RU2724300C1 - Method of performing hydroacoustic communication between autonomous underwater vehicles - Google Patents
Method of performing hydroacoustic communication between autonomous underwater vehicles Download PDFInfo
- Publication number
- RU2724300C1 RU2724300C1 RU2019134699A RU2019134699A RU2724300C1 RU 2724300 C1 RU2724300 C1 RU 2724300C1 RU 2019134699 A RU2019134699 A RU 2019134699A RU 2019134699 A RU2019134699 A RU 2019134699A RU 2724300 C1 RU2724300 C1 RU 2724300C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- message
- request
- receiving
- hydroacoustic
- antenna
- Prior art date
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
Abstract
Description
Изобретение относится к аппаратуре и способам гидроакустической связи между автономными подводными аппаратами (ПА).The invention relates to apparatus and methods for sonar communication between autonomous underwater vehicles (PA).
Гидроакустическая связь является необходимым средством обеспечения функционирования ПА, поскольку, кроме обмена данными и командами с пунктом управления и взаимодействующими ПА, при помощи гидроакустической связи реализуется высокоточное позиционирование ПА [1-4].Hydroacoustic communication is a necessary means of ensuring the functioning of a PA, since, in addition to exchanging data and commands with a control center and interacting PAs, a high-precision positioning of a PA is implemented using hydroacoustic communication [1-4].
Для осуществления гидроакустической связи на всех без исключения автономных ПА устанавливается ненаправленная (в зарубежной литературе всенаправленная) приемно-излучающая гидроакустическая антенна [5-7].For the implementation of hydroacoustic communication on all autonomous PAs without exception, an omnidirectional (in foreign literature omnidirectional) receiving-emitting hydroacoustic antenna is installed [5-7].
Способ-прототип [5] осуществления гидроакустической связи между двумя ПА проиллюстрирован на фиг. 1. При необходимости первому ПА передать сообщение по гидроакустическому каналу второму ПА, первый ПА с использованием ненаправленной антенны посылает запрос на передачу сообщения с указанием в запросе условного номера второго ПА (блок 1). Второй ПА принимает запрос с использованием ненаправленной антенны (блок 2). Убедившись, что запрос адресован ему, второй ПА с использованием ненаправленной антенны посылает первому ПА подтверждение готовности к приему сообщения (блок 3). Первый ПА с использованием ненаправленной антенны принимает от второго ПА подтверждение готовности к приему сообщения (блок 4) и с использованием ненаправленной антенны передает сообщение второму ПА (блок 5). Второй ПА с использованием ненаправленной антенны принимает сообщение от первого ПА (блок 6).The prototype method [5] for the implementation of hydroacoustic communication between two PAs is illustrated in FIG. 1. If necessary, the first user agent to send a message through the sonar channel to the second user agent, the first user agent using a non-directional antenna sends a request to send a message indicating the conditional number of the second user agent in the request (block 1). The second user agent receives the request using an omnidirectional antenna (block 2). After making sure that the request is addressed to him, the second user agent using an omnidirectional antenna sends the first user agent confirmation of readiness to receive the message (block 3). The first user agent using an omnidirectional antenna receives from the second user agent a confirmation of readiness to receive a message (block 4) and using an omnidirectional antenna transmits a message to the second user agent (block 5). The second user agent using an omnidirectional antenna receives a message from the first user agent (block 6).
Заметим, что вместо одной ненаправленной приемно-излучающей антенны могут использоваться отдельные приемная и излучающая ненаправленные антенны.Note that instead of one omnidirectional receiving-emitting antenna, separate receiving and emitting non-directional antennas can be used.
Положительным аспектом использования ненаправленных антенн является то, что для вхождения в гидроакустическую связь с конкретным корреспондентом не нужно знать его угловые координаты.A positive aspect of the use of omnidirectional antennas is that in order to enter into hydroacoustic communication with a specific correspondent, you do not need to know its angular coordinates.
Однако применение ненаправленных антенн гидроакустической связи имеет и свои недостатки, а именно:However, the use of omnidirectional hydroacoustic communication antennas has its drawbacks, namely:
- Низкая скрытность гидроакустической связи, поскольку передаваемое сообщение может принимать любой подводный объект, расположенный во всем круговом секторе относительно излучающего ПА.- Low secrecy of hydroacoustic communication, since the transmitted message can be received by any underwater object located in the entire circular sector relative to the emitting PA.
- Малые дальности гидроакустической связи в силу низкой концентрации ненаправленной антенны, как при излучении, так и при приеме. При необходимости повысить дальность гидроакустической связи приходится повышать мощность излучения, что ведет к дополнительному расходованию заряда аккумуляторной батареи ПА и к еще большему снижению его скрытности.- Short range sonar communication due to the low concentration of an omnidirectional antenna, both in radiation and in reception. If it is necessary to increase the range of hydroacoustic communication, it is necessary to increase the radiation power, which leads to an additional consumption of the battery charge of the PA and to an even greater reduction in its secrecy.
Решаемая техническая проблема - совершенствование гидроакустической связи между подводными аппаратами.The technical problem to be solved is the improvement of sonar communication between underwater vehicles.
Технический результат - повышение дальности и скрытности гидроакустической связи.The technical result is an increase in the range and secrecy of sonar communication.
Указанный технический результат достигается тем, что на ПА, кроме ненаправленной приемно-излучающей антенны гидроакустической связи, дополнительно устанавливается направленная приемно-излучающая антенна гидроакустической связи (либо отдельные направленные приемная и излучающая антенны). Поскольку координаты ПА, которому необходимо передать сообщение, не известны, то запрос на передачу сообщения передается с использованием ненаправленной антенны. А уже подтверждение готовности получить сообщение и передача самого сообщения осуществляются с использованием направленной антенны.The specified technical result is achieved by the fact that on the PA, in addition to the omnidirectional receiving and radiating sonar antenna, an additional directional receiving and radiating sonar antenna (or separate directional receiving and radiating antennas) is additionally installed. Since the coordinates of the user agent to which the message is to be transmitted are not known, the request to transmit the message is transmitted using an omnidirectional antenna. And already confirmation of readiness to receive a message and transmission of the message itself are carried out using a directional antenna.
Осуществление предлагаемого способа показано на фиг. 2. При необходимости первому ПА передать сообщение второму ПА, первый ПА с использованием ненаправленной излучающей антенны посылает запрос на передачу сообщения на установление гидроакустической связи с указанием в запросе условного номера второго ПА (блок 1). Второй ПА принимает запрос с использованием направленной приемно-излучающей антенны с одновременным определением направления прихода запроса (блок 2). Убедившись, что запрос адресован ему, второй ПА с использованием направленной приемно-излучающей антенны посылает по направлению прихода запроса подтверждение готовности к приему сообщения (блок 3). Первый ПА с использованием направленной приемно-излучающей антенны принимает от второго ПА подтверждение готовности к приему сообщения с одновременным определением направления прихода подтверждения (блок 4) Первый ПА с использованием направленной приемно-излучающей антенны передает по направлению прихода подтверждения сообщение второму ПА (блок 5). Второй ПА с использованием направленной приемно-излучающей антенны принимает с направления прихода запроса сообщение от первого ПА (блок 6).The implementation of the proposed method is shown in FIG. 2. If necessary, the first PA to send a message to the second PA, the first PA using an omnidirectional radiating antenna sends a request to send a message to establish hydroacoustic communication with the conditional number of the second PA in the request (block 1). The second user agent receives the request using a directional receiving-emitting antenna with simultaneous determination of the direction of arrival of the request (block 2). After making sure that the request is addressed to him, the second user agent, using a directional receiving-emitting antenna, sends a confirmation of readiness to receive the message in the direction of the request (block 3). The first user agent, using a directional receiving-emitting antenna, receives a confirmation from the second user agent that it is ready to receive a message with the simultaneous determination of the direction of arrival of confirmation (block 4). The first user agent using a directional receiving-emitting antenna transmits a message to the second user agent in the direction of arrival of confirmation (block 5). Using the directional receiving-emitting antenna, the second user agent receives a message from the first user agent from the direction of arrival of the request (block 6).
При этом следует заметить, что, поскольку в предлагаемом способе запрос на передачу данных посылается, как и прежде, с использованием ненаправленной излучающей антенны, имеющей меньший коэффициент концентрации по сравнению с направленной антенной, то для обеспечения дальности связи, соответствующей использованию направленных антенн, излучение запроса должно осуществляться с повышенной мощностью, компенсирующей снижение концентрации на частоте излучения ненаправленной антенны по сравнению с направленной.It should be noted that, since in the proposed method a request for data transmission is sent, as before, using an omnidirectional radiating antenna having a lower concentration coefficient compared to a directional antenna, in order to ensure a communication range corresponding to the use of directional antennas, request radiation should be carried out with increased power, compensating for the decrease in concentration at the radiation frequency of an omnidirectional antenna compared to a directional one.
Расчет эффективности реализации предлагаемого изобретения проведен для следующих исходных данных:The calculation of the implementation efficiency of the invention is carried out for the following initial data:
- глубина района 200 м;- the depth of the region is 200 m;
- гидроакустические условия соответствуют условиям зимнего периода в мелком море (сплошная акустическая освещенность). Вертикальное распределение скорости звука для этих условий приведено в табл. 1. Волнение моря 3 балла;- hydroacoustic conditions correspond to the conditions of the winter period in the shallow sea (continuous acoustic illumination). The vertical distribution of the speed of sound for these conditions is given in table. 1. Excitement of the sea 3 points;
- коэффициент пространственного затухания рассчитывается по формуле [8]:- the spatial attenuation coefficient is calculated by the formula [8]:
где fkHz - средняя частота сигнала гидроакустической связи (fkHz=12,5 кГц);where f kHz is the average frequency of the sonar signal (f kHz = 12.5 kHz);
- полоса частот сигнала гидроакустической связи 3 кГц;- frequency band of the signal of hydroacoustic communication 3 kHz;
- ненаправленная приемно-излучающая антенна представляет собой цилиндр диаметра 10 см и высоты 10 см;- an omnidirectional receiving-emitting antenna is a cylinder with a diameter of 10 cm and a height of 10 cm;
- направленная приемно-излучающая гидроакустическая антенна представляет собой цилиндр диаметра 50 см и высоты 10 см (ширина характеристики направленности в горизонтальной плоскости на частоте сигнала гидроакустической связи 15°);- the directional receiving and emitting sonar antenna is a cylinder with a diameter of 50 cm and a height of 10 cm (the width of the directivity in the horizontal plane at the frequency of the sonar signal is 15 °);
- акустическая мощность излучения 100 Вт;- acoustic radiation power of 100 W;
- пороговое отношение сигнал/помеха для обнаружения сигнала гидроакустической связи и его распознавания с ошибкой не более 10-4 на символ +10 дБ.- the threshold signal-to-noise ratio for detecting the hydroacoustic communication signal and its recognition with an error of not more than 10 -4 per symbol +10 dB.
Выполненные теоретические оценки показали, что:The performed theoretical estimates showed that:
- дальность двусторонней гидроакустической связи с использованием ненаправленных антенн составляет 8,7 км;- the range of two-way sonar communication using omnidirectional antennas is 8.7 km;
- дальность двусторонней гидроакустической связи с использованием дополнительно используемой на правленной приемно-излучающей антенны составляет 15,8 км. Т.е. при использовании направленной приемно-излучающей антенны дальность гидроакустической связи возрастает более чем на 80%;- the range of two-way hydroacoustic communication using an additionally used on the directional receiving-emitting antenna is 15.8 km. Those. when using a directional receiving-emitting antenna, the range of hydroacoustic communication increases by more than 80%;
- при переходе от ненаправленной к использованию направленной приемно-излучающей антенны показатель скрытности гидроакустической связи, равный отношению ширины характеристик направленности в горизонтальной плоскости ненаправленной антенны и ширины характеристики направленности направленной антенны, возрастает в 24 раза.- when switching from a non-directional to using a directional receiving-emitting antenna, the indicator of stealth of hydroacoustic communication equal to the ratio of the width of the directivity characteristics in the horizontal plane of the undirectional antenna and the width of the directivity of the directional antenna increases 24 times.
Таким образом, заявленный технический результат - повышение дальности и скрытности гидроакустической связи - можно считать достигнутым.Thus, the claimed technical result - increasing the range and secrecy of sonar communication - can be considered achieved.
Источники информации:Sources of information:
1. Kinsey J.C., Eustice R.M., Whitcomb L.L. A Survey of Underwater Vehicle Navigation: Recent Advances and new Challenges // IF AC Conference on maneuvering and control of marine craft. 2006. Lisbon, Portugal.1. Kinsey J.C., Eustice R.M., Whitcomb L.L. A Survey of Underwater Vehicle Navigation: Recent Advances and new Challenges // IF AC Conference on maneuvering and control of marine craft. 2006. Lisbon, Portugal.
2. Кебкал К.Г., Машошин А.И. Гидроакустические методы позиционирования автономных необитаемых подводных аппаратов // Гироскопия и навигация, 2016, №3 (94), с. 115-130.2. Kebkal K.G., Mashoshin A.I. Hydroacoustic methods for positioning autonomous uninhabited underwater vehicles // Gyroscopy and Navigation, 2016, No. 3 (94), p. 115-130.
3. Дубровин Ф.С., Щербатюк А.Ф. Исследование некоторых алгоритмов одномаяковой мобильной навигации АНПА: результаты моделирования и морских испытаний // Гироскопия и навигация. 2015. №4. С. 160-170.3. Dubrovin F.S., Scherbatyuk A.F. The study of some algorithms of single-lane mobile navigation AUV: simulation results and marine tests // Gyroscopy and navigation. 2015. No4. S. 160-170.
4. Милн П.Х. Гидроакустические системы позиционирования // Л.: Судостроение. 1989.4. Milne P.H. Hydroacoustic positioning systems // L .: Shipbuilding. 1989.
5. Тарасенко А.А., Краснов В.В., Смирнов К.А., Кирьянов А.В., Хан Р.Е. Зарубежные самоходные необитаемые морские аппараты // СПб: АО "СПМБМ "Малахит". 2016. 300 с.5. Tarasenko A.A., Krasnov V.V., Smirnov K.A., Kiryanov A.V., Khan R.E. Foreign self-propelled uninhabited marine vehicles // St. Petersburg: JSC SPMBM Malakhit. 2016.300 s.
6. Илларионов Г.Ю., Сиденко К.С., Бочаров Л.Ю. Угроза из глубины: XXI век // Хабаровск: КГУП "Хабаровская краевая типография". 2011. 304 с.6. Illarionov G.Yu., Sidenko KS, Bocharov L.Yu. A threat from the depths: XXI century // Khabarovsk: KGUP "Khabarovsk Regional Printing House". 2011.304 p.
7. Белоусов И. Современные и перспективные необитаемые подводные аппараты ВМС США // Зарубежное военное обозрение. 2013. №5. С. 79-88.7. Belousov I. Modern and perspective uninhabited underwater vehicles of the US Navy // Foreign Military Review. 2013. No5. S. 79-88.
8. Урик Р. Дж. Основы гидроакустики // Л.: Судостроение, 1978.8. Urik R. J. Fundamentals of hydroacoustics // L .: Shipbuilding, 1978.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2019134699A RU2724300C1 (en) | 2019-10-30 | 2019-10-30 | Method of performing hydroacoustic communication between autonomous underwater vehicles |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2019134699A RU2724300C1 (en) | 2019-10-30 | 2019-10-30 | Method of performing hydroacoustic communication between autonomous underwater vehicles |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2724300C1 true RU2724300C1 (en) | 2020-06-22 |
Family
ID=71135837
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2019134699A RU2724300C1 (en) | 2019-10-30 | 2019-10-30 | Method of performing hydroacoustic communication between autonomous underwater vehicles |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2724300C1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2807417C1 (en) * | 2023-01-09 | 2023-11-14 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Севастопольский государственный университет" | Method of two-way data transmission underwater at arbitrary mutual position in horizontal plane of longitudinal axes of measuring station and autonomous unmanned underwater vehicle |
Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH05297138A (en) * | 1992-04-17 | 1993-11-12 | Oki Electric Ind Co Ltd | Method and device for sensing position of underwater running body |
| JP2003215230A (en) * | 2002-01-21 | 2003-07-30 | Masao Yoshitani | Position detection system for underwater moving body and its method |
| US7106658B1 (en) * | 2005-01-27 | 2006-09-12 | The United States Of America Represented By The Secretary Of The Navy | Navigation system and method using directional sensor |
| RU2456634C1 (en) * | 2011-03-16 | 2012-07-20 | Юрий Николаевич Жуков | Method of navigating submarine object using hydroacoustic navigation system |
| JP5297138B2 (en) * | 2008-10-08 | 2013-09-25 | Ｊｘ日鉱日石エネルギー株式会社 | Rankine cycle power generation turbine lubricating oil and working fluid composition |
| RU153714U1 (en) * | 2014-11-11 | 2015-07-27 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Санкт-Петербургский государственный морской технический университет" | DEVICE FOR DETERMINING THE DIGITAL LOCATION OF A HYDROACOUSTIC RESPONSE BEACON |
| RU2649057C2 (en) * | 2016-05-30 | 2018-03-29 | Дмитрий Павлович Фролов | Compact universal underwater sonar device |
| RU2658508C1 (en) * | 2017-04-10 | 2018-06-21 | Акционерное Общество "Концерн "Океанприбор" | System and method of measurement of acoustic characteristics of antennas with the submersible vehicle |
-
2019
- 2019-10-30 RU RU2019134699A patent/RU2724300C1/en active
Patent Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH05297138A (en) * | 1992-04-17 | 1993-11-12 | Oki Electric Ind Co Ltd | Method and device for sensing position of underwater running body |
| JP2003215230A (en) * | 2002-01-21 | 2003-07-30 | Masao Yoshitani | Position detection system for underwater moving body and its method |
| US7106658B1 (en) * | 2005-01-27 | 2006-09-12 | The United States Of America Represented By The Secretary Of The Navy | Navigation system and method using directional sensor |
| JP5297138B2 (en) * | 2008-10-08 | 2013-09-25 | Ｊｘ日鉱日石エネルギー株式会社 | Rankine cycle power generation turbine lubricating oil and working fluid composition |
| RU2456634C1 (en) * | 2011-03-16 | 2012-07-20 | Юрий Николаевич Жуков | Method of navigating submarine object using hydroacoustic navigation system |
| RU153714U1 (en) * | 2014-11-11 | 2015-07-27 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Санкт-Петербургский государственный морской технический университет" | DEVICE FOR DETERMINING THE DIGITAL LOCATION OF A HYDROACOUSTIC RESPONSE BEACON |
| RU2649057C2 (en) * | 2016-05-30 | 2018-03-29 | Дмитрий Павлович Фролов | Compact universal underwater sonar device |
| RU2658508C1 (en) * | 2017-04-10 | 2018-06-21 | Акционерное Общество "Концерн "Океанприбор" | System and method of measurement of acoustic characteristics of antennas with the submersible vehicle |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2807417C1 (en) * | 2023-01-09 | 2023-11-14 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Севастопольский государственный университет" | Method of two-way data transmission underwater at arbitrary mutual position in horizontal plane of longitudinal axes of measuring station and autonomous unmanned underwater vehicle |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN104679032B (en) | A kind of method for adjusting and communicating using the dynamic antenna of bank base base station and vessel position information | |
| KR101281630B1 (en) | Apparatus for dectecting underwater target and method thereof | |
| KR101740157B1 (en) | Optimal Search Position/Depth Determination Method using SONOBUOY | |
| CN102122993A (en) | Method and device of remote underwater acoustic communication | |
| CN104297727A (en) | Integrated method integrating underwater target positioning and remote control and telemetering data underwater acoustic network transmission | |
| RU2659299C1 (en) | Method and system of navigation of underwater objects | |
| Rahmati et al. | SSFB: Signal-space-frequency beamforming for underwater acoustic video transmission | |
| CN101471734B (en) | Multi-transmission multi-receive acoustic positioning network system and positioning method thereof | |
| CN111238568A (en) | Underwater communication detection integrated system | |
| Kebkal et al. | Long-baseline Hydro-acoustic positioning using D-MAC communication protocol | |
| RU2724300C1 (en) | Method of performing hydroacoustic communication between autonomous underwater vehicles | |
| CN104765039A (en) | Method for increasing passive sonar operating distance by means of shallow sound field airspace characteristics | |
| CN112684482B (en) | Underwater target detection system and method based on ocean unmanned platform | |
| RU2733085C1 (en) | Method of communication of underwater vehicle with aircraft | |
| Rice | Undersea networked acoustic communication and navigation for autonomous mine-countermeasure systems | |
| KR102167652B1 (en) | Underwater environmental monitoring system | |
| RU2649057C2 (en) | Compact universal underwater sonar device | |
| CN2571071Y (en) | Remote control buoy type radio communication repeater | |
| CN112235049A (en) | Communication system and method for diving, shipborne communicator and diving communicator | |
| RU97569U1 (en) | INTEGRATED ANTENNA DEVICE FOR AN AUTONOMOUS UNABILABLE UNDERWATER UNIT | |
| RU2656825C1 (en) | Underwater robotic-engineering system control method via the communication channel | |
| KR20090058974A (en) | Ocean wireless communication apparatus with sectored antenna structure and method thereof | |
| Van Walree et al. | UUV covert acoustic communications | |
| GB402123A (en) | Improvements in or relating to pressure wave transmitters and receivers incorporating magneto-strictive devices | |
| Green | Underwater acoustic communication and modem-based navigation aids |