RU2684273C1 - System for determining the coordinates of a towed complex - Google Patents

System for determining the coordinates of a towed complex Download PDF

Info

Publication number
RU2684273C1
RU2684273C1 RU2018100334A RU2018100334A RU2684273C1 RU 2684273 C1 RU2684273 C1 RU 2684273C1 RU 2018100334 A RU2018100334 A RU 2018100334A RU 2018100334 A RU2018100334 A RU 2018100334A RU 2684273 C1 RU2684273 C1 RU 2684273C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
output
coordinates
bop
input
bsp
Prior art date
Application number
RU2018100334A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Руслан Касымович Хаметов
Михаил Анатольевич Бородин
Original Assignee
Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство промышленности и торговли Российской Федерации (Минпромторг)
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 Министерство промышленности и торговли Российской Федерации (Минпромторг) filed Critical Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство промышленности и торговли Российской Федерации (Минпромторг)
Priority to RU2018100334A priority Critical patent/RU2684273C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2684273C1 publication Critical patent/RU2684273C1/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
    • G01S13/00—Systems using the reflection or reradiation of radio waves, e.g. radar systems; Analogous systems using reflection or reradiation of waves whose nature or wavelength is irrelevant or unspecified
    • G01S13/02—Systems using reflection of radio waves, e.g. primary radar systems; Analogous systems
    • G01S13/06—Systems determining position data of a target
    • G01S13/46—Indirect determination of position data
    • G01S13/48—Indirect determination of position data using multiple beams at emission or reception
    • 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
    • G01S13/00—Systems using the reflection or reradiation of radio waves, e.g. radar systems; Analogous systems using reflection or reradiation of waves whose nature or wavelength is irrelevant or unspecified
    • G01S13/02—Systems using reflection of radio waves, e.g. primary radar systems; Analogous systems
    • G01S13/50—Systems of measurement based on relative movement of target
    • 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
    • G01S15/88—Sonar systems specially adapted for specific applications
    • G01S15/89—Sonar systems specially adapted for specific applications for mapping or imaging
    • 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
    • G01S15/88—Sonar systems specially adapted for specific applications
    • G01S15/93—Sonar systems specially adapted for specific applications for anti-collision purposes
    • 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
    • G01S5/00—Position-fixing by co-ordinating two or more direction or position line determinations; Position-fixing by co-ordinating two or more distance determinations
    • G01S5/02—Position-fixing by co-ordinating two or more direction or position line determinations; Position-fixing by co-ordinating two or more distance determinations using radio waves
    • G01S5/10—Position of receiver fixed by co-ordinating a plurality of position lines defined by path-difference measurements, e.g. omega or decca systems
    • 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
    • G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/02—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S13/00
    • G01S7/41—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S13/00 using analysis of echo signal for target characterisation; Target signature; Target cross-section
    • 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
    • G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/52—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S15/00
    • G01S7/521—Constructional features
    • 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
    • G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/52—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S15/00
    • G01S7/523—Details of pulse systems
    • G01S7/526—Receivers
    • G01S7/527—Extracting wanted echo signals

Abstract

FIELD: navigation systems.SUBSTANCE: invention relates to navigation and, in particular, can be used to determine the coordinates of a towed complex (TC) during the execution of work on the search for sunken objects in the shelf areas. This result is achieved by using a short-range forward area sonar and a heading sensor, installed on the TC, as well as by performing in a certain way an information processing device containing a depth calculation unit, two feature detection units, a feature comparison unit.EFFECT: technical result consists in determining the coordinates of the TC using artifacts of artificial or natural origin, located in the swath of search sonars of a towing vessel (TV) and TC.1 cl, 3 dwg

Description

Заявляемое изобретение относится к навигации и, в частности, может быть использовано для определения координат буксируемого комплекса (БК) во время выполнения работ по поиску затонувших объектов в районах шельфа.The claimed invention relates to navigation and, in particular, can be used to determine the coordinates of a towed complex (BC) during the search for sunken objects in the shelf areas.

Определение координат поискового БК является важной задачей, решение которой позволяет выполнить пространственную привязку обнаруженных объектов.Determining the coordinates of the search BC is an important task, the solution of which allows you to perform spatial reference of the detected objects.

Известна система определения координат БК, построенная на обработке данных о положении буксирующего судна (БС), длины вытравленного кабель-троса, глубины и скорости буксировки (Crawford, А. М. 2002. Methods for Determining Towfish Location for Improvement of Sidescan Sonar Image Positioning. DREA TM 2002-019. Defence R&D Canada - Atlantic). Система реализует оценку координат БК в зависимости от длины вытравленного кабель-троса, глубины и скорости буксировки, а также на допущении, что линия пути БК повторяет линию пути БС. Отклонения указанных линий в реальных условиях, а также отсутствие учета направления и скорости подводных течений ограничивают широкое применение данной системы.A known system for determining the coordinates of the BC, based on processing data on the position of the towing vessel (BS), the length of the etched cable, depth and speed of towing (Crawford, AM 2002. Methods for Determining Towfish Location for Improvement of Sidescan Sonar Image Positioning. DREA TM 2002-019. Defense R&D Canada - Atlantic). The system implements an estimate of the coordinates of the BC depending on the length of the etched cable, the depth and speed of towing, and also on the assumption that the path of the BC follows the path of the BS. Deviations of these lines in real conditions, as well as the lack of taking into account the direction and speed of underwater currents, limit the widespread use of this system.

Среди акустических систем определения координат БК наиболее широкое распространение получили системы с гидроакустическими маяками (ГМ) (Милн П.X. Гидроакустические системы позиционирования: Пер. с англ. - Л.: Судостроение, 1989. - С. 22-23).Among the acoustic systems for determining the coordinates of the BC, the most widely used are systems with hydroacoustic beacons (GM) (Milne P.X. Hydroacoustic positioning systems: Translated from English - L .: Sudostroenie, 1989. - P. 22-23).

Известна гидроакустическая система с длинной базой (ДБ-система). В этой системе определение координат БК основано на измерении расстояний до трех и более ГМ, придонных (Милн П.X. Гидроакустические системы позиционирования: Пер. с англ. - Л.: Судостроение, 1989. - С. 49-85) или поверхностных (H.G. Thomas. GIB buoys: An interface between space and depths of the oceans. In Proceedings of IEEE Autonomous Underwater Vehicles, Cambridge, MA, USA, pages 181-184, August 1998), с известными координатами их расположения. Использование ДБ-систем требует применения ГМ с длительным сроком автономности, значительных временных затрат на их постановку, координирование (в случае постановки на грунт) и съем, и ограничивает радиус действия БК дальностью связи с сетью ГМ.Known sonar system with a long base (DB system). In this system, the determination of the coordinates of the BC is based on measuring distances of up to three or more GM, near-bottom (Milne P.X. Hydroacoustic positioning systems: Transl. From English - L .: Sudostroenie, 1989. - P. 49-85) or surface ( HG Thomas. GIB buoys: An interface between space and depths of the oceans. In Proceedings of IEEE Autonomous Underwater Vehicles, Cambridge, MA, USA, pages 181-184, August 1998), with known coordinates of their location. The use of DB systems requires the use of a GM with a long battery life, significant time spent on their placement, coordination (in the case of landing on the ground) and removal, and limits the range of the BC range of communication with the GM network.

Известны две гидроакустические системы: с короткой базой (КБ-система) и ультракороткой базой (УКБ-система) (Гидроакустические навигационные средства / Бородин В.И. и др. - Л: Судостроение, 1983. - С. 9-15). В КБ-системе координаты БК определяют путем измерения расстояний между ГМ, установленным на БК, и как минимум тремя пространственно-разнесенными приемниками, закрепленными на корпусе БС. УКБ-система является одним из вариантов концепции КБ-систем, в которой измеряют расстояние до ГМ и направление на него относительно одного многоэлементного приемника. Недостатком КБ-систем является необходимость оборудования БС спускоподъемными устройствами с приемниками на расстоянии не менее 10-50 м друг от друга (IMCA S 013 Rev. 1. Deep Water Acoustic Positioning. July 2014), что не позволяет использовать маломерные суда в качестве БС. УКБ-системы свободны от этого недостатка, однако обладают меньшей (до 2.5% от глубины погружения БК или верхнего предела измерения расстояний), чем в КБ и ДБ-системах точностью определения координат (IMCA S 017. Guidance on Vessel USBL Systems for Use in Offshore Survey and Positioning Operations. April 2011).Two hydroacoustic systems are known: with a short base (KB system) and ultrashort base (UKB system) (Hydroacoustic navigation aids / Borodin V.I. et al. - L: Sudostroenie, 1983. - P. 9-15). In the KB system, the coordinates of the BC are determined by measuring the distances between the GM mounted on the BC and at least three spatially separated receivers mounted on the BS body. UKB-system is one of the variants of the concept of KB-systems, in which the distance to the GM and the direction towards it relative to one multi-element receiver are measured. The disadvantage of KB systems is the need to equip BS with hoisting devices with receivers at a distance of at least 10-50 m from each other (IMCA S 013 Rev. 1. Deep Water Acoustic Positioning. July 2014), which does not allow the use of small boats as BS. UXB systems are free from this drawback, but they have less (up to 2.5% of the immersion depth of the BC or the upper limit of distance measurement) than in KB and DB systems the accuracy of determining coordinates (IMCA S 017. Guidance on Vessel USBL Systems for Use in Offshore Survey and Positioning Operations. April 2011).

Наиболее близкой по технической сущности к предлагаемому изобретению является батиметрическая система навигации, которая содержит: размещенные на БС аппаратуру спутниковой навигации (АСН) и многолучевой эхолот (МЛЭ), предназначенные для формирования карты глубин, и устройство обработки навигационной информации (УОНИ); размещенные на БК датчик гидростатического давления (ДД) и однолучевой эхолот, с помощью которых определяют профиль глубин вдоль линии пути БК, при этом выходы УОНИ подключены к входам АСН, МЛЭ, ДД и однолучевого эхолота.Closest to the technical nature of the present invention is a bathymetric navigation system, which contains: placed on the BS satellite navigation equipment (ASN) and a multi-beam echo sounder (MBE), designed to form a depth map, and a navigation information processing device (SSSI); a hydrostatic pressure (DD) sensor and a single-beam echo sounder located on the BC, using which they determine the depth profile along the BC path line, while the SSSI outputs are connected to the inputs of the ASN, MBE, DD and the single-beam echo sounder.

В системе-прототипе глубина погружения БК рассчитывается по данным ДД, а положение БК определяется в результате сопоставления профиля глубин вдоль линии пути БК с картой глубин, формируемой по ходу движения БС (Crawford, А. М. 2002. Two Methods of Bathymetry-Sidescan Sonar Data Comparison for Improved Determination of Sonar Towfish Position. TM 2002-110. DRDC Atlantic). Сопоставление выполняется путем оценки взаимокорреляционной функции и поиском максимума этой функции.In the prototype system, the depth of immersion of the BC is calculated according to the DD data, and the position of the BC is determined by comparing the depth profile along the path of the BC with the depth map formed along the BS (Crawford, AM 2002. Two Methods of Bathymetry-Sidescan Sonar Data Comparison for Improved Determination of Sonar Towfish Position. TM 2002-110. DRDC Atlantic). The comparison is performed by evaluating the inter-correlation function and finding the maximum of this function.

Основной недостаток системы-прототипа заключается в неоднозначности определения координат БК на участках с ровным (не имеющим резких перепадов) профилем глубин вдоль линии пути БК.The main disadvantage of the prototype system is the ambiguity in determining the coordinates of the BC in areas with an even (without sharp changes) depth profile along the path line of the BC.

Задача предложенного изобретения состоит в обеспечении однозначности определения координат БК при проведении поисковых работ, не зависимо от профиля глубин вдоль линии пути БК.The objective of the proposed invention is to ensure the unambiguity of determining the coordinates of the BC when conducting search operations, regardless of the depth profile along the path line of the BC.

Технический результат заключается в определении координат БК с помощью артефактов искусственного или естественного происхождения, находящихся в полосе обзора поисковых гидроакустических станций БС и БК.The technical result consists in determining the coordinates of the BC using artifacts of artificial or natural origin located in the field of view of the search sonar stations BS and BC.

Для достижения заявленного технического результата в известную систему определения координат БК, которая содержит размещенные на БС АСН и МЛЭ, предназначенные для формирования карты глубин, и УОНИ, а также размещенный на БКДД, введены новые признаки, а именно:To achieve the claimed technical result, new features are introduced into the well-known coordinate system for determining the coordinates of the BC, which contains the ASN and MBE located on the BS, intended for forming a depth map, and SSSI, and also located on the BKDD, namely:

- УОНИ выполнено, содержащим блок вычисления глубин (БВГ), первый и второй блок обнаружения признаков (БОП), блок сравнения признаков (БСП), при этом первый вход первого БОП соединен с первым выходом АСН, а второй - с выходом МЛЭ, вход второго БОП соединен с выходом БВГ, первый вход которого соединен со вторым выходом АСН, а второй - с выходом ДД, выход первого БОП соединен с первым входом БСП, а выход второго БОП - со вторым входом БСП;- SSSI is made containing a block for calculating depths (BHG), a first and second block for detecting signs (BOP), a block for comparing signs (BSP), while the first input of the first BOP is connected to the first output of the ASN, and the second to the output of the MBE, the input of the second BOP is connected to the BVG output, the first input of which is connected to the second output of the ASN, and the second to the output of the DD, the output of the first BOP is connected to the first input of the BSP, and the output of the second BOP is connected to the second input of the BSP;

- на БК установлен гидролокатор переднего обзора (ГПО) ближнего действия, при этом выход ГПО соединен с третьим входом БВГ;- a short-range front-facing sonar (GPO) is installed on the BC, while the GPO output is connected to the third input of the BVG;

- на БК установлен датчик курса (ДК), при этом выход ДК соединен с третьим входом БСП.- the heading sensor (DK) is installed on the BC, while the output of the DC is connected to the third input of the BSP.

Технический результат достигается тем, что положение БК определяется относительно ориентиров (маркеров), в качестве которых могут использоваться специфические неровности поверхности дна, затонувшие объекты или объекты подводной инфраструктуры, координаты которых заранее известны или могут быть определены с помощью средств БС. При этом определение координат БК достигается за счет отождествления подводных ориентиров с совокупностью идентификационных признаков (ИДП).The technical result is achieved by the fact that the position of the BC is determined relative to landmarks (markers), which can be used for specific bumps in the bottom surface, sunken objects or objects of underwater infrastructure, the coordinates of which are known in advance or can be determined using BS. Moreover, the determination of the coordinates of the BC is achieved by identifying underwater landmarks with a set of identification features (IDP).

Сущность изобретения поясняется на фиг. 1, 2 и 3.The invention is illustrated in FIG. 1, 2 and 3.

На фиг. 1 показана структурная схема системы определения координат БК.In FIG. 1 shows a block diagram of a coordinate system for determining the coordinates of the BC.

На фиг. 2 изображен принцип работы системы определения координат БК.In FIG. 2 shows the principle of operation of the coordinate system for determining the coordinates of the BC.

На фиг. 3 приведена проекция положений ориентира и БК.In FIG. 3 shows the projection of the provisions of the landmark and BC.

Заявляемая система (фиг. 1) содержит установленные на буксирующем судне (БС) аппаратуру 1 спутниковой навигации (АСН 1), многолучевой эхолот 2 (МЛЭ 2), устройство 3 обработки информации (УОНИ 3) и, размещенные на буксируемом комплексе (БК), датчик 4 гидростатического давления (ДД 4), гидролокатор 5 переднего обзора (ГПО 5) и датчик 6 курса (ДК 6). УОНИ 3 состоит из первого блока 7 обнаружения признаков (БОП 7), блока 8 вычисления глубин (БВГ 8), второго БОП 9 и блока 10 сравнения признаков (БСП 10).The inventive system (Fig. 1) contains installed on a towing vessel (BS) satellite navigation equipment 1 (ASN 1), multi-beam echo sounder 2 (MBE 2), information processing device 3 (SSSI 3) and placed on a towed complex (BC), hydrostatic pressure sensor 4 (DD 4), front-scan sonar 5 (GPO 5) and 6-course sensor (DC 6). SSSI 3 consists of a first block 7 for detecting signs (BOP 7), a block 8 for calculating depths (BVG 8), a second BOP 9 and block 10 for comparing signs (BSP 10).

Первый вход первого БОП 7 соединен с первым выходом АСН 1, а второй вход - с выходом МЛЭ 2, вход второго БОП 9 соединен с выходом БВГ 8, первый вход которого соединен со вторым выходом АСН 1, второй - с выходом ДД 4, а третий - с выходом ГПО 5. Выход первого БОП 7 соединен с первым входом БСП 10, выход второго БОП 9 - со вторым входом БСП 10, а выход ДК 6 - с третьим входом БСП 10. С выхода БСП 10 выдаются координаты БК.The first input of the first BOP 7 is connected to the first output of ASN 1, and the second input is connected to the output of MBE 2, the input of the second BOP 9 is connected to the output of BVG 8, the first input of which is connected to the second output of ASN 1, the second to the output of DD 4, and the third - with the output of the GPO 5. The output of the first BOP 7 is connected to the first input of the BSP 10, the output of the second BOP 9 is connected to the second input of the BSP 10, and the output of the recreation center 6 is connected to the third input of the BSP 10. From the output of the BSP 10, the coordinates of the BC are output.

АСН 1 представляет собой судовую навигационную аппаратуру глобальных спутниковых навигационных систем, предназначенную для выработки координат БС в проекции Гаусса-Крюгера. АСН 1 состоит из аппаратной части и антенны. В качестве АСН 1 можно использовать навигационную аппаратуру потребителей «Интеграция» предприятия АО «РИРВ».ASN 1 is a ship navigation equipment of global satellite navigation systems designed to generate BS coordinates in the Gauss-Kruger projection. ASN 1 consists of hardware and an antenna. As ASN 1, you can use the navigation equipment of consumers "Integration" of the enterprise of JSC "RIRV".

МЛЭ 2 представляет собой гидроакустическую станцию, предназначенную для определения глубин в широкой полосе обзора. МЛЭ 2 состоит из аппаратной части, приемной и излучающей гидроакустических антенн. В качестве МЛЭ 2 можно использовать многолучевой эхолот «SeaBat 7125» компании «Teledyne RESON».MBE 2 is a sonar station designed to determine depths in a wide field of view. MBE 2 consists of hardware, receiving and emitting sonar antennas. As the MBE 2, you can use the multi-beam echo sounder "SeaBat 7125" company "Teledyne RESON".

УОНИ 3 представляет собой судовую электронно-вычислительную машину, предназначенную для ввода первичной навигационной информации и выполнения навигационных вычислений. В качестве УОНИ 3 можно использовать специализированный блок ЭВМ предприятия АО НПП «АМЭ».SSSI 3 is a shipboard electronic computer designed to enter primary navigation information and perform navigation calculations. As SSSI 3, you can use a specialized computer block of the enterprise JSC NPP "AME".

ДД 4 представляет собой прецизионный датчик давления, выполненный на основе высокодобротного кварцевого резонатора, обладающего долговременной стабильностью калибровочных характеристик. ДД 4 предназначен для измерения гидростатического давления с компенсацией температурной погрешности. В качестве ДД 4 можно использовать датчик «MinilPS» компании «Valeport Limited».DD 4 is a precision pressure sensor made on the basis of a high-quality quartz resonator with long-term stability of calibration characteristics. DD 4 is designed to measure hydrostatic pressure with temperature error compensation. As DD 4, you can use the sensor "MinilPS" company "Valeport Limited".

ГПО 5 представляет собой гидроакустическую станцию секторного обзора ближнего действия, предназначенную для определения глубин относительно БК. ГПО 5 состоит из аппаратной части, приемной и излучающей гидроакустических антенн. Для определения относительных глубин ГПО 5 содержит несколько наборов (минимум два) активных элементов в приемной антенне, что позволяет оценить интерферометрическим способом угол прихода эхо-сигнала с дальнейшим вычислением глубины (George Yufit and Eric P. Maillard. 3D Forward Looking Sonar Technology for Surface Ships and AUV: Example of Design and Bathymetry Application. Underwater Technology Symposium, 2013). В качестве ГПО 5 можно использовать гидролокатор «SeaBat 7130» компании «Teledyne RESON».GPO 5 is a short-range sonar station for short-range sector review, designed to determine depths relative to BC. GPO 5 consists of hardware, receiving and emitting hydroacoustic antennas. To determine the relative depths, GPO 5 contains several sets (at least two) of active elements in the receiving antenna, which allows the interferometric method to evaluate the angle of arrival of the echo signal with further depth calculation (George Yufit and Eric P. Maillard. 3D Forward Looking Sonar Technology for Surface Ships and AUV: Example of Design and Bathymetry Application. Underwater Technology Symposium, 2013). As GPO 5, you can use the SeaBat 7130 sonar from Teledyne RESON.

ДК 6 представляет собой микроэлектромеханический датчик, состоящий из трехосевых гироскопа, акселерометра, магнитометра и цифрового сигнального процессора. ДК 6 предназначен для выработки истинного курса БК. В качестве ДК 6 можно использовать датчик «Ekinox-А» компании «SBG Systems».DK 6 is a microelectromechanical sensor, consisting of a three-axis gyroscope, accelerometer, magnetometer and digital signal processor. DK 6 is designed to develop a true BC course. As DC 6, you can use the sensor "Ekinox-A" company "SBG Systems".

Система работает следующим образом.The system operates as follows.

С помощью АСН 1 определяют координаты БС 11 (фиг. 2).Using ASN 1 determine the coordinates of the BS 11 (Fig. 2).

Одновременно с этим при работе МЛЭ 2 в результате пространственного перекрытия характеристики направленности (ХН) в излучении и «веера» из N приемных ХН с акустически освещенной поверхностью образуется полоса обзора 12, состоящая из N участков. Для каждого n-го участка в аппаратной части МЛЭ 2 выполняют оценку глубины моря, совокупность которых составляет поперечный профиль глубин размерностью N.At the same time, during the operation of MBE 2, as a result of spatial overlap of the directivity characteristics (CI) in radiation and the “fan” of N receiving CIs with an acoustically illuminated surface, a field of view 12 consisting of N sections is formed. For each n-th section in the hardware of MBE 2, an assessment of the depth of the sea is carried out, the totality of which is the transverse depth profile of dimension N.

В первом БОП 7 осуществляют накопление М профилей глубин с выхода МЛЭ 2 (формирование матрицы Z размерностью M×N, содержащей значения глубин) с привязкой элементов матрицы к сетке координат в проекции Гаусса-Крюгера с выхода АСН 1, формируют порог обнаружения ПОР, и производят сравнение значений элементов матрицы Z с порогом обнаружения ПОР (формирование матрицы ZОР размерностью M×N, содержащей значения высот) согласно выражениюIn the first BOP 7, M depth profiles are accumulated from the output of MBE 2 (forming a matrix Z of dimension M × N containing depth values) with the matrix elements mapped to the coordinate grid in the Gauss-Krueger projection from the ASN 1 output, the detection threshold of P RR is formed , and compare the values of the elements of the matrix Z with the detection threshold P OR (the formation of the matrix Z OR dimension M × N, containing heights) according to the expression

Figure 00000001
Figure 00000001

Алгоритм формирования порога обнаружения ПОР заключается в обнаружении и цензурировании выбросов, обусловленных локально-протяженными и протяженными объектами и (или) неровностями морского дна, и не использовании решений об обнаружении, сформированных по этим объектам и неровностям, в процедуре формирования порога (Помехозащищенный обнаружитель сигналов обзорного гидролокатора. Войтов А.А., Казаков Б.М., Корнеев А.Ю., Корнеев Ю.А., Хаметов Р.К. Патент РФ №143489 от 27.07.2014 г.).The algorithm for forming the detection threshold for the OR is to detect and censor emissions due to locally extended and extended objects and (or) roughnesses of the seabed, and not to use the detection decisions generated by these objects and irregularities in the procedure for generating the threshold (Interference-free signal detector Surveillance sonar (Voitov A.A., Kazakov B.M., Korneev A.Yu., Korneev Yu.A., Khametov R.K. Patent of the Russian Federation No. 143489 dated July 27, 2014).

Далее в первом БОП 7 выполняют формирование следов ориентиров путем группирования отличных от нуля значений элементов матрицы ZОР по связности (без разрывов между элементами) и вычисляют идентификационные признаки (ИДП) ориентиров. Под следом ориентира понимается двумерный «выброс» над порогом обнаружения ПОР.Next, in the first BOP 7, traces of landmarks are formed by grouping non-zero values of the elements of the matrix Z OP by connectivity (without gaps between the elements) and the identification signs (IDPs) of the landmarks are calculated. The reference mark is understood as a two-dimensional “ejection” above the detection threshold of P RR .

В качестве ИДП ориентира используются геометрические признаки (объем и средняя высота) ориентира и его координаты.As a landmark IDP, geometric features (volume and average height) of the landmark and its coordinates are used.

При необходимости набор геометрических признаков может быть расширен.If necessary, the set of geometric features can be expanded.

Средняя высота Zmid(i) i-го ориентира определяется как арифметическое среднее значений элементов, составляющих след i-го ориентираThe average height Z mid (i) of the i-th landmark is defined as the arithmetic average of the values of the elements making up the trace of the i-th landmark

Figure 00000002
Figure 00000002

где SОР(i) - площадь следа i-го ориентира, определяется как сумма элементов, составляющих след i-го ориентираwhere S OR (i) is the area of the trace of the i-th landmark, defined as the sum of the elements making up the trace of the i-th landmark

Figure 00000003
Figure 00000003

Объем VОР(i) i-го ориентира определяется как сумма значений элементов, составляющих след i-го ориентираThe volume V OR (i) of the i-th landmark is defined as the sum of the values of the elements that make up the trace of the i-th landmark

Figure 00000004
Figure 00000004

Для выражений (2)-(4)For expressions (2) - (4)

Sld(m,n|i)=1 - для всех элементов следа i-го ориентира,Sld (m, n | i) = 1 - for all trace elements of the ith landmark,

Sld(m,n|i)=0 - вне следа i-го ориентира.Sld (m, n | i) = 0 - outside the trace of the ith landmark.

Координаты i-го ориентира определяются поиском элемента следа i-го ориентира, значение которого максимально, с присвоением ориентиру координат найденного элемента.The coordinates of the i-th landmark are determined by the search for the trace element of the i-th landmark, the value of which is maximum, with the orientation of the coordinates of the found element being assigned to the landmark.

При работе ГПО 5 в результате пространственного перекрытия ХН в излучении и как минимум двух (в минимальной конфигурации) «вееров» из N приемных ХН с акустически освещенной поверхностью образуется зона обзора 13 (фиг. 2), состоящая из N участков. Для каждого n-го участка в аппаратной части ГПО 5 по разности фаз эхо-сигналов, принятых одновременно несколькими наборами элементов приемной гидроакустической антенны, выполняют оценку глубин относительно БК 14, значения которых образуют матрицу Z1 размерностью M×N. Кроме того, в ГПО 5 выполняют оценку расстояний до соответствующих участков дна в зоне обзора 13 относительно БК 14 (формирование матрицы RОБ размерностью M×N).During the operation of GPO 5, as a result of spatial overlap of CN in radiation and at least two (in the minimum configuration) “fans” of N receiving CNs with an acoustically illuminated surface, a viewing zone 13 (Fig. 2) consisting of N sections is formed. For each n-th section in the hardware of GPO 5, the phase difference of the echo signals received simultaneously by several sets of elements of the receiving hydroacoustic antenna performs an assessment of the depths relative to BC 14, the values of which form a matrix Z 1 of dimension M × N. In addition, in GPO 5, the distances to the corresponding sections of the bottom in the viewing area 13 are estimated relative to the BC 14 (formation of the matrix R ABOUT dimension M × N).

Одновременно с этим с помощью ДД 4 и ДК 6 оценивают гидростатическое давление и истинный курс БК 14.At the same time, the hydrostatic pressure and the true rate of BC 14 are evaluated using DD 4 and DC 6.

Информацию, формируемую ДД 4, ГПО 5 и ДК 6, передают по кабель-тросу 15 в УОНИ 3 для дальнейшей обработки с целью определения координат БК.The information generated by DD 4, GPO 5 and DC 6 is transmitted via cable 15 to SSSI 3 for further processing in order to determine the coordinates of the BC.

В БВГ 8 выполняют оценку глубины погружения БК 14 по данным ДД 4 и АСН 1 в соответствии с формулой Лероя (С.С. Leroy and F. Parthiot. Depth-pressure relationships in the oceans and seas. Journal of the Acoustical Society of America, vol 103, no. 3, pp. 1346-1352, March 1998), а затем и глубин моря (формирование матрицы Z2 размерностью M×N) согласно выражению

Figure 00000005
In BHG 8, an assessment of the depth of immersion of BC 14 is carried out according to DD 4 and ASN 1 in accordance with the Leroy formula (C. S. Leroy and F. Parthiot. Depth-pressure relationships in the oceans and seas. Journal of the Acoustical Society of America, vol 103, no. 3, pp. 1346-1352, March 1998), and then the depths of the sea (the formation of a matrix Z 2 of dimension M × N) according to the expression
Figure 00000005

где DБК - глубина погружения БК 14.where D BK - immersion depth BK 14.

Во втором БОП 9 производят формирование порога обнаружения ПОБ и сравнение значений элементов матрицы Z2 с порогом обнаружения ПОБ (формирование матрицы ZОБ размерностью M×N, содержащей значения высот) согласно выражениюIn the second BOP 9, the detection threshold P OB is computed and the values of the elements of the matrix Z 2 are compared with the detection threshold P OB (formation of the matrix Z OB with the dimension M × N containing the heights) according to the expression

Figure 00000006
Figure 00000006

Алгоритм формирования порога обнаружения ПОБ аналогичен алгоритму формирования порога обнаружения ПОР, реализуемому в первом БОП 7.The algorithm for generating a detection threshold P ON similar algorithm forming n OR detection threshold being realized in a first DRAM 7.

Далее во втором БОП 9 выполняют формирование следов объектов путем группирования отличных от нуля значений элементов матрицы ZОБ по связности, вычисление ИДП объектов и отбор объекта, площадь следа которого максимальна. Под следом объекта понимается двумерный «выброс» над порогом обнаружения ПОБ.Then, in the second BOP 9, traces of objects are formed by grouping non-zero values of the elements of the matrix Z OB by connectivity, the calculation of the IDPs of the objects and selection of the object, the trace area of which is maximum. By an object’s trail we mean a two-dimensional “ejection” above the detection threshold of P OB .

В качестве ИДП объекта используются геометрические признаки (объем и средняя высота) объекта, координаты и глубина объекта, расстояние до объекта и направление (курсовой угол) на объект.The geometrical features (volume and average height) of the object, the coordinates and depth of the object, the distance to the object and the direction (course angle) to the object are used as the object IDP.

Геометрические признаки j-го объекта вычисляются по формулам, которые аналогичны формулам (2)-(4), реализуемым в первом БОП 7.Geometric features of the j-th object are calculated by formulas that are similar to formulas (2) - (4), implemented in the first BOP 7.

Расстоянию до j-го объекта соответствует значение элемента матрицы RОБ, индексы которого определяются в результате поиска элемента следа j-го объекта, значение которого максимально.The distance to the j-th object corresponds to the value of the element of the matrix R OB , whose indices are determined by searching for the trace element of the j-th object, the value of which is maximum.

Глубина ZОБ(i) j-го объекта определяется согласно выражениюDepth Z OB (i) of the j-th object is determined according to the expression

Figure 00000007
Figure 00000007

где Zmax(i) - максимальное значение элемента следа j-го объекта.where Z max (i) is the maximum value of the trace element of the j-th object.

Курсовой угол KUОБ(i) j-го объекта определяется согласно выражениюHeading angle KU OB (i) of the j-th object is determined according to the expression

Figure 00000008
Figure 00000008

где ΔKU - угловой размер шага по курсовому углу ГПО 5; NKU(i) - номер столбца элемента следа j-го объекта, значение которого максимально; NΣ - общее число столбцов матрицы ZОБ.where ΔKU is the angular step size along the course angle of GPO 5; N KU (i) is the column number of the trace element of the j-th object, the value of which is maximum; N Σ is the total number of columns of the matrix Z OB .

В БСП 10 выполняют сравнение объекта, площадь следа которого максимальна, с выхода второго БОП 9 с ориентирами с выхода первого БОП 7, осуществляют определение координат объекта и координат БК 14.In BSP 10, an object is compared, the trace area of which is maximum, from the output of the second BOP 9 with landmarks from the output of the first BOP 7, and the coordinates of the object and the coordinates of BC 14 are determined.

В качестве меры сходства используется метрика, имеющая следующий видAs a measure of similarity, a metric of the following form is used

Figure 00000009
Figure 00000009

где ИДП(k|i) - k-й геометрический признак i-го ориентира; ИДП(k) - k-й геометрический признак объекта, площадь следа которого максимальна.where IDP (k | i) is the k-th geometric feature of the i-th landmark; IDP (k) is the k-th geometric feature of the object, the trace area of which is maximum.

По результатам сравнения объекту присваиваются координаты ориентира, для которого метрика Metr имеет минимальное значение.Based on the comparison results, the object is assigned the coordinates of a landmark for which the Metr metric has a minimum value.

Координаты БК 14 определяются согласно выражениям (фиг. 3)The coordinates of BC 14 are determined according to the expressions (Fig. 3)

Figure 00000010
Figure 00000010

где ХОБ, YОБ - координаты объекта в проекции Гаусса-Крюгера; RОБ - расстояние до объекта; ZОБ - глубина объекта; DБК - глубина погружения БК 14; α - дирекционный угол, определяемый согласно выражениюwhere X OB , Y OB - the coordinates of the object in the Gauss-Krueger projection; R OB - distance to the object; Z OB - the depth of the object; D BK - immersion depth BK 14; α is the directional angle determined according to the expression

Figure 00000011
Figure 00000011

где ПОБ - истинный пеленг объекта, определяемый согласно выражениюwhere P OB - the true bearing of the object, determined according to the expression

Figure 00000012
Figure 00000012

где KUОБ - курсовой угол объекта; KБК - истинный курс БК 14.where KU OB - heading angle of the object; K BC - the true course of BC 14.

Предложена система определения координат БК путем выделения подводного ориентира (артефакт искусственного или естественного происхождения) и расчета его координат. Таким образом, технический результат достигнут.A system is proposed for determining the coordinates of the BC by identifying an underwater landmark (artifact of artificial or natural origin) and calculating its coordinates. Thus, the technical result is achieved.

Claims (1)

Система определения координат буксируемого комплекса (БК), которая содержит размещенные на буксируемом судне (БС) аппаратуру спутниковой навигации (АСН) и многолучевой эхолот (МЛЭ), предназначенные для формирования карты глубин, и устройство обработки навигационной информации (УОНИ), а также размещенный на БК датчик гидростатического давления (ДД), отличающаяся тем, что в нее введены гидролокатор переднего обзора (ГПО) ближнего действия и датчик курса (ДК), установленные на БК, а УОНИ выполнено содержащим блок вычисления глубин (БВГ), первый и второй блоки обнаружения и расчета идентификационных признаков (БОП), представляющих собой геометрические признаки ориентиров и их координаты, блок сравнения идентификационных признаков ориентиров (БСП), при этом первый вход первого БОП соединен с первым выходом АСН, а второй - с выходом МЛЭ, вход второго БОП соединен с выходом БВГ, первый вход которого соединен со вторым выходом АСН, второй - с выходом ДД, а третий - с выходом ГПО, выход первого БОП соединен с первым входом БСП, выход второго БОП - со вторым входом БСП, а выход ДК - с третьим входом БСП.A system for determining the coordinates of a towed complex (BC), which contains satellite navigation equipment (ASN) and a multi-beam echo sounder (MBE) located on a towed vessel (BS), designed to generate a depth map, and a navigation information processing device (SSSI), as well as BC hydrostatic pressure sensor (DD), characterized in that it includes a short-range front view sonar (GPO) and a heading sensor (DC) installed on the BC, and SSSI is made containing a depth calculation unit (BHG), the first and the second blocks for the detection and calculation of identification features (BOP), which are geometric features of landmarks and their coordinates, a unit for comparing identification features of landmarks (BSP), while the first input of the first BOP is connected to the first output of the ASN, and the second to the output of the MBE, input the second BOP is connected to the BVG output, the first input of which is connected to the second ASN output, the second to the DD output, and the third to the GPO output, the output of the first BOP is connected to the first BSP input, the output of the second BOP to the second BSP input, and the output of the DC - with third input Odom BSP.
RU2018100334A 2018-01-09 2018-01-09 System for determining the coordinates of a towed complex RU2684273C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2018100334A RU2684273C1 (en) 2018-01-09 2018-01-09 System for determining the coordinates of a towed complex

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2018100334A RU2684273C1 (en) 2018-01-09 2018-01-09 System for determining the coordinates of a towed complex

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2684273C1 true RU2684273C1 (en) 2019-04-05

Family

ID=66089864

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2018100334A RU2684273C1 (en) 2018-01-09 2018-01-09 System for determining the coordinates of a towed complex

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2684273C1 (en)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7139647B2 (en) * 2000-03-03 2006-11-21 Mikael Bliksted Larsen Methods and systems for navigating under water
WO2007022233A2 (en) * 2005-08-16 2007-02-22 Ocean Server Technology, Inc. Underwater acoustic positioning system and method
RU2426149C1 (en) * 2010-01-28 2011-08-10 Сергей Борисович Курсин Sonar location complex
RU2456634C1 (en) * 2011-03-16 2012-07-20 Юрий Николаевич Жуков Method of navigating submarine object using hydroacoustic navigation system
RU2610149C1 (en) * 2015-11-16 2017-02-08 Владимир Васильевич Чернявец Towed underwater vehicle, equipped with sonar equipment for detecting silting facilities and pipelines, and their subsequent monitoring

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7139647B2 (en) * 2000-03-03 2006-11-21 Mikael Bliksted Larsen Methods and systems for navigating under water
WO2007022233A2 (en) * 2005-08-16 2007-02-22 Ocean Server Technology, Inc. Underwater acoustic positioning system and method
RU2426149C1 (en) * 2010-01-28 2011-08-10 Сергей Борисович Курсин Sonar location complex
RU2456634C1 (en) * 2011-03-16 2012-07-20 Юрий Николаевич Жуков Method of navigating submarine object using hydroacoustic navigation system
RU2610149C1 (en) * 2015-11-16 2017-02-08 Владимир Васильевич Чернявец Towed underwater vehicle, equipped with sonar equipment for detecting silting facilities and pipelines, and their subsequent monitoring

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Crawford, A.M. 2002. Two Methods of Bathymetry-Sidescan Sonar Data Comparison for Improved Determination of Sonar Towfish Position. TM 2002-110. DRDC Atlantic). *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Chen et al. Review of AUV underwater terrain matching navigation
JP4968827B2 (en) Underwater positioning system and underwater positioning method
Singh et al. Microbathymetric mapping from underwater vehicles in the deep ocean
RU2563332C2 (en) Navigation method for autonomous unmanned underwater vehicle
US10520631B2 (en) Magnetic field measurement via streamer cables
CN107664758A (en) Deep-sea navigation positioning system and method based on Long baselines or ultra-short baseline networking
Dierssen et al. Bathymetry: History of seafloor mapping
CN111443344B (en) Automatic extraction method and device for side-scan sonar sea bottom line
Stateczny et al. Precise bathymetry as a step towards producing bathymetric electronic navigational charts for comparative (terrain reference) navigation
Jalving et al. Terrain referenced navigation of AUVs and submarines using multibeam echo sounders
JP2002168952A (en) Method of reconstituting submarine three-dimensional structure
RU2653956C1 (en) Method of determination of present position data in the bistatic mode of hydrospace detection
CN111220146B (en) Underwater terrain matching and positioning method based on Gaussian process regression learning
RU2684273C1 (en) System for determining the coordinates of a towed complex
Levin et al. Bathymetric surveying in Lake Superior: 3D modeling and sonar equipment comparing
CN110543179A (en) water surface target avoiding method based on three-dimensional sparse array sound source orientation recognition
CN115308800A (en) Method for positioning ocean bottom seismograph by utilizing ocean bottom reflected wave travel time and topographic data and processing terminal
Violante Acoustic remote sensing for seabed archaeology
Bingham et al. Integrating precision relative positioning into JASON/MEDEA ROV operations
RU2480790C1 (en) Method of determining position of measured depths of sound signals
CN113009417B (en) Submarine acoustic array formation estimation method utilizing sound field interference characteristics
Schmaljohann et al. Motion estimation for synthetic aperture sonars
KR102157300B1 (en) The System for Providing High Density Depth of Water Information Based on Cloud Sourcing
Henley et al. Performance of 3D forward looking sonar for bathymetric survey
CN111427011A (en) Submarine asset position calibration method and system