RU2736231C1 - Способ определения распределения скорости звука - Google Patents
Способ определения распределения скорости звука Download PDFInfo
- Publication number
- RU2736231C1 RU2736231C1 RU2020110160A RU2020110160A RU2736231C1 RU 2736231 C1 RU2736231 C1 RU 2736231C1 RU 2020110160 A RU2020110160 A RU 2020110160A RU 2020110160 A RU2020110160 A RU 2020110160A RU 2736231 C1 RU2736231 C1 RU 2736231C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- auv
- auuv
- trajectory
- sound
- speed
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01H—MEASUREMENT OF MECHANICAL VIBRATIONS OR ULTRASONIC, SONIC OR INFRASONIC WAVES
- G01H5/00—Measuring propagation velocity of ultrasonic, sonic or infrasonic waves, e.g. of pressure waves
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Measurement Of Velocity Or Position Using Acoustic Or Ultrasonic Waves (AREA)
Abstract
Заявляемое изобретение относится к области гидроакустики, в частности к способам измерения скорости звука. Способ определения распределения скорости звука заключается в перемещении автономного необитаемого подводного аппарата (АНПА) в водной среде по программной траектории, периодическом измерении скорости звука, вычислении координаты АНПА в процессе перемещения и периодической передаче на пост управления накопленной АНПА информации. При этом для определения распределения скорости звука вдоль траектории акустического луча программную траекторию АНПА формируют по направлению зондирования гидролокатора (ГЛ), с помощью ГЛ осуществляют непрерывное гидролокационное наблюдение за перемещением АНПА, по изменению эхо-сигнала от АНПА производят коррекцию траектории движения, удерживая АНПА в пределах сектора обзора ГЛ, при этом передача на пост управления накопленной АНПА информации, ввод в АНПА команд управления для коррекции траектории движения осуществляют с использованием гидроакустического канала связи при нахождении АНПА в подводном положении. Технический результат реализации изобретения заключается в оперативном определении распределения скорости звука вдоль траектории акустического луча, в том числе в условиях арктических морей. 4 ил.
Description
Изобретение относится к области гидроакустики и может быть использовано для определения расстояния от антенны гидролокатора (ГЛ), предназначенного для обнаружения и сопровождения подводных объектов, например, подводных нарушителей, до обнаруженного объекта.
Расстояние до подводного объекта, находящегося в слоисто-неоднородной среде, вычисляется по времени запаздывания эхо-сигнала относительно момента излучения и средней скорости звука. Под средней скоростью звука понимается среднее значение скорости звука вдоль траектории акустического луча в пределах сектора обзора ГЛ на участке между антенной ГЛ и подводным объектом.
Для определения фактической средней скорости звука необходимо получить исходную информацию о существующем в данное время и в данном месте пространственном распределении скорости звука.
В настоящее время определение пространственной структуры поля скорости звука заключается в проведении совокупности измерений скорости звука по глубине в нескольких контрольных точках с последующим вычислением скорости звука в любой произвольной точке путем интерполяции результатов измерений. Количество контрольных точек подчинено задаче достижения возможно большей синхронности измерений по всему району предстоящих работ. Измерения проводятся с борта надводного судна и заключаются в погружении датчика скорости звука, обладающего отрицательной плавучестью.
Очевидно, что рассчитанная по таким данным средняя скорость звука, особенно для района работ, охватывающего мелководный шельфовый и глубоководный участки, может иметь погрешность больше допустимой, что обусловлено разностью гидрологических условий. Таким образом, поиск способов определения распределения скорости звука, обеспечивающих вычисление средней скорости звука, а соответственно и расстояния до подводного объекта, с допустимыми погрешностями, является важной задачей.
Известен способ определения распределения скорости звука, основанный на использовании явлений рассеяния звука в слоисто-неоднородной среде и отражения звука от дискретных рассеивателей, образующих звукорассеивающие слои (Комляков В.А. Корабельные средства измерения скорости звука и моделирования акустических полей в океане. - СПб.: Наука, 2003 г., стр. 104-107).
Этот способ предполагает узконаправленное излучение, прием рассеянных или отраженных сигналов антенной с узкой характеристикой направленности (ХН), сканируемой в вертикальной плоскости, или статическим веером узких ХН и определение значений скорости звука в областях пересечения соответствующих ХН по измеренным значениям скорости звука на горизонте излучения, временам запаздывания принятых сигналов относительно моментов излучения, углам наклона ХН и известному расстоянию между излучающей и приемной антеннами.
Недостатком данного способа является низкая надежность, обусловленная зависимостью результата определения от наличия неоднородных слоев или естественных рассеивателей в каждом из объемов жидкой среды, ограниченных ХН источника и приемника звуковых колебаний.
Наиболее близким к заявляемому изобретению по своему назначению, технической сущности и достигаемым результатам является способ определения распределения скорости звука с использованием океанологического сверхлегкого автономного необитаемого подводного аппарата (АНПА) (адреса сайтов в интернете http://www.valeport.co.uk и http://www.ecoSUB.uk).
Этот способ выполняется посредством системы, содержащей АНПА и пост управления, и предполагает перемещение АНПА в водной среде по программной траектории, периодическое измерение скорости звука, вычисление координат АНПА в процессе перемещения и передачу на пост управления накопленной АНПА информации с использованием радиоканала связи при нахождении АНПА в надводном положении, при этом программная траектория состоит из прямолинейных участков в заданном диапазоне глубин и напоминает зигзаг.
Способ-прототип обеспечивает возможность определения распределения скорости звука в заданном районе. Тем не менее, в задачах гидролокации он недостаточно эффективен, поскольку не позволяет оперативно определять распределение скорости звука вдоль траектории акустического луча. К недостаткам способа-прототипа также следует отнести необходимость периодического всплытия АНПА на открытой воде для информационного обмена, что в замерзающих морях практически не возможно.
Задача изобретения состоит в обеспечении вычисления средней скорости звука.
Технический результат реализации изобретения заключается в оперативном определении распределения скорости звука вдоль траектории акустического луча, в том числе в условиях арктических морей.
Для достижения технического результата в известный способ, в котором перемещают АНПА в водной среде по программной траектории, периодически измеряют скорость звука и вычисляют координаты АНПА в процессе перемещения, передают на пост управления накопленную АНПА информацию, введены новые признаки, а именно:
- для определения распределения скорости звука вдоль траектории акустического луча программную траекторию АНПА формируют по направлению зондирования ГЛ;
- с помощью ГЛ осуществляют непрерывное гидролокационное наблюдение за перемещением АНПА;
- по изменению эхо-сигнала от АНПА производят коррекцию траектории движения, удерживая АНПА в пределах сектора обзора ГЛ;
- при этом передача на пост управления накопленной АНПА информации, ввод в АНПА команд управления для коррекции траектории движения осуществляют с использованием гидроакустического канала связи при нахождении АНПА в подводном положении.
Использование гидролокационного наблюдения с возможностью изменения траектории АНПА при изменении траектории акустического луча позволяет оперативно определять распределение скорости звука вдоль траектории акустического луча, а применение гидроакустического канала связи обеспечивает передачу накопленной АНПА информации и команд управления без периодического всплытия АНПА, что актуально в условиях арктических морей.
Заявляемое изобретение поясняется фиг. 1-4.
На фиг. 1 изображена функциональная схема системы, реализующей заявляемое изобретение.
На фиг. 2 изображена общая схема реализации заявляемого изобретения с постом управления и постом наблюдения, размещенными совместно на подвижном плавсредстве - надводном судне, где 12 - надводное судно, 14 - программная траектория, 15 - гидроакустический канал связи, 16 - сектор обзора, 17 - фактическая траектория.
На фиг. 3 изображена общая схема реализации заявляемого изобретения с постом управления и постом наблюдения, размещенными совместно на неподвижном плавсредстве - морском гидротехническом сооружении 13.
На фиг. 4 изображен акустический луч в локальной системе координат (ЛСК) XYZ с центром в точке расположения антенны ГЛ, где 18 - акустический луч, R1…Ri - длины участков траектории акустического луча, в которых скорость звука постоянна (в пределах допустимой ошибки измерений).
Система (фиг. 1), реализующая заявляемое изобретение, содержит АНПА 1, пост 2 управления и пост 3 наблюдения, при этом АНПА 1 оборудован датчиком 4 скорости звука (ДСЗ), бортовой автономной навигационной системой (БАНС) 5, информационно-вычислительным устройством (ИВУ) 6 и первой системой 7 гидроакустической связи (СГС), пост 2 управления оборудован первым пультом 8 управления (ПУ) и второй СГС 9, пост 3 наблюдения оборудован вторым ПУ 10 и ГЛ 11, при этом пост 2 управления и пост 3 наблюдения могут совместно размещаться как на подвижном плавсредстве, например, надводном судне 12 (фиг. 2), так и на неподвижном плавсредстве, например, морском гидротехническом сооружении 13 (фиг. 3).
Заявляемое изобретение осуществляется с помощью системы (фиг. 1) следующим образом.
Производится зарядка аккумуляторной батареи АНПА 1. Используя первый ПУ 8 составляется программа-задание, включающая программную траекторию 14 (фиг. 2, 3), и вводится в АНПА 1. Программная траектория 14 формируется по направлению зондирования ГЛ 11.
После проверки функционирования систем АНПА 1 переводится в водную среду. С помощью БАНС 5 осуществляется обсервация АНПА 1 перед погружением в ЛСК (фиг. 4), выход АНПА 1 на программную траекторию 14 и движение по ней.
Одновременно с этим с помощью ГЛ 11 и второго ПУ 10 осуществляется непрерывное автоматизированное гидролокационное наблюдение за перемещением АНПА 1. По изменению эхо-сигнала от АНПА 1, с помощью первого ПУ 8, первой СГС 7 и второй СГС 9 осуществляется формирование и ввод в АНПА 1 по гидроакустическому каналу 15 связи команд управления, обеспечивающих коррекцию программной траектории 14 с целью удержания АНПА 1 в пределах сектора 16 обзора ГЛ 11 и обеспечения требуемого значения эхо-сигнала от АНПА 1.
Перемещаясь в пределах сектора 16 обзора ГЛ 11 и используя ДСЗ 4, БАНС 5 и ИВУ 6, АНПА 1 производит периодическое измерение скорости звука и вычисление координат АНПА 1 в ЛСК. Полученные результаты регистрируются в памяти ИВУ 6 и периодически по гидроакустическому каналу 15 связи, с использованием первой СГС 7 и второй СГС 9, пересылаются на первый ПУ 8, а затем передаются на второй ПУ 10, где осуществляется определение распределения скорости звука вдоль фактической траектории 17 АНПА 1, повторяющей траекторию акустического луча 18, в виде трехмерного массива - матрицы с элементами C(x, y, z). Индексы матрицы задают положение точки в водной среде в ЛСК, а значение соответствующего элемента матрицы задает измеренное значение скорости звука в этой точке.
Кроме того, во втором ПУ 10 может осуществляться определение участков траектории акустического луча 18, в которых скорость звука постоянна, и вычисление средней скорости звука по формуле
где Ci - скорость звука на i-ом участке акустического луча 18, м/с; Ri - длина i-го участка траектории акустического луча 18 с постоянной скоростью звука, м.
По окончании работы АНПА 1 в соответствии с программой-заданием возвращается в заданную точку и извлекается из водной среды.
Затем производится техническое обслуживание АНПА 1, включая зарядку аккумуляторной батареи и ввод очередной программы-задания, при необходимости.
Следует отметить, что при совместном размещении поста 2 управления и поста 3 наблюдения на подвижном плавсредстве, например, надводном судне 12, работа АНПА 1 происходит в дрейфе.
Кроме того, АНПА 1 движется равномерно с небольшой скоростью, что позволяет выполнить большое число измерений скорости звука вдоль траектории акустического луча 18 для обеспечения вычисления средней скорости звука с допустимой погрешностью.
Таким образом, заявляемое изобретение обеспечивает оперативное определение распределения скорости звука вдоль траектории акустического луча. Введение в систему поста наблюдения, первой и второй СГС позволяет решить поставленную задачу в условиях арктических морей без всплытия АНПА, и это позволяет считать, что технический результат достигнут.
Claims (1)
- Способ определения распределения скорости звука, в котором перемещают автономный необитаемый подводный аппарата (АНПА) в водной среде по программной траектории, периодически измеряют скорость звука, вычисляют координаты АНПА в процессе перемещения и периодически передают на пост управления накопленную АНПА информацию, отличающийся тем, что для определения распределения скорости звука вдоль траектории акустического луча программную траекторию АНПА формируют по направлению зондирования гидролокатора (ГЛ), с помощью ГЛ осуществляют непрерывное гидролокационное наблюдение за перемещением АНПА, по изменению эхо-сигнала от АНПА производят коррекцию траектории движения, удерживая АНПА в пределах сектора обзора ГЛ, при этом передача на пост управления накопленной АНПА информации, ввод в АНПА команд управления для коррекции траектории движения осуществляют с использованием гидроакустического канала связи при нахождении АНПА в подводном положении.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2020110160A RU2736231C1 (ru) | 2020-03-10 | 2020-03-10 | Способ определения распределения скорости звука |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2020110160A RU2736231C1 (ru) | 2020-03-10 | 2020-03-10 | Способ определения распределения скорости звука |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2736231C1 true RU2736231C1 (ru) | 2020-11-12 |
Family
ID=73460917
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2020110160A RU2736231C1 (ru) | 2020-03-10 | 2020-03-10 | Способ определения распределения скорости звука |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2736231C1 (ru) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2813634C1 (ru) * | 2023-05-25 | 2024-02-14 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт радиотехники и электроники им. В.А. Котельникова Российской академии наук | Способ обнаружения звукорассеивающих слоев в морях и океанах |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2581416C1 (ru) * | 2015-01-16 | 2016-04-20 | Акционерное Общество "Концерн "Океанприбор" | Способ измерения скорости звука |
RU2625716C1 (ru) * | 2016-09-08 | 2017-07-18 | Акционерное Общество "Концерн "Океанприбор" | Способ измерения скорости звука по трассе |
RU2687844C1 (ru) * | 2018-09-04 | 2019-05-16 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем морских технологий Дальневосточного отделения Российской академии наук (ИПМТ ДВО РАН) | Способ навигационно-информационной поддержки автономного необитаемого подводного аппарата большой автономности, совершающего протяженный подводный переход |
-
2020
- 2020-03-10 RU RU2020110160A patent/RU2736231C1/ru active
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2581416C1 (ru) * | 2015-01-16 | 2016-04-20 | Акционерное Общество "Концерн "Океанприбор" | Способ измерения скорости звука |
RU2625716C1 (ru) * | 2016-09-08 | 2017-07-18 | Акционерное Общество "Концерн "Океанприбор" | Способ измерения скорости звука по трассе |
RU2687844C1 (ru) * | 2018-09-04 | 2019-05-16 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем морских технологий Дальневосточного отделения Российской академии наук (ИПМТ ДВО РАН) | Способ навигационно-информационной поддержки автономного необитаемого подводного аппарата большой автономности, совершающего протяженный подводный переход |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
Матвиенко Ю.В., Борейко А.А., Костенко В.В. и др. Комплекс робототехнических средств для выполнения поисковых работ и обследования подводной инфраструктуры на шельфе // Подводные исследования и робототехника. 2015. N1. С.4-15. * |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2813634C1 (ru) * | 2023-05-25 | 2024-02-14 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт радиотехники и электроники им. В.А. Котельникова Российской академии наук | Способ обнаружения звукорассеивающих слоев в морях и океанах |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US4532617A (en) | System for locating a towed marine object | |
US6438071B1 (en) | Method for producing a 3D image | |
CN110319811B (zh) | 一种自适应波浪效应的水下单波束高精度探测系统及方法 | |
CN110703203A (zh) | 基于多声学波浪滑翔机的水下脉冲声定位系统 | |
NZ199066A (en) | Marine seismic streamer location | |
JPS60500383A (ja) | 海洋地震探査用水中聴音器ケ−ブルにおける装置 | |
CN109541546A (zh) | 一种基于tdoa的水下长基线声学定位方法 | |
CN110703202B (zh) | 基于多声学波浪滑翔机和水面无人艇的水下脉冲声定位系统 | |
RU2629916C1 (ru) | Способ и устройство определения начальных координат автономного необитаемого подводного аппарата | |
CN110187302A (zh) | 一种基于单信标的水下蛙人自导航方法 | |
Châtillon et al. | SAMI: A low-frequency prototype for mapping and imaging of the seabed by means of synthetic aperture | |
RU2303275C2 (ru) | Система определения координат подводных объектов | |
CN114910024A (zh) | 一种水下淤泥厚度探测方法及其系统 | |
RU2691217C1 (ru) | Способ позиционирования подводных объектов | |
RU2555479C2 (ru) | Способ высокоточного координирования подводного комплекса в условиях подледного плавания | |
RU2736231C1 (ru) | Способ определения распределения скорости звука | |
RU2529207C1 (ru) | Система навигации буксируемого подводного аппарата | |
JPH1020045A (ja) | 海底埋設物探査装置 | |
US20130077435A1 (en) | Methods and apparatus for streamer positioning during marine seismic exploration | |
Bjørnø | Developments in sonar technologies and their applications | |
CN113359182B (zh) | 一种深海热液喷口快速搜寻定位装置、方法及系统 | |
RU2789714C1 (ru) | Способ проверки точности навигации автономного необитаемого подводного аппарата | |
McCartney | Underwater acoustic positioning systems: state of the art and applications in deep water | |
CN216013634U (zh) | 一种水面活动平台用的水声接收器位置实时自校准装置 | |
RU2516602C1 (ru) | Способ определения глубины погружения объекта |