- вертикальная ориентация корпуса аппарата при измерениях, обеспеченная системами изменения остойчивости и регулирования плавучести, увеличивает точность определения углового положения объекта обнаружения в ходе вертикального сканирования за счет малого горизонтального отклонения АНПА от его координат на поверхности, определенных спутниковой навигационной системой;- the vertical orientation of the apparatus body during measurements, provided by systems for changing stability and buoyancy control, increases the accuracy of determining the angular position of the detection object during vertical scanning due to the small horizontal deviation of the AUV from its coordinates on the surface determined by the satellite navigation system;

- автоматический поиск и длительная бесшумная стабилизация АНПА на глубине погружения с увеличенным уровнем параметров звукового поля (зона повышенной освещенности), обеспеченные системами изменения остойчивости и регулирования плавучести с управлением от блока обработки данных КП, повышают дальность и точность обнаружения подводного движущегося источника шума;- automatic search and long-term silent stabilization of AUVs at immersion depth with an increased level of sound field parameters (high-light zone), provided by systems for changing stability and buoyancy control with control from the data processing unit of the control gear, increase the range and accuracy of detection of an underwater moving noise source;

- маршевые движители с системой бортового управления и навигации дают возможность многократного возврата АНПА после всплытия в заданную точку поверхности по спутниковой навигационной системе, что обеспечивает долговременное пеленгование шумящих объектов на рубеже охраняемой акватории при наличии течения в районе работ.- marching propulsors with an onboard control and navigation system make it possible to repeatedly return the AUV after surfacing to a given point on the surface using the satellite navigation system, which ensures long-term direction finding of noisy objects at the boundary of the protected area if there is a current in the area of operations.

Claims (1)

Автономный необитаемый подводный аппарат для измерения дифференциальных характеристик векторного звукового поля, содержащий цилиндрический корпус, снабженный носовым отсеком, систему бортового управления с системой спутниковой навигации, записи и передачи информации, аккумуляторные батареи, систему управления плавучестью, набор датчиков, включающий компас, инклинометр и датчик глубины, причем носовой отсек образован звукопрозрачным обтекателем и выполнен сообщающимся с внешней средой, в носовом отсеке размещена подвеска, включающая звукопрозрачную рамку, внутри которой установлен акустический комбинированный приемник, причем сама подвеска закреплена в двух точках на звукопрозрачной рамке и в двух точках на акустическом комбинированном приемнике, отличающийся тем, что аппарат снабжен маршевыми движителями, установленными по одному на каждому борту цилиндрического корпуса в его горизонтальной плоскости соосно продольной оси, системой изменения остойчивости аппарата, управляющей величиной его момента остойчивости за счет поворота грузового сегмента относительно корпуса и блоком обработки данных акустических комбинированных приемников, а цилиндрический корпус аппарата дополнительно снабжен кормовым отсеком, идентичным носовому отсеку, в котором установлен второй акустический комбинированный приемник, размещенный в звукопрозрачной рамке подвески, причем как в носовом, так и кормовом отсеках звукопрозрачная рамка выполнена в виде замкнутого линейного элемента с распределенной по длине массой и закреплена посредством полукарданового подвеса на звукопрозрачных обтекателях соответствующих отсеков, при этом каждая звукопрозрачная рамка дополнительно снабжена плавучестью и противовесом, выполненными в виде верхнего и нижнего демпферов соответственно и имеющими суммарно нейтральную плавучесть, а система бортового управления выполнена с возможностью выработки команд для маршевых движителей, систем управления плавучестью и изменения остойчивости на основании текущих дифференциальных характеристик информационного параметра, поступающих от блока обработки данных акустических комбинированных приемников.Autonomous uninhabited underwater apparatus for measuring the differential characteristics of a vector sound field, comprising a cylindrical body equipped with a bow compartment, an onboard control system with a satellite navigation system, recording and transmitting information, batteries, a buoyancy control system, a set of sensors, including a compass, an inclinometer and a depth sensor moreover, the nose compartment is formed by a translucent fairing and made communicating with the external environment, a suspension is placed in the nose compartment, including a soundproof frame, inside which an acoustic combined receiver is installed, and the suspension itself is fixed at two points on a soundproof frame and at two points on an acoustic combined receiver, characterized in that the apparatus is equipped with marching propulsion devices installed one on each side of the cylindrical body in its horizontal plane coaxial to the longitudinal axis, the system for changing the stability of the apparatus, controlling the magnitude of its stability moment due to rotation of the cargo segment include flax of the hull and the data processing unit of the acoustic combined receivers, and the cylindrical body of the apparatus is additionally equipped with a stern compartment identical to the bow compartment, in which the second acoustic combined receiver is installed, located in the translucent suspension frame, and in the bow and stern compartments the translucent frame is made in in the form of a closed linear element with a mass distributed along the length and fixed by means of a semi-gimbal suspension on sound-transparent fairings, I correspond their compartments, each soundproof frame is additionally equipped with buoyancy and counterbalance, made in the form of upper and lower dampers, respectively, and having a total neutral buoyancy, and the onboard control system is capable of generating commands for cruising engines, buoyancy control systems and changing stability based on current differential characteristics of the information parameter coming from the data processing unit of the acoustic combined receivers.
RU2017119843A 2017-06-07 2017-06-07 Autonomous undefined underwater vehicle for measuring differential characteristics of the vector sound field RU2664971C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2017119843A RU2664971C1 (en) 2017-06-07 2017-06-07 Autonomous undefined underwater vehicle for measuring differential characteristics of the vector sound field

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2017119843A RU2664971C1 (en) 2017-06-07 2017-06-07 Autonomous undefined underwater vehicle for measuring differential characteristics of the vector sound field

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2664971C1 true RU2664971C1 (en) 2018-08-24

Family

ID=63286890

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2017119843A RU2664971C1 (en) 2017-06-07 2017-06-07 Autonomous undefined underwater vehicle for measuring differential characteristics of the vector sound field

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2664971C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2687844C1 (en) * 2018-09-04 2019-05-16 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем морских технологий Дальневосточного отделения Российской академии наук (ИПМТ ДВО РАН) Method for navigation-information support of autonomous unmanned underwater vehicle of large autonomy performing extended underwater crossing

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7296530B1 (en) * 2005-12-12 2007-11-20 United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy Unmanned system for underwater object inspection, identification and/or neutralization
RU106880U1 (en) * 2011-03-09 2011-07-27 Учреждение Российской академии наук Тихоокеанский океанологический институт им. В.И. Ильичева Дальневосточного отделения РАН (ТОИ ДВО РАН) UNDERWATER PLANER FOR MONITORING VECTOR ACOUSTIC FIELDS
RU2533323C1 (en) * 2013-03-21 2014-11-20 Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство промышленности и торговли Российской Федерации (Минпромторг России) Vector receiving device
US9067648B2 (en) * 2012-09-05 2015-06-30 Raytheon Company Unmanned underwater vehicle launcher
CN105799879A (en) * 2016-03-23 2016-07-27 北京信息科技大学 Ship

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7296530B1 (en) * 2005-12-12 2007-11-20 United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy Unmanned system for underwater object inspection, identification and/or neutralization
RU106880U1 (en) * 2011-03-09 2011-07-27 Учреждение Российской академии наук Тихоокеанский океанологический институт им. В.И. Ильичева Дальневосточного отделения РАН (ТОИ ДВО РАН) UNDERWATER PLANER FOR MONITORING VECTOR ACOUSTIC FIELDS
US9067648B2 (en) * 2012-09-05 2015-06-30 Raytheon Company Unmanned underwater vehicle launcher
RU2533323C1 (en) * 2013-03-21 2014-11-20 Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство промышленности и торговли Российской Федерации (Минпромторг России) Vector receiving device
CN105799879A (en) * 2016-03-23 2016-07-27 北京信息科技大学 Ship

Non-Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
ГОЙ В.А ОПЫТ РАЗРАБОТКИ И ИСПЫТАНИЙ ТЕЛЕУПРАВЛЯЕМОГО НЕОБИТАЕМОГО ПОДВОДНОГО АППАРАТА С АВТОНОМНЫМ ИСТОЧНИКОМ ПИТАНИЯ // ТЕХНИЧЕСКИЕ ПРОБЛЕМЫ ОСВОЕНИЯ МИРОВОГО ОКЕАНА, Том 6, 2015, с. 101-106. *
ГОЙ В.А. РЕГУЛИРОВАНИЕ ПЛАВУЧЕСТИ И ДИФФЕРЕНТА АВТОНОМНОГО ПОДВОДНОГО РОБОТА // ПОДВОДНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ И РОБОТОТЕХНИКА, 1 (21), 2016, с. 4-14. *
Исаев А.Е. ГРАДУИРОВКА ПРИЕМНИКА ГРАДИЕНТА ДАВЛЕНИЯ ПО ПОЛЮ В ОТРАЖАЮЩЕМ БАССЕЙНЕ С ПРИМЕНЕНИЕМ ЛЧМ СИГНАЛА // АКУСТИЧЕСКИЙ ЖУРНАЛ, 2013, том 59, N 6, с. 773-781 (фиг. 1). *
Исаев А.Е. ГРАДУИРОВКА ПРИЕМНИКА ГРАДИЕНТА ДАВЛЕНИЯ ПО ПОЛЮ В ОТРАЖАЮЩЕМ БАССЕЙНЕ С ПРИМЕНЕНИЕМ ЛЧМ СИГНАЛА // АКУСТИЧЕСКИЙ ЖУРНАЛ, 2013, том 59, N 6, с. 773-781 (фиг. 1). Щуров В.А. Мобильные акустические комбинированные приемные системы на основе автономных необитаемых подводных аппаратов // Подводные исследования и робототехника, 2 (14), 2012 года. *
Щуров В.А. Мобильные акустические комбинированные приемные системы на основе автономных необитаемых подводных аппаратов // Подводные исследования и робототехника, 2 (14), 2012 года. *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2687844C1 (en) * 2018-09-04 2019-05-16 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем морских технологий Дальневосточного отделения Российской академии наук (ИПМТ ДВО РАН) Method for navigation-information support of autonomous unmanned underwater vehicle of large autonomy performing extended underwater crossing

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2017099219A1 (en) Route setting method for underwater vehicle, underwater vehicle optimum control method using same, and underwater vehicle
Bingham et al. Passive and active acoustics using an autonomous wave glider
KR101507422B1 (en) Hybrid Autonomous Underwater Vehicle
RU2460043C1 (en) Navigation system for autonomous unmanned underwater vehicle
Kraus et al. Estimation of wave glider dynamics for precise positioning
RU106880U1 (en) UNDERWATER PLANER FOR MONITORING VECTOR ACOUSTIC FIELDS
CN105549602B (en) The UUV of buoyancy balancer auxiliary actively sits bottom method
Gomáriz et al. GUANAY-II: an autonomous underwater vehicle for vertical/horizontal sampling
Burlutskiy et al. Power efficient formation configuration for centralized leader–follower AUVs control
WO2021067919A1 (en) Doppler shift navigation system and method of using same
CN110294080A (en) A method of underwater accurate operation is realized using ultra-short baseline
RU2610149C1 (en) Towed underwater vehicle, equipped with sonar equipment for detecting silting facilities and pipelines, and their subsequent monitoring
Mitchell et al. Low cost underwater gliders for littoral marine research
CN110333369B (en) UUV DVL speed measurement system based on water surface GPS correction and self-adaptive denoising method
RU2664971C1 (en) Autonomous undefined underwater vehicle for measuring differential characteristics of the vector sound field
CN106707286B (en) A kind of experimental system and method for underwater mobile submerged body frequency targets detection
JP2017165333A (en) Sailing assisting device of underwater sailing body, and method of assisting sailing of sailing body and underwater sailing body
Rogers et al. Underwater acoustic glider
Wang et al. Application study of a new underwater glider with single vector hydrophone for target direction finding
Spino et al. Development and testing of unmanned semi-submersible vehicle
JP2022145659A (en) Coupling system between water surface relay machine and underwater vehicle, and operation method for the same
RU2664973C1 (en) Underwater glider for localizing a source of sound
Bandyopadhyay et al. Turning of a short-length cable using flapping fin propulsion
Prasad Development of Deep Sea Unmanned Underwater Robots: A Survey
Qin et al. Design of a flying node auv for ocean bottom seismic observations