RU2740297C1 - Method for visualization of current condition of bottom topography during operation of dredger - Google Patents
Method for visualization of current condition of bottom topography during operation of dredger Download PDFInfo
- Publication number
- RU2740297C1 RU2740297C1 RU2020115931A RU2020115931A RU2740297C1 RU 2740297 C1 RU2740297 C1 RU 2740297C1 RU 2020115931 A RU2020115931 A RU 2020115931A RU 2020115931 A RU2020115931 A RU 2020115931A RU 2740297 C1 RU2740297 C1 RU 2740297C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- signal
- dredger
- points
- arrival
- rotation
- 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
- G01S15/88—Sonar systems specially adapted for specific applications
- G01S15/89—Sonar systems specially adapted for specific applications for mapping or imaging
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
- G01S3/00—Direction-finders for determining the direction from which infrasonic, sonic, ultrasonic, or electromagnetic waves, or particle emission, not having a directional significance, are being received
- G01S3/80—Direction-finders for determining the direction from which infrasonic, sonic, ultrasonic, or electromagnetic waves, or particle emission, not having a directional significance, are being received using ultrasonic, sonic or infrasonic waves
- G01S3/802—Systems for determining direction or deviation from predetermined direction
- G01S3/808—Systems for determining direction or deviation from predetermined direction using transducers spaced apart and measuring phase or time difference between signals therefrom, i.e. path-difference systems
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
- G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
- G01S7/52—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S15/00
Abstract
Description
Изобретение относится к области гидролокации, в частности, для оперативного контроля состояния дна в процессе дноуглубительных или добычных работ судна земснаряда. Изобретение позволяет работать в условиях водно-грунтовой взвеси, которая неизбежно сопровождает любые работы на дне, и для пользователя позволяет получать наглядную картину глубин дна в районе работы земснаряда с заданной для земляных работ на дне точностью (единицы сантиметров).The invention relates to the field of sonar, in particular, for operational monitoring of the state of the bottom in the process of dredging or mining operations of a dredger vessel. The invention makes it possible to work in the conditions of water-soil suspension, which inevitably accompanies any work on the bottom, and allows the user to obtain a clear picture of the depths of the bottom in the area of the dredger operation with the accuracy (units of centimeters) specified for earthwork at the bottom.
Земснаряды - суда технического флота, применяемые для подводной разработки и выемки грунта при дноуглубительных работах и в гидротехническом строительстве. Особенностью любых подводных разработок и выемок грунта является образование водно-грунтовой взвеси, которая мешает работе гидролокаторов, и во время работы земснарядов для определения текущей формы дна используется модельный способ, то есть считается, что там, где прошел рабочий инструмент земснаряда, нет грунта. Но при этом не учитываются осыпи краев ям и выпадающие из рабочего инструмента камни. Возможность провести промеры глубин появляется только через несколько дней после окончания работы земснаряда, и в случае оставленных “недокопов” их приходится исправлять, неся при этом затраты на перестановку и работу земснаряда либо штрафы.Dredgers are vessels of the technical fleet used for underwater development and excavation during dredging and in hydraulic engineering. A feature of any underwater development and excavation is the formation of water-soil suspension, which interferes with the operation of sonars, and during the operation of dredgers, a model method is used to determine the current shape of the bottom, that is, it is believed that where the working tool of the dredger has passed, there is no soil. But this does not take into account the debris of the edges of the pits and stones falling out of the working tool. The ability to measure depths appears only a few days after the end of the work of the dredger, and in the case of abandoned "under-dredges" they have to be corrected, while incurring the costs of rearranging and operating the dredger or fines.
Для повышения эффективности работы земснаряда необходимо в реальном времени во время работы земснаряда контролировать текущее состояние донной поверхности по глубине и видеть на дне оставленные камни, кочки и посторонние предметы. Оптические методы в мутной воде не позволяют видеть на расстояния более полуметра, электромагнитные дальномеры ограничены единицами метров, поэтому единственное физическое поле, подходящее для измерений - это гидроакустическое поле.To increase the efficiency of the dredger, it is necessary to monitor the current state of the bottom surface in depth in real time during the operation of the dredger and see left stones, bumps and foreign objects at the bottom. Optical methods in muddy water do not allow seeing at distances of more than half a meter, electromagnetic rangefinders are limited to units of meters, therefore the only physical field suitable for measurements is the hydroacoustic field.
Известны 2D обзорные гидролокаторы, например, Teledyne Blueview серии M900, они позволяют формировать плоское изображение, отображающее яркость отражения от объектов, расположенных в воде. Такие гидролокаторы являются аналогом сканирующего гидролокатора бокового обзора и не позволяют измерять глубину, так как измеряют только расстояние до отражающего объекта.Known 2D survey sonars, for example, Teledyne Blueview M900 series, they allow you to form a flat image displaying the brightness of the reflection from objects located in the water. Such sonars are analogous to side-scan sonar and do not allow depth measurements, since they only measure the distance to a reflecting object.
Известные системы формирования 3D изображений подводных объектов являются программным расширением многолучевых эхолотов, и они не могут работать в мутной воде - у них отсутствует критерий отличия границы вода-муть и муть-дно.The known systems for forming 3D images of underwater objects are a software extension of multi-beam echo sounders, and they cannot work in muddy water - they do not have a criterion for distinguishing between the water-turbidity and mud-bottom boundaries.
Известен патент RU2510045C2 (опубл. 20.03.2014, МПК G01S15/00) “Способ определения глубин акватории фазовым гидролокатором бокового обзора и фазовый гидролокатор бокового обзора для его осуществления”. В данном патенте предлагается излучение гидроакустического сигнала в сторону дна и прием отраженных сигналов в двух точках, расположенных по вертикали на заданном расстоянии, измерение времени задержки прихода синфазных сигналов, в результате чего для каждого отражающего подводного объекта определяется дистанция до него и направление, то есть относительные координаты. Для построения карты донной поверхности необходимо закрепить данный фазовый гидролокатор бокового обзора на судне и обеспечить движение судна вдоль измеряемой акватории. Недостатком данного решения является отсутствие способа определения карты глубин акватории с неподвижного судна и наличие ошибок определения глубин при работе в условиях водно-грунтовой взвеси.Known patent RU2510045C2 (publ. 03/20/2014, IPC G01S15 / 00) "A method for determining the depths of the water area with a side-looking phase sonar and a side-looking phase sonar for its implementation." This patent proposes emitting a hydroacoustic signal towards the bottom and receiving reflected signals at two points located vertically at a given distance, measuring the time delay of the arrival of in-phase signals, as a result of which the distance to it and the direction is determined for each reflecting underwater object, that is, the relative coordinates. To build a bottom surface map, it is necessary to fix this phase side-scan sonar on the vessel and ensure the movement of the vessel along the measured water area. The disadvantage of this solution is the lack of a method for determining the depth map of the water area from a stationary vessel and the presence of errors in determining the depths when working in conditions of water-soil suspension.
Наиболее близким прототипом является «Способ определения глубин в реальном масштабе времени при обследовании рельефа дна гидролокатором бокового обзора с последующим его восстановлением» (RU2521127С2, опубл. 27.06.2014 г., МПК G01S 15/89), включающий измерения времени задержки синфазных сигналов донной реверберации, принимаемых двумя антеннами, разнесенными по вертикали на несколько длин волн упругих колебаний, и разрешение неоднозначности измерений, вычисление глубин. Далее при каждом совпадении фаз интерферирующих сигналов регистрируют мгновенное значение частоты сигнала в нижнем канале, измеряют время запаздывания появления сигнала в верхнем канале с тем же значением мгновенной частоты, измеренное значение времени запаздывания умножают на значение рабочей частоты интерферометра, определяют порядковую нумерацию ряда измерений задержки прихода синфазных сигналов в период каждого зондирования в реальном масштабе времени. Глубины вычисляют, соответствующие каждой интерференционной полосе, а при последующем восстановлении рельефа дна по измеренным глубинам выполняют оценку репрезентативности (значимости) критических точек рельефа путем представления гладкой непрерывной поверхности рельефа дна деревом Кронрода-Риба.The closest prototype is "A method for determining depths in real time when examining the bottom topography with a side-scan sonar followed by its restoration" (RU2521127C2, publ. 06/27/2014, IPC G01S 15/89), including measuring the delay time of the in-phase signals of the bottom reverberation , received by two antennas, vertically spaced by several wavelengths of elastic vibrations, and resolution of measurement ambiguity, calculation of depths. Then, at each phase coincidence of the interfering signals, the instantaneous value of the signal frequency in the lower channel is recorded, the delay time of the appearance of the signal in the upper channel with the same instantaneous frequency is measured, the measured value of the delay time is multiplied by the value of the operating frequency of the interferometer, the ordinal numbering of a number of measurements of the arrival delay of in-phase signals during each sounding in real time. The depths are calculated corresponding to each interference fringe, and during the subsequent restoration of the bottom topography from the measured depths, the representativeness (significance) of critical topography points is assessed by representing a smooth continuous bottom topography surface with a Kronrod-Riba tree.
Преимуществом прототипа перед аналогами является возможность формирования гладкой непрерывной поверхности рельефа дна.The advantage of the prototype over analogues is the ability to form a smooth continuous surface of the bottom relief.
Недостатком прототипа является отсутствие фильтрации скачков плотности взвеси и, как следствие, наличие ошибок определения глубин при работе в условиях водно-грунтовой взвеси, создаваемой работающим земснарядом.The disadvantage of the prototype is the lack of filtration of the suspension density jumps and, as a consequence, the presence of errors in determining the depths when working in conditions of water-soil suspension created by a working dredger.
Техническим результатом изобретения является повышение эффективности оперативного контроля текущего состояния дна в рабочей зоне земснаряда при наличии водно-грунтовой смеси как во время работы земснаряда, так и после его остановки. Достигается это установкой антенны интерференционного гидролокатора бокового обзора на поворотную платформу ниже корпуса земснаряда с целью получения набора профилей сечения дна под земснарядом с различным азимутом, после чего пространственной фильтрации полученных эхосигналов для разделения отражений от дна и от неоднородностей в водной среде (водно-грунтовой взвеси) и построения гладкой поверхности дна.The technical result of the invention is to improve the efficiency of operational monitoring of the current state of the bottom in the working area of the dredger in the presence of a water-soil mixture both during the operation of the dredger and after it has stopped. This is achieved by installing a side-scan interference sonar antenna on a rotating platform below the dredger body in order to obtain a set of bottom cross-sectional profiles under the dredger with different azimuth, after which spatial filtering of the received echo signals to separate reflections from the bottom and from irregularities in the aquatic environment (water-soil suspension) and building a smooth bottom surface.
Известно, что амплитуда отраженного от неоднородностей среды сигнала имеет вид [1]:It is known that the amplitude of the signal reflected from medium inhomogeneities has the form [1]:
(1) (one)
гдеWhere
p(t) - давление на приемнике, p (t) - pressure at the receiver,
p 0 (t) - давление на излучателе, p 0 (t) - pressure on the radiator,
r - дистанция до объекта локации, r - distance to the location object,
m v - удельный коэффициент обратного отражения, зависящий от отражающего объема, размера частиц и частоты излучения, m v - specific coefficient of back reflection, depending on the reflecting volume, particle size and radiation frequency,
R A - характеристика направленности приемо-излучателя, R A is the directivity characteristic of the transceiver,
c - скорость звука в воде, c is the speed of sound in water,
τ - задержка по времени относительно посылки, τ is the time delay relative to the message,
R Э - эквивалентный радиус отражающего объекта, R Э - equivalent radius of the reflecting object,
β - коэффициент поглощения среды. β is the absorption coefficient of the medium.
Для того чтобы принять отраженный от дна сигнал необходимо:In order to receive the signal reflected from the bottom it is necessary:
- чтобы отражающий объект был много больше половины длины волны зондирующего сигнала (R Э >> c/f);- that the reflecting object was much greater than the half wavelength of the probe signal (R E >> c / f);
- чтобы проводящая сигнал среда была как можно менее поглощающей (параметр β как можно меньше).- so that the medium conducting the signal is as less absorbing as possible (parameter β is as small as possible).
При этом частота зондирующего сигнала снизу ограничена точностью локации (способностью обнаружить небольшие объекты на дне), а сверху - поглощающей способностью водно-грунтовой смеси. При размере частиц смеси менее 1 мм частота зондирующего сигнала должна быть 100...300 кГц при локации 20...75 метров от земснаряда. При этом стоит учитывать, что дальность локации также ограничена глубиной водоема и не может быть больше 5..7 глубин. Чем выше частота тем выше точность локации, но меньше дальность работы, чем ниже частота - наоборот, больше дальность работы гидролокатора, но ниже точность.In this case, the frequency of the sounding signal is limited from below by the location accuracy (the ability to detect small objects at the bottom), and from above by the absorbing capacity of the water-soil mixture. When the particle size of the mixture is less than 1 mm, the frequency of the probing signal should be 100 ... 300 kHz at a location of 20 ... 75 meters from the dredger. It should be borne in mind that the range of the location is also limited by the depth of the reservoir and cannot be more than 5..7 depths. The higher the frequency, the higher the location accuracy, but the shorter the operating range, the lower the frequency - on the contrary, the longer the sonar range, but the lower the accuracy.
Отраженный от неровностей дна сигнал попадает на приемные антенны так, чтобы приходящий с разных направлений сигнал приходил с разными задержками сигнала по времени. Для этого приемные антенны располагают на некотором расстоянии по вертикали, как показано на Фиг. 2.The signal reflected from the unevenness of the bottom hits the receiving antennas so that the signal arriving from different directions arrives with different signal time delays. For this, the receiving antennas are positioned at a certain vertical distance, as shown in FIG. 2.
Таким образом, принимаем два сигнала [2]:Thus, we receive two signals [2]:
, ,
То есть сигналы отличаются только задержкой прихода сигналов, зависящей от расстояния между приемными элементами, направления прихода и скорости звука в воде.That is, the signals differ only in the signal arrival delay, which depends on the distance between the receiving elements, the direction of arrival and the speed of sound in water.
При использовании тонального зондирующего сигнала (когда посылается ограниченный по времени синусоидальный сигнал) задержка прихода сигналов может быть выражена через разницу фаз двух принятых сигналов:When using a probe tone (when a time-limited sinusoidal signal is sent), the signal arrival delay can be expressed in terms of the phase difference of the two received signals:
. ...
Измерение разности фаз двух сигналов - типовая операция при цифровой обработке и аналитическом представлении сигналов (например, после преобразования Гильберта):Measuring the phase difference of two signals is a typical operation in digital processing and analytical presentation of signals (for example, after the Hilbert transform):
. ...
Отсюда вытекает требование к расположению приемных антенн - они должны располагаться на расстоянии не более половины длины волны принимаемого сигнала. При нарушении данного требования появляется неоднозначность пеленгования - появляется несколько направлений, разница фаз принимаемых сигналов с которых имеет одинаковое значение.Hence the requirement for the location of receiving antennas - they should be located at a distance of no more than half the wavelength of the received signal. If this requirement is violated, direction finding ambiguity appears - several directions appear, the phase difference of the received signals from which has the same value.
Посылаемый сигнал распространяется от излучающей антенны со скоростью звука в воде, и фронт волны движется через водно-грунтовую взвесь в сторону дна и вдоль него. Любая неоднородность как в водной среде, так и на дне формирует отраженный сигнал, распространяющийся во все стороны, в том числе в сторону приемных антенн. Таким образом, на приемные антенны приходит сумма большого числа отраженных от расположенных в разных точках пространства сигналов. Амплитуды сигналов, как было сказано, зависят от размера неоднородности (чем больше неоднородность тем сильнее сигнал), контраста (чем сильнее отличается плотность и скорость звука между материалами сгустка или граница воды-дна тем сильнее отражение). Поэтому можно считать, что каждое дискретное значение принятого сигнала, воспринимаемое как критическая точка, определяет дистанцию по задержке после посылки и направление прихода по разнице фаз между приемными элементами антенны, по которым можно вычислить глубину места и смещение от антенны.The sent signal propagates from the emitting antenna at the speed of sound in the water, and the wave front moves through the water-soil suspension towards the bottom and along it. Any inhomogeneity both in the aquatic environment and at the bottom forms a reflected signal that propagates in all directions, including towards the receiving antennas. Thus, the sum of a large number of signals reflected from different points in space comes to the receiving antennas. The amplitudes of the signals, as it was said, depend on the size of the inhomogeneity (the larger the inhomogeneity, the stronger the signal), contrast (the more the density and speed of sound between the materials of the bunch or the water-bottom boundary differ, the stronger the reflection). Therefore, we can assume that each discrete value of the received signal, perceived as a critical point, determines the distance in delay after sending and the direction of arrival from the phase difference between the receiving elements of the antenna, from which the depth of the location and the offset from the antenna can be calculated.
Так как величины дистанции и направления прихода критических точек не позволяют судить, какие из них более репрезентативные, относящиеся к поверхности дна, а какие нет, за исключением только точек с наибольшим значением минимума и максимума амплитуды. Для определения значимости критической точки поверхности в качестве подходящей основы воспользуемся широко используемым в зарубежной картографии понятием "топографической значимости" (topographic prominence) [5].Since the values of the distance and direction of arrival of critical points do not allow judging which of them are more representative, related to the bottom surface, and which are not, with the exception of only the points with the highest value of the minimum and maximum amplitude. To determine the significance of the critical point of the surface as a suitable basis, we will use the concept of "topographic prominence" widely used in foreign cartography [5].
Топографическая значимость - это перепад высот между вершиной и самой высокой седловой точкой, которая отделяет эту вершину от любой более высокой вершины. Но прямое использование этого понятия в наших целях невозможно, так как оно рассматривает только точки локальных максимумов и седловые точки, но не включает в рассмотрение точки локальных минимумов рельефа, и, оно не опирается на математические понятия, что не гарантирует отсутствие логических и алгоритмических ошибок. Последнее проявляется, например, в том, что определение топографической значимости не позволяет сделать однозначный выбор седловой точки, относительно которой отсчитывается высота вершины.Topographic significance is the height difference between a summit and the highest saddle point that separates that summit from any higher summit. But the direct use of this concept for our purposes is impossible, since it considers only the points of local maxima and saddle points, but does not include the points of local minima of the relief, and it does not rely on mathematical concepts, which does not guarantee the absence of logical and algorithmic errors. The latter is manifested, for example, in the fact that the determination of topographic significance does not allow making an unambiguous choice of the saddle point relative to which the height of the top is measured.
Предложенные в прототипе методы (поверхность Морса, дерево Кронрода-Риба) в условиях наличия водно-грунтовой взвеси оказываются неприменимы, так как не позволяют отсеивать “репрезентативные” критические точки от сгустков водно-грунтовой смеси, имеющие достаточно большую амплитуду отраженного сигнала, содержащие седловые точки, но не отображающие текущее состояние дна. Поэтому необходимо использовать дополнительную пространственную фильтрацию, отсеивающую критические точки, не относящиеся к поверхности дна и объектов на дне.The methods proposed in the prototype (Morse surface, Kronrod-Riba tree) in the presence of water-soil suspension are inapplicable, since they do not allow one to filter out “representative” critical points from clots of water-soil mixture, which have a sufficiently large amplitude of the reflected signal containing saddle points but not showing the current state of the bottom. Therefore, it is necessary to use additional spatial filtering to filter out critical points that are not related to the bottom surface and objects on the bottom.
Такой фильтрацией, обеспечивающей физически обоснованное разделение на точки, относящиеся к поверхности дна, и шумы является Калмановская фильтрация [3]. Но “обыкновенный” Калмановский фильтр (CKF) работает хорошо лишь в исключительных - так называемых хорошо обусловленных - задачах и расходится в большинстве практических задач. Необходим устойчивый и численно эффективный алгоритм пространственной фильтрации.Kalman filtration is such a filtration that provides a physically justified separation into points related to the bottom surface and noise [3]. But the “ordinary” Kalman filter (CKF) works well only in exceptional - so-called well-conditioned - problems and diverges in most practical problems. A robust and numerically efficient spatial filtering algorithm is required.
Явление расходимости теоретического алгоритма CKF породило поиски альтернатив, алгебраически эквивалентных CKF, но в вычислениях значительно более устойчивых.The phenomenon of divergence of the theoretical CKF algorithm gave rise to the search for alternatives that are algebraically equivalent to CKF, but much more stable in calculations.
Хорошо известно, что основная вычислительная нагрузка в фильтре Калмана приходится на итерации уравнения Риккати [4]. Чтобы сократить объем вычислений, Мартин Морф и Томас Кайлат [4] предложили совместить в одной ортогонализированной схеме вычислений этапы экстраполяции и обработки измерений фильтра, что сделало алгоритм устойчивым. В настоящее время появилась возможность использования параллельных вычислений, в результате чего данный алгоритм был переписан для представления в блочной форме, удобной для параллельных вычислений.It is well known that the main computational load in the Kalman filter falls on iterations of the Riccati equation [4]. To reduce the amount of computation, Martin Morph and Thomas Kailat [4] proposed to combine the stages of extrapolation and processing of filter measurements in one orthogonalized computation scheme, which made the algorithm stable. At present, the possibility of using parallel computations has appeared, as a result of which this algorithm has been rewritten to be presented in a block form, convenient for parallel computations.
В предлагаемом способе антенна поворачивается на заданный угол после каждого цикла зондирования, принимаемый сигнал на каждом цикле содержит последовательность критических точек, имеющих координату и глубину. Программа обрабатывает полученный набор критических точек описанным способом. Результаты вычислений каждого блока стыкуются в виде граничных условий, после чего вычисления повторяют. Количество итераций в таком подходе оказывается существенно меньше, чем при классическом способе вычислений, а результат алгебраически совпадает.In the proposed method, the antenna is rotated by a predetermined angle after each sounding cycle, the received signal at each cycle contains a sequence of critical points with a coordinate and depth. The program processes the obtained set of critical points in the described way. The calculation results for each block are joined in the form of boundary conditions, after which the calculations are repeated. The number of iterations in this approach turns out to be significantly less than in the classical method of calculations, and the result algebraically coincides.
Таким образом, оказывается возможным построить гладкую модель поверхности дна в районе работы земснаряда с заданной точностью даже в условиях водно-грунтовой взвеси с неподвижного или малоподвижного земснаряда. Это обеспечивает проведение оперативного контроля состояния дна в процессе дноуглубительных или добычных работ.Thus, it is possible to construct a smooth model of the bottom surface in the area of operation of the dredger with a given accuracy, even in conditions of water-soil suspension from a stationary or slow-moving dredger. This ensures operational monitoring of the seabed condition during dredging or mining operations.
Реализация предлагаемого способа представлена на чертежах:The implementation of the proposed method is shown in the drawings:
Фиг. 1 - структурная схема последовательности операций при реализации способа;FIG. 1 is a block diagram of the sequence of operations when implementing the method;
Фиг. 2 - пример расположения антенн относительно земснаряда.FIG. 2 is an example of the location of the antennas in relation to the dredger.
Способ визуализации текущего состояния рельефа дна при работе земснаряда осуществляется с использованием (фиг.1) генератора зондирующих импульсов 1, усилителя мощности 2, пьезоакустического излучателя 3, который может быть совмещен с приемником, набора пьезоакустических приемников 4, усилителей 5, аналогово-цифровых преобразователей 6, преобразователя Гильберта 7, блока выделения амплитуды и фазы сигнала 8, блока определения дистанции и направления прихода сигнала 9, блока пространственной фильтрации 10 и блока отображения 11. Блок 12 обеспечивает управление поворотом антенны.The method of visualizing the current state of the bottom relief during operation of the dredger is carried out using (Fig. 1) a
Способ работает следующим образом. The method works as follows.
Генератор зондирующих импульсов 1 формирует сигнал посылки, который проходит через усилитель мощности 2 и узконаправленный сигнал антенной 3 излучают в воду под земснарядом. Отраженные от неоднородностей на дне и в толще воды сигналы поступают на приемные элементы антенны 4, которых может быть 2 и более для однозначности пеленгования. Сигналы с приемных элементов поступают на усилители 5, АЦП 6, в цифровом виде преобразуются в аналитический вид с помощью блоков преобразователей Гильберта 7, в аналитическом сигнале выделяется амплитуда и фаза каждого сигнала 8. По разнице фаз между сигналами определяется направление прихода, а по времени после посылки определяется дистанция до отражающей неоднородности в блоке 9. Полученное облако точек, каждая точка со своей дистанцией и направлением прихода, поступают на блок пространственного фильтра 10, где отбрасываются ложные точки (шумы) и формируется модель поверхности дна, после чего полученный результат поступает в блок 11 для отображения и визуализации рельефа дна. После окончания обработки одного цикла зондирования поступает команда на блок 12 поворота антенны для следующего цикла зондирования. Количество циклов определяется размером сектора углов работы системы и требуемой точностью построения карты дна.The
Использование данного изобретения повышает эффективность дноуглубительных и добычных работ на земснарядах благодаря постоянному контролю качества производимых работ, что позволяет обойтись без простоев в процессе работы земснаряда из-за ожидания оседания взвеси, последующих промеров глубин и исправления недокопов, а также снижения избыточного углубления дна (багерского запаса). Применение недорогой и надежной антенны интерферометрического гидролокатора бокового обзора на поворотной платформе позволяет получить более точную и подробную карту поверхности дна, чем во много раз более дорогие многолучевые эхолоты.The use of this invention increases the efficiency of dredging and mining operations on dredgers due to constant monitoring of the quality of the work performed, which makes it possible to do without downtime during the operation of the dredger due to the expectation of suspension sedimentation, subsequent measurements of depths and correction of under-dredging, as well as reduction of excessive deepening of the bottom (dredge stock ). The use of an inexpensive and reliable side-scan interferometric sonar antenna on a turntable provides a more accurate and detailed map of the bottom surface than many times more expensive multibeam echo sounders.
Источники информации:Information sources:
1. Свердлин Г.М. Гидроакустические преобразователи и антенны. Учебник для техникумов (Ленинград: Издательство «Судостроение», 1980).1. Sverdlin G.M. Hydroacoustic transducers and antennas. Textbook for technical schools (Leningrad: Publishing House "Shipbuilding", 1980).
2. Малышкин Г.С. Оптимальные и адаптивные методы обработки гидроакустических сигналов. Том 1. Оптимальные методы - СПб.: Электроприбор, 2009. - 400 с.2. Malyshkin G.S. Optimal and adaptive methods for processing hydroacoustic signals.
3. Kalman R.E. A New Approach to Linear Filtering and Prediction Problems // ASME Journal of Basic Engineering, 1960, Vol. 82, pp. 34-45.3. Kalman R.E. A New Approach to Linear Filtering and Prediction Problems // ASME Journal of Basic Engineering, 1960, Vol. 82, pp. 34-45.
4. Lange A.A. Optimal Kalman Filtering for Ultra-Reliable Tracking, ESA CD-ROM WPP-237 // Atmospheric Remote Sensing Using Satellite Navigation Systems, Proceedings, Special Symposium of the URSI Joint Working Group FG, 13-15 October 2003, Matera, Italy.4. Lange A.A. Optimal Kalman Filtering for Ultra-Reliable Tracking, ESA CD-ROM WPP-237 // Atmospheric Remote Sensing Using Satellite Navigation Systems, Proceedings, Special Symposium of the URSI Joint Working Group FG, 13-15 October 2003, Matera, Italy.
5. Christopherson G.L. Using ARC/GRID to Calculate Topographic Prominence in an Archaeological Landscape. // Arc/INFO User Conference, 2003. - 15 pp. Podobnikar T. Method for Determination of the Mountain Peaks // 12th AGILE International Conference on Geographic Information Science, Leibniz Universitat Hannover, Germany,2009, p.1-8.5. Christopherson G.L. Using ARC / GRID to Calculate Topographic Prominence in an Archaeological Landscape. // Arc / INFO User Conference, 2003 .-- 15 pp. Podobnikar T. Method for Determination of the Mountain Peaks // 12th AGILE International Conference on Geographic Information Science, Leibniz Universitat Hannover, Germany, 2009, p. 1-8.
Claims (11)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2020115931A RU2740297C1 (en) | 2020-05-15 | 2020-05-15 | Method for visualization of current condition of bottom topography during operation of dredger |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2020115931A RU2740297C1 (en) | 2020-05-15 | 2020-05-15 | Method for visualization of current condition of bottom topography during operation of dredger |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2740297C1 true RU2740297C1 (en) | 2021-01-13 |
Family
ID=74183722
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2020115931A RU2740297C1 (en) | 2020-05-15 | 2020-05-15 | Method for visualization of current condition of bottom topography during operation of dredger |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2740297C1 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN112596061A (en) * | 2021-03-02 | 2021-04-02 | 南京梅里科斯科技有限公司 | 3D underwater acoustic wave scanning imaging method |
RU2814972C1 (en) * | 2023-06-19 | 2024-03-07 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Государственный университет морского и речного флота имени адмирала С.О. Макарова" | Device for detecting objects lifted by dredger during dredging operations |
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
GB1329829A (en) * | 1969-11-26 | 1973-09-12 | Emi Ltd | Sonar systems |
US3967233A (en) * | 1973-08-16 | 1976-06-29 | Etat Francais | Sonar system for classifying submerged objects |
US4586172A (en) * | 1982-04-23 | 1986-04-29 | Thomson-Csf | Adaptable filtering device and method for filtering sonar signals to remove reverberation signals due to vehicle speed and trim and the sea surface and sea bottom |
EP1089092A1 (en) * | 1999-10-01 | 2001-04-04 | Baggermaatschappij Boskalis B.V. | Method and apparatus for measuring physical parameters from the phase and amplitude histories of an acoustic signal |
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 |
RU167401U1 (en) * | 2016-08-01 | 2017-01-10 | Акционерное общество "Научно-исследовательский институт Приборостроения имени В.В. Тихомирова" | Side-View Interferometric Sonar |
-
2020
- 2020-05-15 RU RU2020115931A patent/RU2740297C1/en active
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
GB1329829A (en) * | 1969-11-26 | 1973-09-12 | Emi Ltd | Sonar systems |
US3967233A (en) * | 1973-08-16 | 1976-06-29 | Etat Francais | Sonar system for classifying submerged objects |
US4586172A (en) * | 1982-04-23 | 1986-04-29 | Thomson-Csf | Adaptable filtering device and method for filtering sonar signals to remove reverberation signals due to vehicle speed and trim and the sea surface and sea bottom |
EP1089092A1 (en) * | 1999-10-01 | 2001-04-04 | Baggermaatschappij Boskalis B.V. | Method and apparatus for measuring physical parameters from the phase and amplitude histories of an acoustic signal |
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 |
RU167401U1 (en) * | 2016-08-01 | 2017-01-10 | Акционерное общество "Научно-исследовательский институт Приборостроения имени В.В. Тихомирова" | Side-View Interferometric Sonar |
Non-Patent Citations (3)
Title |
---|
ГОСТ Р 8.777-2011, Группа Т86.5 Государственная система обеспечения единства измерений, Дисперсный состав аэрозолей и взвесей, Определение размеров частиц по дифракции лазерного излучения, дата введения 2013-01-01. * |
Интерферометрический гидролокатор H4i3, ООО Экран, 02 Февраля 2020, найдено на http://hydrasonars.ru/products/measuring-sonar-systems/interferometric-side-scan-sonar-h4i3, подтверждено Web архивом на https://web.archive.org/web/ 20200202151121/http://hydrasonars.ru/products/measuring-sonar-systems/interferometric-side-scan-sonar-h4i3. * |
Интерферометрический гидролокатор H4i3, ООО Экран, 02 Февраля 2020, найдено на http://hydrasonars.ru/products/measuring-sonar-systems/interferometric-side-scan-sonar-h4i3, подтверждено Web архивом на https://web.archive.org/web/ 20200202151121/http://hydrasonars.ru/products/measuring-sonar-systems/interferometric-side-scan-sonar-h4i3. EP 1089092 A1 - 2001-04-04. ГОСТ Р 8.777-2011, Группа Т86.5 Государственная система обеспечения единства измерений, Дисперсный состав аэрозолей и взвесей, Определение размеров частиц по дифракции лазерного излучения, дата введения 2013-01-01. RU 2519269 C1 - 2014-06-10. RU 167401 U1 - 2017-01-10. GB 1329829 A - 1973-09-12. US 3967233 A - 1976-06-29. US 4586172 A - 1986-04-29. * |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN112596061A (en) * | 2021-03-02 | 2021-04-02 | 南京梅里科斯科技有限公司 | 3D underwater acoustic wave scanning imaging method |
RU2814972C1 (en) * | 2023-06-19 | 2024-03-07 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Государственный университет морского и речного флота имени адмирала С.О. Макарова" | Device for detecting objects lifted by dredger during dredging operations |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US4532617A (en) | System for locating a towed marine object | |
US6438071B1 (en) | Method for producing a 3D image | |
KR101294493B1 (en) | Method and device for measuring a contour of the ground | |
RU2590933C1 (en) | Device for obtaining information on noisy object in sea | |
RU2010109969A (en) | METHOD FOR SHOOTING AQUATORIA BOTTOM RELIEF AND DEVICE FOR ITS IMPLEMENTATION | |
RU2012153734A (en) | METHOD FOR SHOOTING AQUATORIA BOTTOM RELIEF AND DEVICE FOR SHOOTING AQUATORIA BOTTOM RELIEF | |
RU2461845C1 (en) | Hydroacoustic system for imaging underwater space | |
RU2009110868A (en) | METHOD FOR SHOOTING AQUATORIA BOTTOM RELIEF AND DEVICE FOR ITS IMPLEMENTATION | |
RU2608301C2 (en) | System and method for 3d examination of sea bottom for engineering survey | |
RU2451300C1 (en) | Hydroacoustic navigation system | |
RU2740297C1 (en) | Method for visualization of current condition of bottom topography during operation of dredger | |
CN110907937B (en) | Buried object synthetic aperture three-dimensional imaging method based on T-shaped array | |
US20220236437A1 (en) | Method and system for determining top and bottom depth of an under water mud layer | |
RU2424538C1 (en) | Method of searching for mineral deposits using submarine geophysical vessel | |
KR101331333B1 (en) | Method and device for measuring a profile of the ground | |
EA035249B1 (en) | Detection system and method to check the position of a pipeline in a bed of a body of water | |
RU2510608C1 (en) | Method of measuring thickness of ice from underwater vehicle | |
CN115308800A (en) | Method for positioning ocean bottom seismograph by utilizing ocean bottom reflected wave travel time and topographic data and processing terminal | |
RU166051U1 (en) | CORRELATION LAG | |
RU2510045C2 (en) | Side-scanning phase sonar | |
JP6922262B2 (en) | Sonar image processing device, sonar image processing method and sonar image processing program | |
KR20100130537A (en) | Method of calculating underwater sediment distribution database | |
CN112596061A (en) | 3D underwater acoustic wave scanning imaging method | |
RU2018145186A (en) | A method of restoring the topography of the seabed when measuring depths using hydroacoustic means installed on moving marine objects and a device for its implementation | |
RU98254U1 (en) | MULTI-FREQUENCY CORRELATION HYDROACOUSTIC LAG |