RU2717578C1 - Method of determining geographic coordinates of an underwater object - Google Patents

Method of determining geographic coordinates of an underwater object Download PDF

Info

Publication number
RU2717578C1
RU2717578C1 RU2019120900A RU2019120900A RU2717578C1 RU 2717578 C1 RU2717578 C1 RU 2717578C1 RU 2019120900 A RU2019120900 A RU 2019120900A RU 2019120900 A RU2019120900 A RU 2019120900A RU 2717578 C1 RU2717578 C1 RU 2717578C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
underwater object
geographical coordinates
underwater
coordinates
sonar
Prior art date
Application number
RU2019120900A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Виктор Леонидович Мартынов
Николай Михайлович Божук
Анастасия Владимировна Безматерных
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Государственный университет морского и речного флота имени адмирала С.О. Макарова"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Государственный университет морского и речного флота имени адмирала С.О. Макарова" filed Critical Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Государственный университет морского и речного флота имени адмирала С.О. Макарова"
Priority to RU2019120900A priority Critical patent/RU2717578C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2717578C1 publication Critical patent/RU2717578C1/en

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S15/00—Systems using the reflection or reradiation of acoustic waves, e.g. sonar systems
    • G01S15/02—Systems using the reflection or reradiation of acoustic waves, e.g. sonar systems using reflection of acoustic waves
    • G01S15/06—Systems determining the position data of a target
    • G01S15/08—Systems for measuring distance only

Abstract

FIELD: underwater navigation.
SUBSTANCE: essence of the invention consists in the fact that in the method of determining the geographical coordinates of the underwater object when using a sonar located on a surface ship, based, as well as a prototype, at reception of signals of satellite navigation systems GPS / GLONASS for determination of own geographical coordinates of vessel for selected moment of time, transmission via hydroacoustic channel of information on own geographical coordinates of ship to underwater object, on which, based on its current geographical coordinates determined by the onboard navigation system, determining the true geographical coordinates (ϕtr, λtr) of the underwater object, in contrast to prototype of surface ship sonar at selected moment of time three spatial coordinates of underwater object – bearing (B), range (R) and elevation angle (EA) are determined, which values are transmitted to onboard computer of surface ship for calculation of true geographic coordinates of underwater object with subsequent transmission of obtained values, reduced to selected moment in time, via information cable into navigation system of underwater object.
EFFECT: invention provides positioning (geo-referencing) of underwater objects with determination of their observed (accurately calculated) geographical coordinates using a sonar and a global navigation communication system (GPS or GLONASS).
1 cl, 5 dwg

Description

Изобретение относится к области подводной навигации и обеспечивает позиционирование (географическую привязку) подводных объектов с определением их обсервованных (точно рассчитанных) географических координат с помощью гидролокатора и глобальной навигационной системы связи (ГЛОНАСС или GPS).The invention relates to the field of underwater navigation and provides positioning (geographical reference) of underwater objects with the determination of their observable (accurately calculated) geographical coordinates using a sonar and a global navigation communication system (GLONASS or GPS).

Известны способы, обеспечивающие позиционирование подводных объектов с помощью гидролокатора. Среди них: способ по патенту RU №2032187, МПК G01S 15/08, опубл. 27.03.1995, заключающийся в том, что на дне водоема размещается некоторое количество гидроакустических маяков-ответчиков с различными частотами ответа, создающих навигационную базу, и их калибровку в относительных и географических координатах с помощью судна обеспечения. Для этого судно обеспечения оснащается бортовыми комплексами спутниковой и гидроакустической навигации. Гидроакустический передатчик, располагаемый на объекте навигации, осуществляет излучение гидроакустических сигналов с последующим измерением временных интервалов их распространения от объекта навигации до донных маяков-ответчиков и обратно, и преобразования этих интервалов в дистанции между объектом навигации и размещенными на дне маяками-ответчиками донной навигационной базы. В результате обработки полученных значений дальности от объекта навигации (подводного объекта) до донных маяков-ответчиков получают достоверные результаты навигации, обеспечивающие его позиционирование.Known methods for positioning underwater objects using sonar. Among them: the method according to patent RU No. 2032187, IPC G01S 15/08, publ. 03/27/1995, which consists in the fact that at the bottom of the reservoir there are a number of sonar transponder beacons with different response frequencies that create a navigation base, and their calibration in relative and geographical coordinates using a support vessel. For this, the support vessel is equipped with airborne satellite and sonar navigation systems. A hydro-acoustic transmitter located at the navigation object emits hydro-acoustic signals, followed by measuring the time intervals of their propagation from the navigation object to the bottom transponder beacons and vice versa, and converts these intervals in the distance between the navigation object and the bottom navigation transponders located at the bottom. As a result of processing the obtained values of the distance from the navigation object (underwater object) to the bottom defendant beacons, reliable navigation results are obtained that ensure its positioning.

Недостатками аналога являются:The disadvantages of the analogue are:

- значительные затраты судового времени, что сказывается на низкой оперативности метода;- significant costs of ship time, which affects the low efficiency of the method;

- большое количество донных маяков-ответчиков (12…16 шт.) с длительным сроком автономности и необходимостью их технического обслуживания;- a large number of bottom defendant beacons (12 ... 16 pcs.) with a long battery life and the need for their maintenance;

- необходимость проведения калибровочных работ, причем не только при постановке и снятии донных маяков-ответчиков, но и в период их эксплуатации при изменении внешних условий, среди которых могут выступать гидрологические и сейсмические факторы;- the need for calibration work, not only when setting up and removing bottom transponder beacons, but also during their operation when changing external conditions, among which can be hydrological and seismic factors;

- необходимость замены донных маяков-ответчиков после выработки своего энергетического ресурса с обязательным последующим проведением калибровочных работ вновь установленного донного оборудования;- the need to replace bottom defendant beacons after developing their energy resource with the obligatory subsequent calibration of newly installed bottom equipment;

- сложность бортовой аппаратуры объекта навигации, которая сказывается на ее стоимости.- the complexity of the on-board equipment of the navigation object, which affects its cost.

Известен способ определения географических координат подводного объекта по патенту US №5579285. МПК G01S 5/00, G01S 5/14, G01S 11/14, опубл. 21.08.1995. Способ реализован на базе устройства, в состав которого входят дрейфующие GIB-буи (Gtobal Intelligent Buoy), образующие длинную базу, составляющую километры, и подводный аппарат с маяком - гидроакустическим передатчиком, излучающим сигналы определенной частоты в предустановленные моменты времени. Каждый буй снабжен гидроакустическим приемником (гидрофоном), приемником глобальной системы позиционирования GPS, часами, синхронизированными с часами GPS, радиомодемом. Буи измеряют собственные географические координаты с помощью GPS. В фиксированные моменты времени маяк излучает гидроакустический сигнал, который через определенное время запаздывания, определяемое расстоянием, фиксируется каждым буем. Одновременно, в строгой синхронизации по времени, полученным значениям времен запаздывания приписываются текущие географические координаты буев на момент начала излучения сигнала маяком подводного аппарата. Все полученные данные по радиоканалу через радиомодем передаются на пост слежения, расположенный либо на корабле сопровождения, либо на берегу. На этом посту с учетом полученных данных с помощью специального программного обеспечения вычисляются географические координаты подводного аппарата.A known method for determining the geographical coordinates of an underwater object according to US patent No. 5579285. IPC G01S 5/00, G01S 5/14, G01S 11/14, publ. 08/21/1995. The method is implemented on the basis of a device, which includes drifting GIB buoys (Gtobal Intelligent Buoy), forming a long base of kilometers, and an underwater vehicle with a beacon - a hydroacoustic transmitter emitting signals of a certain frequency at predetermined times. Each buoy is equipped with a hydroacoustic receiver (hydrophone), a receiver of the global GPS positioning system, a clock synchronized with a GPS clock, a radio modem. Buoys measure their own geographical coordinates using GPS. At fixed times, the lighthouse emits a sonar signal, which after a certain delay time, determined by the distance, is recorded by each buoy. At the same time, in strict time synchronization, the current geographical coordinates of the buoys at the time the signal began to be emitted by the beacon of the underwater vehicle are assigned to the obtained delay times. All received data via a radio channel is transmitted through a radio modem to a tracking post located either on the escort ship or ashore. At this post, taking into account the received data, the geographic coordinates of the underwater vehicle are calculated using special software.

Недостатками аналога являются:The disadvantages of the analogue are:

- возможность сноса буев за счет дрейфа из района контроля на расстояния, превышающие дальность гидроакустической связи;- the possibility of demolition of buoys due to drift from the control area at distances exceeding the range of sonar communication;

- из-за многолучевости распространения гидроакустических посылок возможность неоднократного прихода на любой из буев одного и того же сигнала, излученного маяком подводного аппарата, что отчетливо проявляется на больших дальностях между подводным аппаратом и буями или на мелководье;- due to the multipath propagation of sonar packages, the possibility of repeated arrival on any of the buoys of the same signal emitted by the beacon of the underwater vehicle, which is clearly manifested at long distances between the underwater vehicle and the buoys or in shallow water;

- поскольку разность времени прихода гидроакустического сигнала на любой из буев определяется по переднему фронту приходящего от гидроакустического передатчика сигнала, то при малом отношении «сигнал/помеха» с учетом значительного расстояния между буем и подводным аппаратом существует неоднозначность определения времени запаздывания из-за возможного поражения сигнала помехой.- since the difference in the time of arrival of the hydroacoustic signal to any of the buoys is determined by the leading edge of the signal coming from the hydroacoustic transmitter, with a small signal-to-noise ratio, taking into account the significant distance between the buoy and the underwater vehicle, there is an ambiguity in determining the delay time due to possible signal damage a hindrance.

Наиболее близким к заявленному техническому решению является способ по патенту RU №2365939, МПК G01S 15/08, опубл. 27.08.2009. Для реализации указанного способа используют дрейфующую на водной поверхности станцию, оснащенную аппаратурой для непрерывного приема сигналов спутниковых навигационных систем (GPS или ГЛОНАСС). Прием и обработка этих сигналов обеспечивает определение собственных координат дрейфующей станции с высокой точностью в любой момент времени. По сигналу запроса с подводного объекта или по определенной программе работы дрейфующей станции информация о ее географических координатах передается на подводный объект по гидроакустическому каналу в виде шумоподобного кодированного сигнала определенной формы.Closest to the claimed technical solution is the method according to patent RU No. 2365939, IPC G01S 15/08, publ. 08/27/2009. To implement this method, a station drifting on the water surface is used, equipped with equipment for the continuous reception of signals from satellite navigation systems (GPS or GLONASS). The reception and processing of these signals ensures the determination of the eigenvalues of the drifting station with high accuracy at any time. Upon a request signal from an underwater object or according to a specific program of work of a drifting station, information about its geographical coordinates is transmitted to the underwater object through a sonar channel in the form of a noise-like encoded signal of a certain shape.

Недостатками способа-прототипа является недостаточная точность определения географических координат подводного объекта, вызванная:The disadvantages of the prototype method is the lack of accuracy in determining the geographical coordinates of the underwater object, caused by:

- погрешностью определения координат, связанной с изменчивостью скорости сигнала в морской воде. Эта погрешность существенно возрастает на мелководье, когда временные задержки между отдельными лучами уменьшаются, при этом сами лучи идентифицировать и выделить отдельно невозможно;- the error in determining the coordinates associated with the variability of the signal speed in sea water. This error increases significantly in shallow water, when time delays between individual rays are reduced, while the rays themselves cannot be identified and identified separately;

- возможностью искажения сигнала, передаваемого с дрейфующей станции на подводный объект, вследствие его поражения или ослабления при наличии таких факторов, как гидрология (отрицательная рефракция, слой скачка скорости звука) и реверберация.- the possibility of distortion of the signal transmitted from the drifting station to the underwater object, due to its defeat or weakening in the presence of factors such as hydrology (negative refraction, the layer of the jump in the speed of sound) and reverberation.

Заявляемое изобретение решает проблему повышения точности определения географических координат подводного объекта, что в конечном итоге, позволяет более точно позиционировать объект в морских акваториях на рабочих глубинах.The claimed invention solves the problem of increasing the accuracy of determining the geographical coordinates of the underwater object, which ultimately allows more accurately positioning the object in marine waters at working depths.

Для решения указанной проблемы используется следующая совокупность существенных признаков: в способе определения географических координат подводного объекта при использовании гидролокатора, размещенного на надводном судне, основанном также как прототип, на приеме сигналов спутниковых навигационных систем GPS/ГЛОНАСС для определения собственных географических координат судна на выбранный момент времени, передаче по гидроакустическому каналу информации о собственных географических координатах судна на подводный объект, на котором осуществляется определение истинных географических координат(ϕист., λист.) подводного объекта с учетом его текущих географических координат, определяемых бортовой навигационной системой, в отличие от прототипа гидролокатором надводного судна на выбранный момент времени определяются три пространственные координаты подводного объекта: пеленг (П), дальность (Д) и угол места (УМ), значения которых подаются на бортовой компьютер надводного судна для расчета истинных географических координат подводного объекта с последующей передачей полученных значений, приведенных к выбранному моменту времени, по информационному кабелю в навигационную систему подводного объекта.To solve this problem, the following set of essential features is used: in the method for determining the geographical coordinates of an underwater object when using a sonar located on a surface ship, also based as a prototype, on receiving signals from GPS / GLONASS satellite navigation systems to determine the ship’s own geographical coordinates at a selected time transmitting via sonar channel information about the ship’s own geographical coordinates to an underwater object, on which suschestvlyaetsya definition of true geographic coordinates (cp ist, lambda ist..) underwater object in view of its current geographic coordinates defined by the onboard navigation system, unlike the prototype sonar surface vessel to the selected point in time determined by the three spatial coordinates of the underwater object: a bearing (P) , range (D) and elevation angle (UM), the values of which are fed to the on-board computer of the surface vessel to calculate the true geographical coordinates of the underwater object, followed by the transfer of the floor learned values reduced to the selected point in time via an information cable to the navigation system of the underwater object.

Сущность изобретения заключается в предварительном расчете обсервованных географических координат (ϕ0, λ0) подводного объекта на борту надводного судна на выбранный момент времени и их передаче, приведенных к этому времени, в навигационную систему подводного объекта, что достигается с помощью: гидролокатора, размещенного на надводном судне и определяющего три пространственные координаты подводного объекта: пеленг (П), дистанцию (Д), угол места (УМ); навигационного GPS/ГЛОНАСС - приемника, размещенного на надводном судне и принимающего данные с искусственного спутника Земли о его истинных географических координатах (ϕист., λист.); кабеля связи, обеспечивающего информационный канал передачи данных подводному объекту с надводного судна и обратно. В качестве указанных данных выступают искомые обсервованные (точно рассчитанные) географические координаты подводного объекта (ϕ0, λ0), которые рассчитываются на надводном судне по определенным алгоритмам с учетом пространственных координат подводного объекта (П, Д, УМ) и истинных географических координат надводного судна (ϕист., λист.).The essence of the invention lies in the preliminary calculation of the observable geographical coordinates (ϕ 0 , λ 0 ) of an underwater object on board a surface vessel at a selected point in time and their transfer, reduced to this time, to the navigation system of the underwater object, which is achieved using: a sonar located on a surface vessel and determining three spatial coordinates of an underwater object: bearing (P), distance (D), elevation (UM); GPS / GLONASS navigation - a receiver located on a surface vessel and receiving data from an artificial Earth satellite about its true geographical coordinates (ϕ source , λ source ); a communication cable providing an information channel for transmitting data to an underwater object from a surface vessel and vice versa. The indicated data are the sought observable (accurately calculated) geographic coordinates of the underwater object (ϕ 0 , λ 0 ), which are calculated on the surface ship using certain algorithms taking into account the spatial coordinates of the underwater object (P, D, UM) and the true geographic coordinates of the surface ship (ϕ source , λ source ).

Предлагаемый способ реализуется следующим образом.The proposed method is implemented as follows.

С помощью гидролокатора, размещенного в килевой части надводного судна, определяются три пространственные координаты подводного объекта: пеленг (П); дистанция (Д); угол места (УМ). Это осуществляется в результате обработки отраженного от подводного объекта зондирующего гидроакустического сигнала, представляющего собой импульсы определенной амплитуды, длительности, скважности и частоты заполнения, которые излучаются гидролокатором надводного судна в сторону подводного объекта и после отражения от него принимаются и фиксируются двумя сканирующими в пространстве диаграммами направленности, формируемыми гидроакустической антенной указанного гидролокатора в режиме приема. Истинные географические координаты надводного судна (ϕист., λист.) определяются по сигналам, поступающим от искусственного спутника Земли навигационной системы GPS/ГЛОНАСС, которые принимаются его навигационным приемником. С учетом этих координат и полученных пространственных координат (П, Д, УМ) подводного объекта осуществляется точный расчет координат подводного объекта на надводном судне, выполняемый по определенным алгоритмам, после чего рассчитанные географические координаты (ϕ0, λ0) подводного объекта передаются в его навигационную систему по информационному кабелю с надводного судна.With the help of a sonar located in the keel of the surface vessel, three spatial coordinates of the underwater object are determined: bearing (P); distance (D); elevation angle (UM). This is carried out as a result of processing the sounding sonar signal reflected from the underwater object, which consists of pulses of a certain amplitude, duration, duty cycle and filling frequency, which are emitted by the surface vessel’s sonar towards the underwater object and, after reflection from it, are received and recorded by two radiation-scanned radiation patterns formed by the sonar antenna of the specified sonar in reception mode. The true geographical coordinates of the surface vessel (ϕ source , λ source ) are determined by the signals received from the artificial Earth satellite of the GPS / GLONASS navigation system, which are received by its navigation receiver. Given these coordinates and the obtained spatial coordinates (P, D, UM) of the underwater object, the coordinates of the underwater object on the surface vessel are accurately calculated using certain algorithms, after which the calculated geographical coordinates (ϕ 0 , λ 0 ) of the underwater object are transmitted to its navigation system via an information cable from a surface ship.

Сопоставление предлагаемого способа и прототипа показало, что поставленная задача - повышение точности определения географических координат подводного объекта, решается в результате новой совокупности признаков, что доказывает соответствие предлагаемого изобретения критерию «новизна».A comparison of the proposed method and the prototype showed that the task is to increase the accuracy of determining the geographic coordinates of the underwater object, is solved as a result of a new set of features, which proves the conformity of the proposed invention with the criterion of "novelty".

В свою очередь, проведенный информационный поиск в области подводной навигации не выявил решений, содержащих отдельные отличительные признаки заявляемого изобретения, что позволяет сделать вывод о соответствии способа критерию «изобретательский уровень».In turn, the information search in the field of underwater navigation did not reveal solutions containing individual distinctive features of the claimed invention, which allows us to conclude that the method meets the criterion of "inventive step".

Сущность способа поясняется графическими материалами, где на фиг. 1 представлена схема определения обсервованных географических координат (ϕ0, λ0) подводного объекта;The essence of the method is illustrated by graphic materials, where in FIG. 1 is a diagram for determining observable geographical coordinates (ϕ 0 , λ 0 ) of an underwater object;

на фиг. 2 - представлена схема определения пространственных координат (П, Д, УМ) подводного объекта гидролокатором;in FIG. 2 - a diagram of determining the spatial coordinates (P, D, UM) of an underwater object with a sonar is presented;

на фиг. 3 - представлена структурная схема электронного устройства надводного судна, реализующая способ;in FIG. 3 is a structural diagram of an electronic device of a surface ship that implements the method;

на фиг. 4 - представлен алгоритм вычисления горизонтальной дальности Дгор. между надводным судном и подводным объектом при их условном нахождении на одном горизонте;in FIG. 4 - presents an algorithm for calculating the horizontal range D mountains. between a surface vessel and an underwater object when they are conditionally on the same horizon;

на фиг. 5 - представлено условное расположение на одном горизонте судна обеспечения и подводного объекта после расчета горизонтальной дальности (Дгор.).in FIG. 5 - presents the conditional location on one horizon of the support vessel and the underwater object after calculating the horizontal range (D mountains. ).

На рисунках (фиг. 1-5) обозначены: 1 надводное судно; 2 подводный объект; 3 информационный кабель; связывающий надводное судно обеспечения с подводным объектом; 4 искусственный спутник Земли, реализующий глобальную навигационную систему связи (GPS/ГЛОНАСС); 5 гидроакустическая антенна, обеспечивающая работу гидролокатора; 6 горизонтальная антенная решетка; 7 вертикальная антенная решетка; 8 диаграмма направленности, сформированная горизонтальной антенной решеткой (ГАР) 6 гидроакустической антенны 5 гидролокатора и сканирующей в горизонтальной плоскости; 9 диаграмма направленности, сформированная вертикальной антенной решеткой (ВАР) 7 гидроакустической антенны 5 гидролокатора и сканирующей в вертикальной плоскости; 10 узконаправленная («игольчатая») диаграмма направленности, которая является результатом корреляции диаграмм направленности, формируемых ГАР и ВАР; 11 бесплатформенная инерциальная навигационная система (БИНС), 12 гидролокатор (ГЛ), 13 бортовой компьютер надводного судна (БК) надводного судна; 14 условная точка пересечения двух соответствующих виртуальных прямых, а именно: горизонтальной, проведенной, из реального места расположения подводного объекта и вертикальной, проведенной из места нахождения надводного судна; 15 Дгор (горизонтальная дальность) расстояние между надводным судном обеспечения и подводным объектом при их условном нахождении на одном горизонте.In the figures (Fig. 1-5) are indicated: 1 surface vessel; 2 underwater object; 3 information cable; connecting a support surface vessel to an underwater object; 4 artificial Earth satellite implementing the global navigation communication system (GPS / GLONASS); 5 sonar antenna, providing sonar operation; 6 horizontal antenna array; 7 vertical antenna array; 8 a radiation pattern formed by a horizontal antenna array (GAR) 6 sonar antenna 5 sonar and scanning in the horizontal plane; 9 a radiation pattern formed by a vertical antenna array (VAR) 7 sonar antenna 5 sonar and scanning in a vertical plane; 10 narrowly directed (“needle”) radiation pattern, which is the result of the correlation of radiation patterns formed by the GAR and the VAR; 11 strapdown inertial navigation system (SINS), 12 sonar (GL), 13 on-board computer of a surface ship (BC) of a surface ship; 14 is the conditional intersection point of two corresponding virtual lines, namely: horizontal, drawn from the real location of the underwater object and vertical, drawn from the location of the surface ship; 15 D mountains (horizontal range) the distance between the surface support vessel and the underwater object when they are on the same horizon.

Истинные географические координаты (ϕист., λист.) надводного судна обеспечения 1 определяются по сигналам, поступающим от искусственного спутника Земли 4, которые принимаются его навигационным GPS/ГЛОНАСС - приемником. Гидролокатор 12 определяет три пространственные координаты подводного объекта 2: пеленг (П); дистанцию (Д); угол места (УМ).The true geographical coordinates (ϕ source , λ source ) of the support surface vessel 1 are determined by the signals received from the artificial Earth satellite 4, which are received by its navigation GPS / GLONASS receiver. Sonar 12 determines the three spatial coordinates of the underwater object 2: bearing (P); distance (D); elevation angle (UM).

Пеленг (П) показывает пространственное направление с надводного судна 1 на подводный объект 2, а с учетом полученных гидролокатором значений дистанции (Д) и угла места (УМ) до подводного объекта 2 вычисляется по определенным алгоритмам горизонтальное расстояние Дгор. между надводным судном 1 и подводным объектом 2 при их условном нахождении на одном горизонте. Это вычисление осуществляется бортовым компьютером 13. Обсервованные географические координаты (ϕ0, λ0) подводного объекта определяются при отложении на линии пеленга (П) рассчитанного значения Дгор., проведенного на навигационной карте от надводного судна 1 в сторону подводного объекта 2. При передаче значения обсервованных географических координат (ϕ0, λ0) по информационному кабелю 3 в навигационную систему подводного объекта 2, осуществляется определение его географических координат на любой рабочей глубине.The bearing (P) shows the spatial direction from the surface vessel 1 to the underwater object 2, and taking into account the values obtained by the sonar of the distance (D) and elevation angle (UM) to the underwater object 2, the horizontal distance D of the mountains is calculated according to certain algorithms . between a surface vessel 1 and an underwater object 2 when they are on the same horizon. This calculation is carried out by the on-board computer 13. Observed geographic coordinates (ϕ 0 , λ 0 ) of the underwater object are determined when the calculated value of D mountains is deposited on the bearing line (P) . carried out on the navigation chart from the surface vessel 1 towards the underwater object 2. When transmitting the values of the observed geographical coordinates (ϕ 0 , λ 0 ) via the information cable 3 to the navigation system of the underwater object 2, its geographical coordinates are determined at any working depth.

На фиг. 2 для пояснения способа представлен общий принцип определения пространственных координат подводного объекта 2, реализуемый гидроакустической антенной 5 гидролокатора 12. Гидроакустическая антенна 5 гидролокатора 12 надводного судна 1 в составе горизонтальной 6 и вертикальной 7 антенных решеток формирует две сканирующие в водной среде диаграммы направленности, а именно: диаграмму направленности 8, сформированную горизонтальной антенной решеткой 6, которая сканирует в горизонтальной плоскости, и диаграмму направленности 9, сформированную вертикальной антенной решеткой 7, сканирующей в вертикальной плоскости. Сформированная узконаправленная диаграмма направленности 10 («игольчатая») гидролокатора 12 надводного судна 1, способна сканировать в пространстве по курсовому углу (КУ) и углу места (УМ), что является результатом корреляции диаграмм направленности 8 и 9.In FIG. 2, to explain the method, the general principle of determining the spatial coordinates of an underwater object 2 is realized by a sonar antenna 5 of a sonar 12. The sonar antenna 5 of a sonar 12 of a surface ship 1, consisting of horizontal 6 and vertical 7 antenna arrays, forms two radiation patterns scanning in the aquatic environment, namely: a radiation pattern 8 formed by a horizontal antenna array 6 that scans in the horizontal plane, and a radiation pattern 9 formed in vertical antenna array 7, scanning in a vertical plane. The formed narrowly directed radiation pattern 10 (“needle”) of the sonar 12 of the surface vessel 1 is capable of scanning in space by the heading angle (KU) and elevation angle (UM), which is the result of the correlation of the radiation patterns 8 and 9.

На фиг. 3 представлена структурная схема электронного устройства надводного судна 1, реализующая предлагаемый способ. На один из приборов устройства - бесплатформенную инерциальную навигационную систему 11, с искусственного спутника Земли 4 глобального позиционирования передаются истинные координаты надводного судна 1 (ϕист., λист.), откуда они поступают на его бортовой компьютер 13. Пространственные координаты (П, Д, УМ) подводного объекта 2, в роли которого может выступать телеуправляемый необитаемый подводный аппарат (ТНПА), определяемые гидролокатором 12, также передаются на бортовой компьютер 13, где по определенным алгоритмам осуществляется вычисление горизонтального расстояния Дгор. между надводным судном 1 и подводным объектом 2 при их условном нахождении на одном горизонте. С учетом полученного значения Дгор. в бортовом компьютере 13 надводного судна 1 по соответствующей программе корректируются точные координаты подводного объекта 2, значения которых (ϕ0, λ0) передаются в его навигационную систему по информационному кабелю 3.In FIG. 3 presents a structural diagram of an electronic device of a surface vessel 1 that implements the proposed method. On one of the device’s devices - strapdown inertial navigation system 11, the true coordinates of the surface ship 1 (ϕ source , λ source ) are transmitted from the artificial Earth satellite 4 of global positioning, from where they arrive to its on-board computer 13. Space coordinates (P, D , UM) of the underwater object 2, which can be a telecontrolled uninhabited underwater vehicle (TNLA), determined by sonar 12, are also transmitted to the on-board computer 13, where, according to certain algorithms, calculations are performed e horizontal distance D mountains. between a surface vessel 1 and an underwater object 2 when they are on the same horizon. Given the obtained value of D mountains. in the on-board computer 13 of the surface vessel 1, the exact coordinates of the underwater object 2 are adjusted according to the corresponding program, the values of which (ϕ 0 , λ 0 ) are transmitted to its navigation system via the information cable 3.

На фиг. 4 приведен алгоритм вычисления горизонтальной дальности между надводным судном 1 и подводным объектом 2 при их условном нахождении на одном горизонте. С учетом определения гидролокатором 12 наклонной дальности (Д) между надводным судном 1 и подводным объектом 2, а также значения угла места (УМ) подводного объекта 2 относительно надводного судна 1, в бортовом компьютере 13 (фиг. 3) рассчитывается горизонтальная дальность Дгор. между ними по формуле:In FIG. 4 shows an algorithm for calculating the horizontal range between a surface vessel 1 and an underwater object 2 when they are conditionally located on the same horizon. Taking into account the definition by the sonar 12 of the inclined range (D) between the surface vessel 1 and the underwater object 2, as well as the elevation angle (UM) of the underwater object 2 relative to the surface vessel 1, the horizontal range D mountains is calculated in the on-board computer 13 (Fig. 3) . between them according to the formula:

Дгор.=Д×Sin(УМ)D mountains. = D × Sin (UM)

На фиг. 5 представлено условное расположение на одном горизонте судна обеспечения и подводного объекта после расчета горизонтальной дальности Дгор., объясняющее порядок корректировки точных координат (ϕ0, λ0) подводного объекта 2. Корректировка, осуществляемая на бортовом компьютере 13, обеспечивает динамичное обновление точных координат в реальном масштабе времени.In FIG. 5 shows the conditional location on one horizon of the support vessel and the underwater object after calculating the horizontal range D of the mountains. , explaining the procedure for correcting the exact coordinates (ϕ 0 , λ 0 ) of the underwater object 2. Correction carried out on-board computer 13, provides a dynamic update of the exact coordinates in real time.

Заявляемый способ позволяет повысить точность определения географических координат подводного объекта, что в конечном итоге обеспечивает точное позиционирование подводного объекта в морских акваториях на рабочих глубинах с определением их обсервованных географических координат (ϕ0, λ0). Полученные координаты (ϕ0, λ0) с надводного судна 1 подаются в навигационную систему подводного объекта 2 по информационному кабелю 3, что позволяет определить в реальном масштабе времени истинные географические координаты подводных технических сооружений (трубопроводов, гидротехнических сооружений и др.), обнаруженных или инспектируемых подводными поисковыми аппаратами.The inventive method allows to increase the accuracy of determining the geographical coordinates of the underwater object, which ultimately provides accurate positioning of the underwater object in the sea at working depths with the determination of their observable geographical coordinates (ϕ 0 , λ 0 ). The obtained coordinates (ϕ 0 , λ 0 ) from the surface vessel 1 are fed into the navigation system of the underwater object 2 via the information cable 3, which allows real-time determination of the true geographical coordinates of underwater technical structures (pipelines, hydraulic structures, etc.) discovered or inspected by underwater search engines.

Предлагаемое изобретение было создано в составе научно-исследовательских работ, проводимых на кафедре «Радиосвязь на морском флоте» ФБГОУ ВО «Государственного университета морского и речного флота имени адмирала С.О. Макарова». Были произведены расчеты, показавшие возможность использования заявляемого способа в труднодоступных районах, например, при проведении геологоразведочных работ в районе Арктического шельфа, мониторинге подводных технических сооружений на больших глубинах, проведении поисковых аварийно-спасательных работ на рабочих глубинах, и т.д., что с учетом выше изложенного позволяет сделать вывод о возможности его промышленного применения.The present invention was created as part of scientific research carried out at the Department of Radio Communication in the Navy, Federal State Budgetary Educational Establishment of Higher Education, Admiral S.O. State University of the Sea and River Fleet Makarova. " Calculations were made that showed the possibility of using the proposed method in hard-to-reach areas, for example, during geological exploration in the Arctic shelf, monitoring of underwater technical structures at great depths, conducting search and rescue operations at working depths, etc., which Considering the above, it can be concluded that it can be used industrially.

Claims (1)

Способ определения географических координат подводного объекта при использовании гидролокатора, размещенного на надводном судне, основанный на приеме сигналов спутниковых навигационных систем GPS/ГЛОНАСС для определения собственных географических координат судна на выбранный момент времени, передаче по гидроакустическому каналу информации о собственных географических координатах судна на подводный объект, на котором с учетом его текущих географических координат, определяемых бортовой навигационной системой, осуществляется определение истинных географических координат (ϕист., λист.) подводного объекта, отличающийся тем, что гидролокатором надводного судна на выбранный момент времени определяются три пространственные координаты подводного объекта: пеленг (П), дальность (Д) и угол места (УМ), значения которых подаются на бортовой компьютер надводного судна для расчета истинных географических координат подводного объекта с последующей передачей полученных значений, приведенных к выбранному моменту времени, по информационному кабелю в навигационную систему подводного объекта.A method for determining the geographical coordinates of an underwater object when using a sonar located on a surface vessel, based on receiving signals from GPS / GLONASS satellite navigation systems to determine the vessel’s own geographical coordinates at a selected point in time, transmitting information on the vessel’s own geographical coordinates to the underwater object via a sonar channel, on which, taking into account its current geographical coordinates determined by the on-board navigation system, Leniye true geographic coordinates (φ ist, λ ist..) of the underwater object, characterized in that the sonar surface vessel at a selected time determined by the three spatial coordinates of the underwater object: a bearing (P), the distance (D) and elevation angle (PA) the values of which are supplied to the on-board computer of the surface vessel to calculate the true geographical coordinates of the underwater object, followed by the transmission of the obtained values, reduced to the selected time, via an information cable to the navigation system one object.
RU2019120900A 2019-07-02 2019-07-02 Method of determining geographic coordinates of an underwater object RU2717578C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019120900A RU2717578C1 (en) 2019-07-02 2019-07-02 Method of determining geographic coordinates of an underwater object

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019120900A RU2717578C1 (en) 2019-07-02 2019-07-02 Method of determining geographic coordinates of an underwater object

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2717578C1 true RU2717578C1 (en) 2020-03-24

Family

ID=69943287

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2019120900A RU2717578C1 (en) 2019-07-02 2019-07-02 Method of determining geographic coordinates of an underwater object

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2717578C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2789185C1 (en) * 2022-11-16 2023-01-31 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем морских технологий им. академика М.Д. Агеева Дальневосточного отделения Российской академии наук Method for underwater illumination and neutralization of detected objects

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4914598A (en) * 1986-10-07 1990-04-03 Bodenseewek Geratetechnik Gmbh Integrated redundant reference system for the flight control and for generating heading and attitude informations
RU2365939C1 (en) * 2008-06-03 2009-08-27 Юрий Владимирович Румянцев Method of underwater navigation
RU2460043C1 (en) * 2011-05-20 2012-08-27 Андрей Федорович Зеньков Navigation system for autonomous unmanned underwater vehicle
RU2488842C1 (en) * 2011-12-20 2013-07-27 Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство промышленности и торговли РФ More precise positioning in underwater navigation space formed by randomly arranged hydroacoustic transponder beacons
RU2563332C2 (en) * 2013-07-15 2015-09-20 Открытое акционерное общество "Государственный научно-исследовательский навигационно-гидрографический институт" (ОАО "ГНИНГИ") Navigation method for autonomous unmanned underwater vehicle
RU2626244C1 (en) * 2016-07-04 2017-07-25 Общество с ограниченной ответственностью "СКБ ШЕЛЬФ" Method and system of positioning group of submarine objects in limited water volume

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4914598A (en) * 1986-10-07 1990-04-03 Bodenseewek Geratetechnik Gmbh Integrated redundant reference system for the flight control and for generating heading and attitude informations
RU2365939C1 (en) * 2008-06-03 2009-08-27 Юрий Владимирович Румянцев Method of underwater navigation
RU2460043C1 (en) * 2011-05-20 2012-08-27 Андрей Федорович Зеньков Navigation system for autonomous unmanned underwater vehicle
RU2488842C1 (en) * 2011-12-20 2013-07-27 Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство промышленности и торговли РФ More precise positioning in underwater navigation space formed by randomly arranged hydroacoustic transponder beacons
RU2563332C2 (en) * 2013-07-15 2015-09-20 Открытое акционерное общество "Государственный научно-исследовательский навигационно-гидрографический институт" (ОАО "ГНИНГИ") Navigation method for autonomous unmanned underwater vehicle
RU2626244C1 (en) * 2016-07-04 2017-07-25 Общество с ограниченной ответственностью "СКБ ШЕЛЬФ" Method and system of positioning group of submarine objects in limited water volume

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2789185C1 (en) * 2022-11-16 2023-01-31 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем морских технологий им. академика М.Д. Агеева Дальневосточного отделения Российской академии наук Method for underwater illumination and neutralization of detected objects

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Kussat et al. Absolute positioning of an autonomous underwater vehicle using GPS and acoustic measurements
US7512036B2 (en) Underwater acoustic positioning system and method
WO2020005116A1 (en) Method for locating underwater objects
RU2469346C1 (en) Method of positioning underwater objects
CN110208812A (en) Unmanned vehicles seabed dimensional topography detection device and method partly latent
RU2674404C1 (en) Method of navigation and positioning of underwater objects in deep-water channel at large distance and system for its implementation
RU2561012C1 (en) System for determining and monitoring location of underwater object
RU2437114C1 (en) System for determining coordinates of underwater objects
WO2017044012A1 (en) Method for positioning underwater objects and system for the implementation thereof
NO334597B1 (en) Underwater navigation method and system
MX2014008733A (en) Actively controlled buoy based marine seismic survey system and method.
RU2483326C2 (en) Hydroacoustic synchronous range-finding navigation system for positioning underwater objects in navigation field of randomly arranged hydroacoustic transponder beacons
RU2659299C1 (en) Method and system of navigation of underwater objects
SE1551424A1 (en) System for detecting subsurface objects and unmanned surfacevessel
RU2303275C2 (en) Method for determination of co-ordinates of submerged objects
USH1618H (en) Coherent arrays of drifting sonobuoys
Hegrenæs et al. Horizontal mapping accuracy in hydrographic AUV surveys
RU2717578C1 (en) Method of determining geographic coordinates of an underwater object
WO2015092342A1 (en) Method of acquiring data with underwater nodes
RU2691217C1 (en) Method of positioning underwater objects
RU2529207C1 (en) Navigation system for towed underwater vehicle
RU2773497C1 (en) Method and system for navigation support of pilotage and positioning
US20130077435A1 (en) Methods and apparatus for streamer positioning during marine seismic exploration
Abramowski et al. Detection of Spoofing Used against the GNSS-Like Underwater Navigation Systems
Celuzza et al. Feasibility of littoral imaging with a 3 kHz synthetic aperture sonar