RU2703786C1 - Device for capturing the topography of the water area bottom - Google Patents

Device for capturing the topography of the water area bottom Download PDF

Info

Publication number
RU2703786C1
RU2703786C1 RU2018139243A RU2018139243A RU2703786C1 RU 2703786 C1 RU2703786 C1 RU 2703786C1 RU 2018139243 A RU2018139243 A RU 2018139243A RU 2018139243 A RU2018139243 A RU 2018139243A RU 2703786 C1 RU2703786 C1 RU 2703786C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
unit
receiving
antennas
radiating
channel
Prior art date
Application number
RU2018139243A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Михаил Анатольевич Бородин
Original Assignee
Акционерное Общество "Концерн "Океанприбор"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Акционерное Общество "Концерн "Океанприбор" filed Critical Акционерное Общество "Концерн "Океанприбор"
Priority to RU2018139243A priority Critical patent/RU2703786C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2703786C1 publication Critical patent/RU2703786C1/en

Links

Images

Classifications

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

Landscapes

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

Abstract

FIELD: hydro acoustics.
SUBSTANCE: present invention relates to hydroacoustics and can be used in hydrographic studies. Disclosed device consists of two pairs of T-shaped first and second receiving antennas of first and second radiating antennas four-channel receiving unit, 2N-channel generator device, a four-channel digital signal processing unit, a control unit, a correction unit, a storage unit, an indicator, a unit for calculating time delays. Inputs of radiating antennas are connected to outputs of 2N-channel generator device, unit for calculating time delays has two-way communication with generator device, outputs of receiving antennae are connected to inputs of four-channel receiving unit, outputs of which are connected to corresponding inputs of digital signal processing unit. Output of the digital signal processing unit is connected to inputs of the storage unit and indicator, the output of the correction calculation unit is connected to the input of the digital signal processing unit. Output of control unit is connected to inputs of four-channel receiving unit and 2N-channel generator, correction calculation unit, four-channel digital signal processing unit, storage unit and indicator. Such design of the device for bottom shooting allows increasing the shooting speed.
EFFECT: high rate of capturing the bottom of the water area while reducing weight and size characteristics of the disclosed device.
1 cl, 2 dwg

Description

Настоящее изобретение относится к области гидроакустики и может быть использовано в гидрографических исследованиях.The present invention relates to the field of hydroacoustics and can be used in hydrographic studies.

Повышение скорости хода судна при съемке рельефа дна акватории, позволяющее снизить стоимость промера, является актуальной задачей.Increasing the speed of the vessel when shooting the topography of the bottom of the water, allowing to reduce the cost of measurement, is an urgent task.

Известно устройство для съемки рельефа дна акватории (Патент РФ №2340916 С1, МПК G01S 15/06, 2007), содержащее приемоизлучающую антенну, передающий блок, приемоизмерительный блок, блок управления, блок сбора, обработки информации и картирования рельефа дна, а также блок определения средней скорости распространения звука в воде в направлении излучения гидроакустического сигнала.A device is known for shooting the bottom topography of the water area (RF Patent No. 2340916 C1, IPC G01S 15/06, 2007), comprising a receiving-radiating antenna, a transmitting unit, a receiving-measuring unit, a control unit, a unit for collecting, processing information and mapping the bottom topography, as well as a determining unit the average speed of sound propagation in water in the direction of radiation of the hydroacoustic signal.

Недостатком данного устройства является использование для съемки рельефа дна акватории однолучевого эхолота с гидроакустической приемоизлучающей антенной, имеющей узкую характеристику направленности. В результате за один цикл зондирования получается только одно значение глубины, что ограничивает производительность съемки рельефа и увеличивает ее стоимость.The disadvantage of this device is the use of a single-beam echo sounder with a hydroacoustic receiving-emitting antenna with a narrow directivity to capture the bottom topography. As a result, for one sensing cycle, only one depth value is obtained, which limits the productivity of surveying the terrain and increases its cost.

Известно устройство (многолучевой эхолот, далее по тексту МЛЭ, Sonic 2026 фирмы R2Sonic, адрес сайта в интернете http://www.r2sonic.com/), содержащее излучающую и приемную гидроакустические антенны, которые размещаются в днище судна, причем излучающая антенна расположена в диаметральной плоскости, а приемная - в траверзной плоскости на заданном горизонтальном расстоянии, генераторное устройство, приемный блок, блок цифровой обработки сигналов, блок управления, блок хранения, блок вычисления поправок, индикатор.A device is known (multi-beam echo sounder, hereinafter MBE, Sonic 2026 of the firm R2Sonic, website address on the Internet http://www.r2sonic.com/), containing emitting and receiving hydroacoustic antennas that are located in the bottom of the vessel, and the radiating antenna is located in the diametrical plane, and the receiving one - in the traverse plane at a given horizontal distance, a generating device, a receiving unit, a digital signal processing unit, a control unit, a storage unit, a correction calculation unit, an indicator.

Недостатком данного устройства является относительно небольшая скорость выполнения съемки рельефа дна, особенно при малой глубине дна, что существенно увеличивает себестоимость ее выполнения, что обусловлено относительно небольшим размером ширины полосы обзора МЛЭ в диаметральной плоскости судна.The disadvantage of this device is the relatively low speed of surveying the topography of the bottom, especially at a shallow depth of the bottom, which significantly increases the cost of its implementation, due to the relatively small size of the width of the MBE viewing band in the diametrical plane of the vessel.

Наиболее близким аналогом к предлагаемому устройству является устройство для съемки рельефа дна акватории (Патент РФ на полезную модель №136899 U1), содержащее первую, вторую и третью излучающие антенны, расположенные в днище судна в диаметральной плоскости, а также первую, вторую и третью приемные антенны, расположенные в днище судна в траверзной плоскости, первая излучающая и первая приемная антенны, вторая излучающая и вторая приемная антенны, третья излучающая и третья приемная антенны образуют пары, в каждой из которых излучающая и приемная антенны расположены Т-образно, три пары приемных и излучающих антенн расположены в один ряд на заданном горизонтальном расстоянии друг от друга, так, что оси продольной симметрии излучающих антенн лежат на линии пересечения днища судна его диаметральной плоскостью, также содержащее трехканальное генераторное устройство, трехканальный приемный блок, блок цифровой обработки сигналов, блок управления, блок хранения, блок вычисления поправок, индикатор.The closest analogue to the proposed device is a device for shooting the topography of the bottom of the water area (RF Patent for Utility Model No. 136899 U1), containing the first, second and third emitting antennas located in the bottom of the vessel in the diametrical plane, as well as the first, second and third receiving antennas located at the bottom of the vessel in the traverse plane, the first radiating and first receiving antennas, the second radiating and second receiving antennas, the third radiating and third receiving antennas form pairs, in each of which radiating and receiving the antennas are arranged in a T-shape, three pairs of receiving and radiating antennas are arranged in a row at a given horizontal distance from each other, so that the axis of longitudinal symmetry of the radiating antennas lie on the line of intersection of the bottom of the vessel with its diametrical plane, also containing a three-channel generator device, three-channel receiving unit, digital signal processing unit, control unit, storage unit, correction calculation unit, indicator.

При этом выход блока управления соединен с входами генераторного устройства и приемного блока, блока цифровой обработки сигналов, блока вычисления поправок, индикатора и блока хранения, первый выход генераторного устройства соединен с входом первой излучающей антенны, второй выход генераторного устройства соединен с входом второй излучающей антенны, третий выход генераторного устройства соединен с входом третьей излучающей антенны, выход первой приемной антенны соединен с первым входом приемного блока, выход второй приемной антенны соединен со вторым входом приемного блока, выход третьей приемной антенны соединен с третьим входом приемного блока, выход которого соединен с входом блока цифровой обработки сигналов, выход которого соединен с входами блока хранения и индикатора, выход блока вычисления поправок соединен с входом блока цифровой обработки сигналов.The output of the control unit is connected to the inputs of the generating device and the receiving unit, the digital signal processing unit, the correction calculation unit, the indicator and the storage unit, the first output of the generating device is connected to the input of the first radiating antenna, the second output of the generating device is connected to the input of the second radiating antenna, the third output of the generating device is connected to the input of the third radiating antenna, the output of the first receiving antenna is connected to the first input of the receiving unit, the output of the second receiving antenna connected to the second input of the receiving unit, the output of the third receiving antenna is connected to the third input of the receiving unit, the output of which is connected to the input of the digital signal processing unit, the output of which is connected to the inputs of the storage unit and indicator, the output of the correction calculation unit is connected to the input of the digital signal processing unit.

Устройство-прототип обладает существенным недостатком, заключающимся в относительно небольшой скорости выполнения съемки рельефа дна и обусловленным небольшим размером ширины полосы обзора МЛЭ в диаметральной плоскости судна, что увеличивает себестоимость ее выполнения. Также недостатком устройства-прототипа является наличие трех излучающих и трех приемных антенн, используемых для расширения полосы обзора в диаметральной плоскости судна, что снижает надежность работы устройства и увеличивает стоимость его изготовления и эксплуатации, а также накладывает ограничения по размещению на судах из-за относительно больших габаритов.The prototype device has a significant drawback, consisting in the relatively low speed of shooting the bottom topography and due to the small size of the width of the MBE viewing band in the diametrical plane of the vessel, which increases the cost of its implementation. Another disadvantage of the prototype device is the presence of three emitting and three receiving antennas used to expand the field of view in the diametrical plane of the vessel, which reduces the reliability of the device and increases the cost of its manufacture and operation, and also imposes restrictions on placement on ships due to the relatively large dimensions.

Для выполнения беспропускной съемки рельефа дна необходимо, чтобы полосы обзора на соседних циклах зондирования перекрывались, при этом максимальная скорость движения судна при съемке рельефа дна определяется по формуле (Фирсов Ю.Г. Основы гидроакустики и использования гидрографических сонаров. - СПб.: Нестор-История, 2010. - с. 185):To perform a non-passing survey of the bottom topography, it is necessary that the lines of sight on adjacent sounding cycles overlap, while the maximum speed of the vessel when shooting the bottom topography is determined by the formula (Firsov Yu.G. Fundamentals of hydroacoustics and the use of hydrographic sonars. - St. Petersburg: Nestor-Istoriya , 2010. - p. 185):

Figure 00000001
Figure 00000001

Где D - глубина дна, Fz - частота зондирований, определяемая установленной шкалой дальности, Δα - ширина характеристики направленности в диаметральной плоскости при излучении.Where D is the depth of the bottom, F z is the sounding frequency determined by the established range scale, Δα is the width of the directivity in the diametrical plane during radiation.

Например, для устройства-прототипа максимальная скорость съемки ограничена значением 20.8 узлов при установленной шкале дальности 10 м, частоте зондирований равной 40 Гц, глубине дна 8 м и Δα=1.5°, что является недостаточным при использовании быстроходных судов.For example, for the prototype device, the maximum shooting speed is limited to 20.8 knots with a set range scale of 10 m, a sounding frequency of 40 Hz, a bottom depth of 8 m, and Δα = 1.5 °, which is insufficient when using high-speed vessels.

Задачей изобретения является разработка устройства для съемки рельефа дна акватории повышенной эффективности, позволяющего снизить себестоимость съемки.The objective of the invention is to develop a device for shooting the topography of the bottom of the water area of increased efficiency, which allows to reduce the cost of shooting.

Технический результат заключается в повышении скорости съемки рельефа дна акватории при снижении массо-габаритных характеристик заявленного устройства.The technical result consists in increasing the speed of shooting the topography of the bottom of the water area while reducing the mass-dimensional characteristics of the claimed device.

Для достижения указанного технического результата в известное устройство для съемки рельефа дна, содержащее первую и вторую излучающие антенны, расположенные в днище судна в диаметральной плоскости, а также первую и вторую приемные антенны, расположенные в днище судна в траверзной плоскости, первая излучающая и первая приемная антенны, вторая излучающая и вторая приемная антенны образуют пары, в каждой из которых излучающая и приемная антенны расположены Т-образно, две пары приемных и излучающих антенн расположены в один ряд на заданном горизонтальном расстоянии друг от друга, так, что оси продольной симметрии излучающих антенн лежат на линии пересечения днища судна его диаметральной плоскостью, также содержащее генераторное устройство, приемный блок, блок цифровой обработки сигналов, блок управления, блок хранения, блок вычисления поправок, индикатор, при этом выход блока управления соединен с входами генераторного устройства, приемного блока, блока цифровой обработки сигналов, блока вычисления поправок, индикатора и блока хранения, первый выход генераторного устройства соединен с входом первой излучающей антенны, второй выход генераторного устройства соединен с входом второй излучающей антенны, выход первой приемной антенны соединен с первым входом приемного блока, выход второй приемной антенны соединен со вторым входом приемного блока, выход которого соединен с входом блока цифровой обработки сигналов, выход которого соединен с входами блока хранения и индикатора, выход блока вычисления поправок соединен с входом блока цифровой обработки сигналов, введены следующие новые признаки:To achieve the specified technical result in a known device for surveying the topography of the bottom, containing the first and second emitting antennas located in the bottom of the vessel in the diametrical plane, as well as the first and second receiving antennas located in the bottom of the vessel in the traverse plane, the first emitting and first receiving antennas , the second radiating and second receiving antennas form pairs, in each of which the radiating and receiving antennas are T-shaped, two pairs of receiving and radiating antennas are arranged in one row at a given horizontal distance from each other, so that the axis of longitudinal symmetry of the radiating antennas lie on the line of intersection of the bottom of the vessel with its diametrical plane, also containing a generator device, a receiving unit, a digital signal processing unit, a control unit, a storage unit, a correction calculation unit, an indicator, when the output of the control unit is connected to the inputs of the generating device, the receiving unit, the digital signal processing unit, the correction calculation unit, the indicator and the storage unit, the first output of the generating device connected to the input of the first radiating antenna, the second output of the generating device is connected to the input of the second radiating antenna, the output of the first receiving antenna is connected to the first input of the receiving unit, the output of the second receiving antenna is connected to the second input of the receiving unit, the output of which is connected to the input of the digital signal processing unit the output of which is connected to the inputs of the storage unit and the indicator, the output of the correction calculation unit is connected to the input of the digital signal processing unit, the following new features are introduced:

первая излучающая и первая приемная антенны, а также вторая излучающей и вторая приемная антенны, имеют неперекрывающиеся полосы рабочих частот; первая и вторая излучающие антенны выполнены N-канальными, где N>10; дополнительно введен блок расчета временных задержек для обеспечения возможности поворота оси характеристик направленности в диаметральной плоскости первой и второй излучающих антенн путем ввода временных задержек при излучении для каждого из импульсов формируемых импульсных последовательностей, при этом блок расчета временных задержек имеет двухстороннюю связь с третьим входом генераторного устройства, генераторное устройство выполнено 2N-канальным с возможностью генерации первой и второй импульсных последовательностей, каждая из которых состоит из двух неперекрекрывающихся по времени и частоте сигналов, поступающих на входы первой и второй излучающих антенн, соответственно, с учетом временных задержек, приемный блок выполнен четырехканальным с возможностью раздельного приема путем полосовой фильтрации отраженных от дна сигналов, составляющих две импульсные последовательности, принятых первой и второй антенной каждой в своем частотном диапазоне, при этом блок цифровой обработки выполнен четырехканальным с возможностью формирования четырех профилей рельефа дна за один цикл зондирования.the first radiating and first receiving antennas, as well as the second radiating and second receiving antennas, have non-overlapping operating frequency bands; the first and second radiating antennas are N-channel, where N> 10; additionally, a time delay calculation unit has been introduced to enable the axis of directivity characteristics to rotate in the diametrical plane of the first and second emitting antennas by entering radiation time delays for each of the pulses of the generated pulse sequences, and the time delay calculation unit has two-way communication with the third input of the generator device, the generating device is made 2N-channel with the possibility of generating the first and second pulse sequences, each of which consists of two signals that do not overlap in time and frequency and arrive at the inputs of the first and second emitting antennas, respectively, taking into account time delays, the receiving unit is made four-channel with the possibility of separate reception by band-pass filtering of signals reflected from the bottom, comprising two pulse sequences received the first and second antennas each in its own frequency range, while the digital processing unit is made four-channel with the possibility of forming four relay profiles F bottom one sensing cycle.

Поясним достижение технического результата.Let us explain the achievement of the technical result.

Использование в предлагаемом устройстве рельефа дна акватории 2N-канального генераторного устройства в сочетании с блоком расчета временных задержек позволяет излучать две импульсных последовательности, каждая из которых состоит из двух импульсов, в сторону дна в заданные угловые направления в диаметральной плоскости, что обеспечивает формирование четырех полос обзора за один цикл зондирования. В результате приема и обработки сигналов от четырех полос обзора за один цикл зондирования формируют четыре профиля рельефа дна. Поскольку указанные профили получены от перекрывающихся участков дна, это гарантирует отсутствие пропусков при съемке и позволяет выполнять съемку рельефа дна акватории при большей скорости.The use of a 2N-channel generator device in the proposed topography of the bottom of the water in combination with the time delay calculation unit allows two pulse sequences, each of which consists of two pulses, to be emitted towards the bottom in the specified angular directions in the diametrical plane, which ensures the formation of four viewing lanes in one sensing cycle. As a result of the reception and processing of signals from four viewing bands in one sensing cycle, four bottom topography profiles are formed. Since these profiles are obtained from overlapping sections of the bottom, this ensures that there are no gaps when shooting and allows you to shoot the topography of the bottom of the water at a higher speed.

Ширина полосы обзора в диаметральной плоскости, образованной одной парой Т-образно соединенных излучающей и приемной антенн МЛЭ определяется по формуле:The width of the span in the diametrical plane formed by one pair of T-shaped connected radiating and receiving antennas MBE is determined by the formula:

Figure 00000002
Figure 00000002

где α - угол наклона оси ХН в диаметральной плоскости при излучении, D - глубина, Δα - ширина ХН в диаметральной плоскости при излучении.where α is the angle of inclination of the CN axis in the diametrical plane during radiation, D is the depth, Δα is the width of the CN in the diametrical plane during radiation.

Размер участка дна, образованного четырьмя полосами обзора, в диаметральной плоскости с учетом их перекрытия вычисляется по формуле:The size of the bottom section formed by four viewing lines in the diametrical plane, taking into account their overlap, is calculated by the formula:

Figure 00000003
Figure 00000003

где Kp - коэффициент перекрытия, значения Li определяются по формуле:where K p is the overlap coefficient, the values of L i are determined by the formula:

Figure 00000004
Figure 00000004

Углы наклона осей ХН в диаметральной плоскости при излучении равны α1=0, α2=0.8Δα, α3=1.6Δα, α4=2.4Δα, что обеспечивает перекрытие соседних полос обзора на 20%, при этом Kp=0.8.The angles of inclination of the axes of the XI in the diametrical plane during radiation are equal to α 1 = 0, α 2 = 0.8Δα, α 3 = 1.6Δα, α 4 = 2.4Δα, which ensures overlapping of the adjacent field of view by 20%, with K p = 0.8.

Максимальную скорость съемки рельефа дна для традиционного МЛЭ, формирующего одну полосу обзора за один цикл зондирования определяют по формуле:The maximum speed of surveying the bottom topography for a traditional MBE forming one field of view for one sensing cycle is determined by the formula:

Figure 00000005
Figure 00000005

Где T - период зондирования, L0 - ширина полосы обзора при нулевом угле наклона оси ХН в диаметральной плоскости.Where T is the sounding period, L 0 is the width of the field of view at zero angle of inclination of the axis XN in the diametrical plane.

Значение L0 с учетом условия Δα<<1, рассчитывается по формуле:The value of L 0 subject to the condition Δα << 1, is calculated by the formula:

Figure 00000006
Figure 00000006

Максимальная скорость съемки рельефа дна для предлагаемого устройства, формирующего четыре полосы обзора за один цикл зондирования, рассчитывается по формуле:The maximum speed of shooting the bottom topography for the proposed device, which forms four viewing bands for one sensing cycle, is calculated by the formula:

Figure 00000007
Figure 00000007

Оценим увеличение скорости съемки, достигаемое предлагаемым устройством съемки рельефа дна с помощью соответствующего коэффициента KV:Let us evaluate the increase in the shooting speed achieved by the proposed device for shooting the bottom topography using the corresponding coefficient K V :

Figure 00000008
Figure 00000008

При Δα<<1 и αi<<1, ширина полосы обзора в диаметральной плоскости вычисляется по следующей формуле:When Δα << 1 and α i << 1, the width of the span in the diametrical plane is calculated by the following formula:

Figure 00000009
Figure 00000009

Учитывая, что L1=L0, получаемGiven that L 1 = L 0 , we obtain

Figure 00000010
Figure 00000010

Для традиционных МЛЭ Δα лежит в пределах 1° до 3°, поэтому членом 0.64Δα4 можно пренебречь в силу его малости.For traditional MBE, Δα lies in the range 1 ° to 3 °; therefore, the term 0.64Δα 4 can be neglected due to its smallness.

Окончательно коэффициент увеличения скорости съемки определяется по формуле:Finally, the coefficient of increase in shooting speed is determined by the formula:

Figure 00000011
Figure 00000011

В устройстве-прототипе коэффициент увеличения скорости съемки составляет 2.6 раза (Патент РФ на полезную модель №136899 U1).In the prototype device, the coefficient of increase in shooting speed is 2.6 times (RF Patent for utility model No. 136899 U1).

Таким образом, скорость съемки при использовании предлагаемого устройства повышается в 1.3 раза по сравнению со скоростью съемки устройства-прототипа. Например, скорость съемки для устройства-прототипа - 20.8 узла, а для предлагаемого устройства - 27.2 узла.Thus, the shooting speed when using the proposed device increases by 1.3 times compared with the shooting speed of the prototype device. For example, the shooting speed for the prototype device is 20.8 knots, and for the proposed device is 27.2 knots.

Такое увеличение скорости достигается при уменьшении числа антенн, т.е. снижении массо-габаритных характеристик заявленного устройства.This increase in speed is achieved by reducing the number of antennas, i.e. reducing the mass-dimensional characteristics of the claimed device.

Увеличение количества излучаемых импульсов в каждой из импульсных последовательностей для одновременного формирования большего числа полос обзора с целью повышения скорости съемки рельефа дна нецелесообразно, поскольку увеличение длительности излучаемой импульсной последовательности приводит к увеличению «мертвой» зоны МЛЭ, в-третьих, при дальнейшем увеличении скорости носителя МЛЭ значительно увеличиваются гидроакустические помехи, создаваемые движителями судна, препятствующие обнаружению отраженных от дна сигналов.An increase in the number of emitted pulses in each of the pulse sequences for the simultaneous formation of a larger number of viewing bands in order to increase the speed of shooting the bottom topography is impractical, since an increase in the duration of the emitted pulse sequence leads to an increase in the "dead" zone of MBE, thirdly, with a further increase in the speed of the MBE carrier sonar disturbances created by the ship’s propulsion, preventing the detection of signals reflected from the bottom, are significantly increased.

Сущность изобретения поясняется фиг. 1-2.The invention is illustrated in FIG. 1-2.

На фиг. 1 представлена структурная блок-схема устройства съемки рельефа дна акватории.In FIG. 1 is a structural block diagram of a device for capturing a topography of a bottom of a water area.

На фиг. 2 показано взаимное расположение частотных диапазонов, в каждом из которых работает заданная пара излучающей и приемной антенн.In FIG. 2 shows the relative position of the frequency ranges, in each of which a given pair of emitting and receiving antennas works.

Устройство (фиг. 1) состоит из двух пар Т-образно расположенных приемных антенн 1,3 и излучающих антенн 2,4, четырехканального приемного блока 5, 2N-канального генераторного устройства 6, четырехканального блока 7 цифровой обработки сигналов, блока 8 управления, блока 9 вычисления поправок, блока 10 хранения, индикатора 11, блока 12 расчета временных задержек.The device (Fig. 1) consists of two pairs of T-shaped receiving antennas 1.3 and radiating antennas 2.4, a four-channel receiving unit 5, a 2N-channel generating device 6, a four-channel digital signal processing unit 7, a control unit 8, a unit 9, calculation of corrections, storage unit 10, indicator 11, time delay calculation unit 12.

Входы излучающих антенн 2, 4 соединены с выходами 2N-канального генераторного устройства 6, при этом входы первой излучающей антенны 2 соединены с первыми N выходами 2N-канального генераторного устройства 6, а входы второй излучающей антенны 4 соединены со вторыми его входами. Выходы приемных антенн 1, 3 соединены с входами четырехканального приемного блока 5, выходы которого соединены с входами блока 7 цифровой обработки эхосигналов, выход блока 7 соединен с входами блока 10 хранения и индикатора 11, выход блока 9 вычисления поправок соединен с входом блока 7. Выход блока 8 управления соединен с входами 2N-канального генераторного устройства 6 и четырехканального приемного блока 5, блока 9, блока 10, индикатора 11. Блок 12 расчета временных задержек имеет двухстороннюю связь с 2N-канальным генераторным устройством 6.The inputs of the radiating antennas 2, 4 are connected to the outputs of the 2N-channel generator device 6, while the inputs of the first radiating antenna 2 are connected to the first N outputs of the 2N-channel generating device 6, and the inputs of the second radiating antenna 4 are connected to its second inputs. The outputs of the receiving antennas 1, 3 are connected to the inputs of the four-channel receiving unit 5, the outputs of which are connected to the inputs of the digital processing unit 7 of the echo signals, the output of the unit 7 is connected to the inputs of the storage unit 10 and the indicator 11, the output of the correction calculation unit 9 is connected to the input of the unit 7. Output control unit 8 is connected to the inputs of a 2N-channel generator device 6 and a four-channel receiver unit 5, unit 9, unit 10, indicator 11. The time delay calculation unit 12 has two-way communication with a 2N-channel generator device 6.

Для обеспечения гидроакустической совместимости излучение и прием каждой парой антенн, состоящей из излучающей и приемной антенны, производят в частотных диапазонах, не перекрывающихся между собой (фиг. 2).To ensure sonar compatibility, the radiation and reception of each pair of antennas, consisting of a radiating and receiving antenna, is carried out in frequency ranges that do not overlap (Fig. 2).

2N-канальное генераторное устройство 6, четырехканальный приемный блок 5, четырехканальный блок 7 цифровой обработки сигналов, блок 8 управления, блок 9 вычисления поправок, блок 10 хранения, индикатор 11 являются устройствами, известными из уровня техники.A 2N-channel generating device 6, a four-channel receiving unit 5, a four-channel digital signal processing unit 7, a control unit 8, a correction calculation unit 9, a storage unit 10, an indicator 11 are devices known from the prior art.

Блок 12 расчета временных задержек состоит из микроконтроллера.Block 12 calculation of time delays consists of a microcontroller.

Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.

По командным импульсам, вырабатываемым блоком 8 управления, в 2N-канальном генераторном устройстве 6 осуществляется формирование в каждом из каналов с номерами от 1 до N первой импульсной последовательности, состоящей из первого импульса с несущей частотой ƒ1 и второго импульса с несущей частотой ƒ2, не перекрывающихся во времени и частоте.According to the command pulses generated by the control unit 8, in the 2N-channel generator device 6, the formation in each of the channels with numbers from 1 to N of the first pulse sequence, consisting of a first pulse with a carrier frequency of ƒ 1 and a second pulse with a carrier frequency of ƒ 2 , not overlapping in time and frequency.

Также в 2N-канальном генераторном устройстве 6 осуществляется формирование в каждом из каналов с номерами от N+1 до 2N второй импульсной последовательности, состоящей из третьего импульса с несущей частотой ƒ3 и четвертого импульса с несущей частотой ƒ4, не перекрывающихся во времени и частоте.Also, in a 2N-channel generator device 6, a second pulse sequence is formed in each channel with numbers from N + 1 to 2N, consisting of a third pulse with a carrier frequency of ƒ 3 and a fourth pulse with a carrier frequency of ƒ 4 , not overlapping in time and frequency .

От блока 12 расчета временных задержек в 2N-канальное генераторное устройство 6 поступают значения временных задержек, которые используют для временного смещения в каждом из каналов с номерами от 1 до N импульсов первой импульсной последовательности с целью излучения первой излучающей антенной 2 первого импульса с несущей частотой ƒ1 в угловое направление α1 в диаметральной плоскости, а второго импульса с несущей частотой ƒ2 - в угловое направление α2 диаметральной плоскости в сторону дна.From the time delay calculation unit 12, the time delay values are supplied to the 2N-channel generator device 6, which are used for the time offset in each channel with numbers from 1 to N pulses of the first pulse sequence in order to emit the first radiating antenna 2 of the first pulse with the carrier frequency ƒ 1 in the angular direction α 1 in the diametrical plane, and the second pulse with a carrier frequency ƒ 2 - in the angular direction α 2 in the diametrical plane toward the bottom.

Также от блока 12 расчета временных задержек в 2N-канальное генераторное устройство 6 поступают значения временных задержек, которые используют для временного смещения в каждом из каналов с номерами от N+1 до 2N импульсов второй импульсной последовательности с целью излучения второй излучающей антенной 4 третьего импульса с несущей частотой ƒ3 в угловое направление α3 в диаметральной плоскости, а четвертого импульса с несущей частотой ƒ4 - в угловое направление α4 в диаметральной плоскости в сторону дна.Also, from the time delay calculation unit 12, the 2N-channel generator device 6 receives the time delay values, which are used for the time offset in each channel with numbers from N + 1 to 2N pulses of the second pulse sequence in order to emit the second radiating antenna 4 of the third pulse with carrier frequency ƒ 3 in the angular direction α 3 in the diametrical plane, and the fourth pulse with the carrier frequency ƒ 4 in the angular direction α 4 in the diametrical plane toward the bottom.

Далее первая приемная антенна 1 принимает первый и второй импульсы первой импульсной последовательности, отраженные поверхности дна, которые последовательно поступают на первый вход четырехканального приемного блока 5, в котором путем полосовой фильтрации выполняют разделения первого и второго импульсов первой импульсной последовательности.Next, the first receiving antenna 1 receives the first and second pulses of the first pulse sequence, the reflected bottom surfaces, which are sequentially fed to the first input of the four-channel receiving unit 5, in which the first and second pulses of the first pulse sequence are separated by bandpass filtering.

Вторая приемная антенна 4 принимает третий и четвертый импульсы второй импульсной последовательности, отраженные поверхности дна, которые последовательно поступают на второй вход четырехканального приемного блока 5, в котором путем полосовой фильтрации выполняют разделения третьего и четвертого импульсов второй импульсной последовательности.The second receiving antenna 4 receives the third and fourth pulses of the second pulse sequence, the reflected bottom surfaces, which are sequentially supplied to the second input of the four-channel receiving unit 5, in which the third and fourth pulses of the second pulse sequence are separated by band-pass filtering.

В четырехканальном приемном блоке 5 производят усиление и аналого-цифровое преобразование. Затем оцифрованные данные от четырех выходов четырехканального приемного блока 5 поступают на соответствующие входы в четырехканальный блок 7 цифровой обработки сигналов, где выполняется согласованная фильтрация, формирование четырех вееров приемных характеристик направленности электронным способом, расчет наклонных дальностей, пересчет их в истинные глубины с учетом поправок, рассчитанных в блоке 9 вычисления поправок. С выхода блока 7 данные (истинные глубины и их геодезические координаты) поступают в блок 10 хранения и на индикатор 11 для отображения. Одновременно по командным импульсам блока 8 управления осуществляется прием информации от судовой радионавигационной системы, гидроакустического лага, курсоуказателя, измерителей составляющих качки, измерителя скорости звука для расчета соответствующих поправок в блоке 9 и выдачи их в блок 7.In the four-channel receiving unit 5, amplification and analog-to-digital conversion are performed. Then, the digitized data from the four outputs of the four-channel receiving unit 5 are fed to the corresponding inputs of the four-channel digital signal processing unit 7, where they are matched by filtering, forming four fans of the receiving directivity characteristics of the electronically, calculating the slant ranges, recalculating them into true depths, taking into account the corrections calculated in block 9 calculation of amendments. From the output of block 7, data (true depths and their geodetic coordinates) are sent to storage unit 10 and to indicator 11 for display. At the same time, according to the command pulses of control unit 8, information is received from the ship's radio navigation system, sonar log, course indicator, pitch component meters, sound velocity meter to calculate the corresponding corrections in block 9 and issue them to block 7.

Поясним работу блока 12 расчета временных задержек, дополнительно введенного в предлагаемое устройство, а также работу 2N-канального генераторного устройства 6.Let us explain the operation of the unit 12 for calculating time delays, additionally introduced into the proposed device, as well as the operation of the 2N-channel generator device 6.

Работа блока 12 расчета временных задержек осуществляется следующим образом.The operation of block 12 for calculating time delays is as follows.

Блок 12 расчета временных задержек по команде, передаваемой от блока 8 управления через 2N-канальное генераторное устройство 6, выполняет расчет временных задержек по формуле:Block 12 calculation of time delays by the command transmitted from the control unit 8 through a 2N-channel generator device 6, performs the calculation of time delays by the formula:

Figure 00000012
Figure 00000012

гдеWhere

d0 - расстояние между соседними каналами первой и второй излучающих антенн;d 0 is the distance between adjacent channels of the first and second emitting antennas;

cz - скорость звука в месте установки первой и второй излучающих антенн;c z is the speed of sound at the installation site of the first and second emitting antennas;

i - порядковый номер излучаемого импульса;i is the serial number of the emitted pulse;

n- порядковый номер канала в первой и второй излучающих антеннах;n is the channel number in the first and second radiating antennas;

αi - угловое направление в диаметральной плоскости, в которое выполняют излучение сформированных импульсов;α i is the angular direction in the diametrical plane into which the radiation of the generated pulses is performed;

N - число каналов в первой и второй излучающих антеннах.N is the number of channels in the first and second radiating antennas.

Далее рассчитанные четыре массива значений временных задержек передаются в 2N-канальное генераторное устройство 6 для временного смещения формируемых импульсов.Next, the calculated four arrays of time delay values are transmitted to the 2N-channel generator device 6 for temporal displacement of the generated pulses.

Предложенное устройство съемки рельефа дна акватории, позволяет за один цикл зондирования получить сразу четыре профиля рельефа дна от перекрывающихся участков дна, что гарантирует отсутствие пропусков при съемке и позволяет повысить скорость съемки рельефа дна акватории, и тем самым снизить затраты на ее выполнение, таким образом технический результат изобретения достигнут.The proposed device for shooting the bottom topography of the water area, allows one to immediately obtain four profiles of the bottom topography from overlapping portions of the bottom, which ensures that there are no gaps when shooting and can increase the speed of shooting the topography of the bottom of the water area, and thereby reduce the cost of its implementation, thus technical The result of the invention is achieved.

Claims (1)

Устройство для съемки рельефа дна, содержащее первую и вторую излучающие антенны, расположенные в днище судна в диаметральной плоскости, а также первую и вторую приемные антенны, расположенные в днище судна в траверзной плоскости, первая излучающая и первая приемная антенны, вторая излучающая и вторая приемная антенны образуют пары, в каждой из которых излучающая и приемная антенны расположены Т-образно, две пары приемных и излучающих антенн расположены в один ряд на заданном горизонтальном расстоянии друг от друга так, что оси продольной симметрии излучающих антенн лежат на линии пересечения днища судна его диаметральной плоскостью, также содержащее генераторное устройство, приемный блок, блок цифровой обработки сигналов, блок управления, блок хранения, блок вычисления поправок, индикатор, при этом выход блока управления соединен с входами генераторного устройства, приемного блока, блока цифровой обработки сигналов, блока вычисления поправок, индикатора и блока хранения, первый выход генераторного устройства соединен с входом первой излучающей антенны, второй выход генераторного устройства соединен с входом второй излучающей антенны, выход первой приемной антенны соединен с первым входом приемного блока, выход второй приемной антенны соединен со вторым входом приемного блока, выход которого соединен с входом блока цифровой обработки сигналов, выход которого соединен с входами блока хранения и индикатора, выход блока вычисления поправок соединен с входом блока цифровой обработки сигналов; отличающееся тем, что первая излучающая и первая приемная антенны, а также вторая излучающей и вторая приемная антенны, имеют неперекрывающиеся полосы рабочих частот; первая и вторая излучающие антенны выполнены N-канальными, где N>10; дополнительно введен блок расчета временных задержек для обеспечения возможности поворота оси характеристик направленности в диаметральной плоскости первой и второй излучающих антенн путем ввода временных задержек при излучении для каждого из импульсов формируемых импульсных последовательностей, при этом блок расчета временных задержек имеет двухстороннюю связь с третьим входом генераторного устройства, генераторное устройство выполнено 2N-канальным с возможностью генерации первой и второй импульсных последовательностей, каждая из которых состоит из двух неперекрекрывающихся по времени и частоте сигналов, поступающих на входы первой и второй излучающих антенн соответственно с учетом временных задержек, приемный блок выполнен четырехканальным с возможностью раздельного приема путем полосовой фильтрации отраженных от дна сигналов, составляющих две импульсные последовательности, принятых первой и второй антенной каждой в своем частотном диапазоне, при этом блок цифровой обработки выполнен четырехканальным с возможностью формирования четырех профилей рельефа дна за один цикл зондирования.A device for surveying the bottom topography, comprising the first and second radiating antennas located at the bottom of the vessel in the diametrical plane, as well as the first and second receiving antennas located at the bottom of the vessel in the traverse plane, the first radiating and first receiving antennas, the second radiating and second receiving antennas form pairs, in each of which the radiating and receiving antennas are T-shaped, two pairs of receiving and radiating antennas are arranged in a row at a given horizontal distance from each other so that the axes are longitudinal the symmetry of the emitting antennas lie on the line of intersection of the bottom of the vessel with its diametrical plane, also containing a generator device, a receiving unit, a digital signal processing unit, a control unit, a storage unit, a correction calculation unit, an indicator, while the output of the control unit is connected to the inputs of the generating device, receiving unit, digital signal processing unit, correction calculation unit, indicator and storage unit, the first output of the generating device is connected to the input of the first radiating antenna, the second output the generating device is connected to the input of the second radiating antenna, the output of the first receiving antenna is connected to the first input of the receiving unit, the output of the second receiving antenna is connected to the second input of the receiving unit, the output of which is connected to the input of the digital signal processing unit, the output of which is connected to the inputs of the storage unit and indicator , the output of the correction calculation unit is connected to the input of the digital signal processing unit; characterized in that the first radiating and first receiving antennas, as well as the second radiating and second receiving antennas, have non-overlapping operating frequency bands; the first and second radiating antennas are N-channel, where N> 10; additionally, a time delay calculation unit has been introduced to enable the axis of directivity characteristics to rotate in the diametrical plane of the first and second emitting antennas by entering radiation time delays for each of the pulses of the generated pulse sequences, and the time delay calculation unit has two-way communication with the third input of the generator device, the generating device is made 2N-channel with the possibility of generating the first and second pulse sequences, each of which consists of two signals that do not overlap in time and frequency and arrive at the inputs of the first and second emitting antennas, respectively, taking into account time delays, the receiving unit is made four-channel with the possibility of separate reception by band-pass filtering of signals reflected from the bottom, comprising two pulse sequences received by the first and the second antenna each in its own frequency range, while the digital processing unit is made four-channel with the possibility of forming four profiles of the relief and the bottom one sensing cycle.
RU2018139243A 2018-11-06 2018-11-06 Device for capturing the topography of the water area bottom RU2703786C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2018139243A RU2703786C1 (en) 2018-11-06 2018-11-06 Device for capturing the topography of the water area bottom

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2018139243A RU2703786C1 (en) 2018-11-06 2018-11-06 Device for capturing the topography of the water area bottom

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2703786C1 true RU2703786C1 (en) 2019-10-22

Family

ID=68318441

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2018139243A RU2703786C1 (en) 2018-11-06 2018-11-06 Device for capturing the topography of the water area bottom

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2703786C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2757065C1 (en) * 2020-11-02 2021-10-11 Акционерное Общество "Концерн "Океанприбор" Method for surface relief survey

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2007025572A1 (en) * 2005-09-01 2007-03-08 Atlas Elektronik Gmbh Method for producing a sonar image
RU2434246C1 (en) * 2010-03-16 2011-11-20 Сергей Борисович Курсин Method of surveying bottom topography of water bodies and apparatus for realising said method
RU2010148968A (en) * 2010-11-30 2012-06-10 Владимир Максимович Смолин (RU) METHOD FOR SHOOTING AREA BOTTOM RELIEF WITH MOVING VESSEL BY A MULTI-BEAM Sounder with a vertical sounding of a hydro-acoustic bosom and a multi-beam bosom
RU2487368C1 (en) * 2011-12-01 2013-07-10 Открытое акционерное общество "Государственный научно-исследовательский навигационно-гидрографический институт" (ОАО "ГНИНГИ") Method for stereophotography of bottom topography of water body and apparatus for realising said method
RU136899U1 (en) * 2013-09-02 2014-01-20 ОТКРЫТОЕ АКЦИОНЕРНОЕ ОБЩЕСТВО "Концерн Океанприбор" AQUATORIA BOTTOM SHOOTING DEVICE
RU2519269C1 (en) * 2012-12-12 2014-06-10 Открытое акционерное общество "Государственный научно-исследовательский навигационно-гидрографический институт" (ОАО "ГНИНГИ") Method of surveying bottom topography of water area and apparatus therefor
RU145765U1 (en) * 2013-12-30 2014-09-27 Российская Федерация, От Имени Которой Выступает Министерство Промышленности И Торговли Российской Федерации DEVICE FOR HYDROACOUSTIC RELIEF SHOT OF THE LOWER SURFACE OF THE ICE COVER
RU156050U1 (en) * 2015-03-11 2015-10-27 Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство промышленности и торговли Российской Федерации (Минпромторг) CONTROLLED SCALE RANGE BOTTOM SHOT

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2007025572A1 (en) * 2005-09-01 2007-03-08 Atlas Elektronik Gmbh Method for producing a sonar image
RU2434246C1 (en) * 2010-03-16 2011-11-20 Сергей Борисович Курсин Method of surveying bottom topography of water bodies and apparatus for realising said method
RU2010148968A (en) * 2010-11-30 2012-06-10 Владимир Максимович Смолин (RU) METHOD FOR SHOOTING AREA BOTTOM RELIEF WITH MOVING VESSEL BY A MULTI-BEAM Sounder with a vertical sounding of a hydro-acoustic bosom and a multi-beam bosom
RU2487368C1 (en) * 2011-12-01 2013-07-10 Открытое акционерное общество "Государственный научно-исследовательский навигационно-гидрографический институт" (ОАО "ГНИНГИ") Method for stereophotography of bottom topography of water body and apparatus for realising said method
RU2519269C1 (en) * 2012-12-12 2014-06-10 Открытое акционерное общество "Государственный научно-исследовательский навигационно-гидрографический институт" (ОАО "ГНИНГИ") Method of surveying bottom topography of water area and apparatus therefor
RU136899U1 (en) * 2013-09-02 2014-01-20 ОТКРЫТОЕ АКЦИОНЕРНОЕ ОБЩЕСТВО "Концерн Океанприбор" AQUATORIA BOTTOM SHOOTING DEVICE
RU145765U1 (en) * 2013-12-30 2014-09-27 Российская Федерация, От Имени Которой Выступает Министерство Промышленности И Торговли Российской Федерации DEVICE FOR HYDROACOUSTIC RELIEF SHOT OF THE LOWER SURFACE OF THE ICE COVER
RU156050U1 (en) * 2015-03-11 2015-10-27 Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство промышленности и торговли Российской Федерации (Минпромторг) CONTROLLED SCALE RANGE BOTTOM SHOT

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2757065C1 (en) * 2020-11-02 2021-10-11 Акционерное Общество "Концерн "Океанприбор" Method for surface relief survey

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US11119211B2 (en) Acoustic doppler system and method
AU2010297524B2 (en) Method and device for measuring a contour of the ground
US20100067330A1 (en) Ship mounted underwater sonar system
RU136899U1 (en) AQUATORIA BOTTOM SHOOTING DEVICE
US11846704B2 (en) Acoustic doppler system and method
US20170031023A1 (en) Forward Scanning Sonar System and Method with Angled Fan Beams
RU2346295C1 (en) Active sonar
JP5767002B2 (en) Ultrasonic transmission / reception device and fish quantity detection method
CA2928461A1 (en) Forward scanning sonar system and method with angled fan beams
RU2703786C1 (en) Device for capturing the topography of the water area bottom
RU114169U1 (en) ACTIVE HYDROLOCATOR
RU108858U1 (en) ACTIVE HYDROLOCATOR
RU2626295C1 (en) Automatic detection and classification system of short-range sonar
RU90574U1 (en) ACTIVE HYDROLOCATOR
RU2700278C1 (en) Method of determining location of underwater object
RU2568935C1 (en) Method of determining torpedo motion parameters
RU2660292C1 (en) Method for determining object immersion depth
RU2010148968A (en) METHOD FOR SHOOTING AREA BOTTOM RELIEF WITH MOVING VESSEL BY A MULTI-BEAM Sounder with a vertical sounding of a hydro-acoustic bosom and a multi-beam bosom
RU145765U1 (en) DEVICE FOR HYDROACOUSTIC RELIEF SHOT OF THE LOWER SURFACE OF THE ICE COVER
Tinh Investigation on beamforming solution for multi-receiver synthetic aperture sonar using CW pulse with sound velocity profiles in Vietnam’s sea
RU2699938C1 (en) Deep-sea carrier forward sonar
RU2582624C1 (en) Hydroacoustic method of processing fishing information
RU2654366C1 (en) Active sonar
RU2810693C1 (en) Method for determining vertical angle of underwater object
RU2516602C1 (en) Method to determine depth of object submersion