RU2757328C1 - Device for detecting and tracking a metal-containing extended underwater object from an autonomous unmanned underwater vehicle - Google Patents

Device for detecting and tracking a metal-containing extended underwater object from an autonomous unmanned underwater vehicle Download PDF

Info

Publication number
RU2757328C1
RU2757328C1 RU2021108666A RU2021108666A RU2757328C1 RU 2757328 C1 RU2757328 C1 RU 2757328C1 RU 2021108666 A RU2021108666 A RU 2021108666A RU 2021108666 A RU2021108666 A RU 2021108666A RU 2757328 C1 RU2757328 C1 RU 2757328C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
input
output
control
vub
unit
Prior art date
Application number
RU2021108666A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Владимир Александрович Герасимов
Аркадий Викторович Телешев
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем морских технологий Дальневосточного отделения Российской академии наук (ИПМТ ДВО РАН)
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 учреждение науки Институт проблем морских технологий Дальневосточного отделения Российской академии наук (ИПМТ ДВО РАН) filed Critical Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем морских технологий Дальневосточного отделения Российской академии наук (ИПМТ ДВО РАН)
Priority to RU2021108666A priority Critical patent/RU2757328C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2757328C1 publication Critical patent/RU2757328C1/en

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01V—GEOPHYSICS; GRAVITATIONAL MEASUREMENTS; DETECTING MASSES OR OBJECTS; TAGS
    • G01V3/00—Electric or magnetic prospecting or detecting; Measuring magnetic field characteristics of the earth, e.g. declination, deviation
    • G01V3/08—Electric or magnetic prospecting or detecting; Measuring magnetic field characteristics of the earth, e.g. declination, deviation operating with magnetic or electric fields produced or modified by objects or geological structures or by detecting devices

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Geology (AREA)
  • General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Geophysics (AREA)
  • Geophysics And Detection Of Objects (AREA)

Abstract

FIELD: electromagnetic research.
SUBSTANCE: invention relates to the field of electromagnetic research. A device for detecting and tracking a metal-containing extended underwater object from the UUV contains two electromagnetic field emitters, each of which is made in the form of two exciting current electrodes installed in the bow and aft parts of the UUV, two electromagnetic field receivers in the form of four receiving electrodes. The device also contains a control and signal conversion unit (CSCU), compensation unit, controlled attenuator, current measuring transducer and controlled signal normalizer unit. A controllable attenuator and a measuring current transducer connected in series are included in the disconnection between the output of the alternating voltage generator and the input of the first switch. The signal normalizer unit is connected between the outputs of the receiving electrodes and through the second switch with an input (CSCU). The device has a second controllable attenuator connected between the output of the compensation unit and the input of the analog-to-digital converter. The control to the first and second attenuators, as well as to the signal normalizer, comes from separate outputs of the CSCU.
EFFECT: increasing the reliability, reliability of detection, as well as the accuracy of tracking an extended underwater metal-containing object using an UUV.
1 cl, 4 dwg

Description

Изобретение относится к области электромагнитных исследований и может быть использовано преимущественно для поиска, обнаружения и отслеживания подводных протяженных металлосодержащих объектов, в том числе и заиленных в донный грунт, например, подводных трубопроводов, подводных кабелей и т.п. с борта подводной поисковой установки.The invention relates to the field of electromagnetic research and can be used primarily for searching, detecting and tracking underwater extended metal-containing objects, including those silted into the bottom soil, for example, underwater pipelines, underwater cables, etc. from aboard an underwater search facility.

Известно устройство для обнаружения и отслеживания металлосодержащего протяженного подводного объекта с борта подводной поисковой установки, содержащее блок управления и излучатель электромагнитного поля, выполненный в виде двух возбуждающих токовых электродов, установленных в носовой и кормовой частях подводной поисковой установки (Патент США, №5430380, МПК 6G01V 3/03, G01V 3/04, G01V 3/06, G01V 3/08, 1995 г.).A device for detecting and tracking a metal-containing extended underwater object from an underwater search facility is known, containing a control unit and an electromagnetic field emitter made in the form of two exciting current electrodes installed in the bow and aft parts of the underwater search facility (US Patent No. 5430380, IPC 6G01V 3/03, G01V 3/04, G01V 3/06, G01V 3/08, 1995).

Основным недостатком этого устройства является сложность определения положения подводной поисковой установки относительно металлосодержащего протяженного подводного объекта, для чего требуется многократное прохождение поисковой установки над объектом под разными углами.The main disadvantage of this device is the difficulty in determining the position of the underwater search apparatus relative to the metal-containing extended underwater object, which requires multiple passage of the search apparatus over the object at different angles.

Известно устройство для обнаружения и отслеживания металлосодержащего протяженного подводного объекта с борта подводной поисковой установки (Патент РФ 2672775 МПК G01V 3/08 (2006/01), опуб. 19.11.2018 Бюл. №32), наиболее близкое по своей технической сущности и по достигаемому результату к заявляемому устройству и принятое в качестве прототипа.A known device for detecting and tracking a metal-containing extended underwater object from the board of an underwater search installation (RF Patent 2672775 IPC G01V 3/08 (2006/01), publ. 19.11.2018 Bull. No. 32), the closest in its technical essence and achievable the result to the claimed device and adopted as a prototype.

Известное устройство содержит два излучателя электромагнитного поля, каждый из которых выполнен в виде двух возбуждающих токовых электродов, установленных в носовой и кормовой частях АНПА, два приемника электромагнитного поля в виде четырех приемных электродов, генератор переменного напряжения, два коммутатора, а также блок управления и преобразования сигналов (БУПС), при этом возбуждающие электроды подключены к выходам первого коммутатора, выход второго коммутатора соединен с первым входом БУПС, выход генератора переменного напряжения соединен со вторым входом БУПС, первый выход БУПС подключен на управляющие входы первого и второго коммутаторов, а второй выход БУПС соединен с задающим входом генератора переменного напряжения. БУПС состоит из блока компенсации, двухканального аналого-цифрового преобразователя (АЦП), вычислительно-управляющего блока (ВУБ), двухканального цифро-аналогового преобразователя (ЦАП), первого (ФНЧ1) и второго (фнч2) фильтров низких частот, порта последовательной связи (ППС) и информационного канала. Выход первого канала ЦАП через ФНЧ2 подключен ко второму входу блока компенсации, выход второго канала ЦАП соединен с входом ФНЧ1, выход которого является вторым выходом БУПС, управляющий выход ВУБ является первым выходом БУПС, первый вход блока компенсации является первым входом БУПС, а вход второго канала АЦП является вторым входом БУПС. Вход первого канала АЦП соединен с выходом блока компенсации, при этом через информационный канал организована связь ВУБ с выходами АЦП, с портом последовательной связи, а также с входами ЦАП, причем первый и второй каналы АЦП идентичны и имеют общие цепи синхронизации и управления, первый и второй каналы ЦАП также идентичны и имеют общие цепи синхронизации и управления, а тактовый выход АЦП соединен с входом прерывания ВУБ, кроме этого порт последовательной связи через канал обмена связан с системой управления движением АНПА. Возбуждающие токовые электроды расположены в горизонтальной плоскости АНПА таким образом, что образуемые ими два электрических диполя повернуты в разные стороны относительно продольной вертикальной осевой плоскости подводной поисковой установки на одинаковый угол, а приемные электроды расположены на АНПА так, что образуемые ими два приемных диполя повернуты в разные стороны относительно поперечной вертикальной осевой плоскости АНПА. Известное устройство содержит также управляемый аттенюатор, измерительный преобразователь тока и блок нормализатора сигналов с управляемым коэффициентом усиления, кроме этого вычислительно-управляющий блок (ВУБ) содержит второй управляющий выход и второй вход, которые являются третьим выходом БУПС и третьим входом БУПС соответственно. Последовательно соединенные управляемый аттенюатор и измерительный преобразователь тока включены в разрыв связи между выходом генератора переменного напряжения и входом первого коммутатора, управляющий вход аттенюатора соединен с третьим выходом БУПС, выход измерительного преобразователя тока соединен с третьим входом БУПС, приемные электроды соединены с входами блока нормализатора сигналов, а его выходы последовательно через второй коммутатор, первый вход БУПС и информационный канал связаны с ВУБ, при этом управляющий вход блока нормализатора сигналов подсоединен к первому выходу БУПС.The known device contains two emitters of the electromagnetic field, each of which is made in the form of two exciting current electrodes installed in the bow and stern parts of the AUV, two receivers of the electromagnetic field in the form of four receiving electrodes, an alternating voltage generator, two switches, as well as a control and conversion unit signals (CUPS), while the exciting electrodes are connected to the outputs of the first switch, the output of the second switch is connected to the first input of the CUPS, the output of the alternating voltage generator is connected to the second input of the CUPS, the first output of the CUPS is connected to the control inputs of the first and second switches, and the second output of the CUPS connected to the master input of the alternating voltage generator. BUPS consists of a compensation unit, a two-channel analog-to-digital converter (ADC), a computational and control unit (VUB), a two-channel digital-to-analog converter (DAC), the first (LPF1) and second (LPF2) low-pass filters, a serial communication port (PPS ) and information channel. The output of the first channel of the DAC through LPF2 is connected to the second input of the compensation unit, the output of the second channel of the DAC is connected to the input of the LPF1, the output of which is the second output of the BOPS, the control output of the VUB is the first output of the BOPS, the first input of the compensation unit is the first input of the BOPS, and the input of the second channel The ADC is the second input of the BUPS. The input of the first channel of the ADC is connected to the output of the compensation unit, while through the information channel the VUB is connected with the outputs of the ADC, with the serial communication port, as well as with the inputs of the DAC, and the first and second channels of the ADC are identical and have common synchronization and control circuits, the first and the second DAC channels are also identical and have common synchronization and control circuits, and the ADC clock output is connected to the VUB interrupt input, in addition, the serial communication port through the exchange channel is connected to the AUV motion control system. The exciting current electrodes are located in the horizontal plane of the AUV in such a way that the two electric dipoles they form are turned in different directions relative to the longitudinal vertical axial plane of the underwater search unit by the same angle, and the receiving electrodes are located on the AUV so that the two receiving dipoles they form are turned in different directions. sides relative to the transverse vertical axial plane of the AUV. The known device also contains a controllable attenuator, a current measuring transducer and a signal normalizer unit with a controllable gain, in addition, the computational and control unit (VUB) contains a second control output and a second input, which are the third output of the CCD and the third input of the CCD, respectively. A serially connected controlled attenuator and a current measuring transducer are included in the break in the connection between the output of the alternating voltage generator and the input of the first switch, the control input of the attenuator is connected to the third output of the BOPS, the output of the measuring current transducer is connected to the third input of the CCD, the receiving electrodes are connected to the inputs of the signal normalizer unit, and its outputs are sequentially through the second switch, the first input of the BOPS and the information channel are connected to the CUB, while the control input of the signal normalizer unit is connected to the first output of the BOPS.

Известное устройство имеет следующие недостатки. The known device has the following disadvantages.

Первый из них определяется тем, что цифровая шина с первого выхода ВУБ является общей для блока нормализатора сигнала, а также для первого и для второго коммутаторов. Управление этими блоками сопровождается заданием соответствующего адреса блока, т. е. имеет место последовательное поочередное управление. Это обстоятельство вносит временное смещение в процесс синхронизации двух сигналов: входного сигнала блока компенсации, который поступает на его первый вход с выхода блока нормализатора через второй коммутатор и сигнала компенсирующего, который поступает на второй вход блока компенсации от ВУБ через информационный канал и далее последовательно через ЦАП и ФНЧ2. Указанное временное смещение приводит к возникновению сигналов помехи и к ошибке компенсации. Эта ошибка может быть не постоянной, что затрудняет ее учет и, в конечном итоге, увеличивает погрешность определения на грунте металлосодержащего объекта.The first of them is determined by the fact that the digital bus from the first VUB output is common for the signal normalizer unit, as well as for the first and second switches. The control of these blocks is accompanied by the setting of the corresponding block address, i.e., there is a sequential alternate control. This circumstance introduces a time shift in the synchronization process of two signals: the input signal of the compensation unit, which is fed to its first input from the output of the normalizer unit through the second switch, and the compensating signal, which is fed to the second input of the compensation unit from the VUB through the information channel and then sequentially through the DAC and LPF2. The specified time offset results in interference signals and compensation error. This error may not be constant, which complicates its accounting and, ultimately, increases the error in determining a metal-containing object on the ground.

Второй недостаток известного устройства связан с тем, что обработка сигналов от приемных электродов и управление коэффициентами усиления нормализатора выполняется под контролем сохранения линейного режима всего тракта преобразования, состоящего из последовательно соединенных нормализатора сигналов, второго коммутатора и блока компенсации. Контроль линейности вместе с обеспечением максимально возможных значений выходных сигналов осуществляется по амплитуде сигнала на выходе блока компенсации при отключенном с его второго входа компенсирующего сигнала с учетом возможного прогнозируемого максимального увеличения выходного сигнала тракта преобразования при обнаружении металлосодержащего объекта. При отсутствии этого объекта выходной сигнал блока компенсации является фоновым, который и подлежит компенсации. Установленные при этом значения коэффициентов усиления в тракте преобразования являются постоянными для конкретных условий работы, таких как геометрия подводного носителя, неточность установки приемных электродов, свойства морской воды в районе работы, электрические характеристики грунта, возможное наличие каких-либо посторонних предметов на грунте и др. Подключение компенсирующего сигнала на второй вход блока компенсации уменьшает фоновый сигнал до нуля. Таким образом, поскольку в блоке компенсации осуществляется вычитание фонового сигнала из полного сигнала, по прогнозируемому максимальному значению которого определялись условия линейности режима преобразования, полезный сигнал в скомпенсированном устройстве при обнаружении металлосодержащего объекта будет гарантированно в линейной зоне, причем с недоиспользованием линейного диапазона. Как известно, чем меньше значение сигнала на входе АЦП, тем больше ошибка дискретизации. Иначе, полученное малое значение полезного сигнала по отношению к максимально возможному из условия использования полного линейного диапазона увеличивает ошибку дискретизации АЦП, на вход которого поступает этот сигнал. Это, в конечном итоге, также увеличивает погрешность определения на грунте металлосодержащего объекта.The second drawback of the known device is associated with the fact that the processing of signals from the receiving electrodes and the control of the normalizer gains are performed under the control of maintaining the linear mode of the entire conversion path, consisting of a serially connected signal normalizer, a second switch and a compensation unit. Linearity control along with ensuring the maximum possible values of the output signals is carried out by the amplitude of the signal at the output of the compensation unit when the compensating signal is disconnected from its second input, taking into account the possible predicted maximum increase in the output signal of the conversion path when a metal-containing object is detected. In the absence of this object, the output signal of the compensation unit is background, which is subject to compensation. The values of the amplification factors in the conversion path established in this case are constant for specific operating conditions, such as the geometry of the underwater carrier, the inaccuracy of the installation of the receiving electrodes, the properties of sea water in the area of operation, the electrical characteristics of the soil, the possible presence of any foreign objects on the ground, etc. Connecting a compensating signal to the second input of the compensation unit reduces the background signal to zero. Thus, since the compensation unit subtracts the background signal from the total signal, according to the predicted maximum value of which the linearity conditions of the conversion mode were determined, the useful signal in the compensated device upon detection of a metal-containing object will be guaranteed in the linear zone, and with underutilization of the linear range. As you know, the smaller the value of the signal at the ADC input, the larger the sampling error. Otherwise, the obtained small value of the useful signal in relation to the maximum possible from the condition of using the full linear range increases the sampling error of the ADC, to the input of which this signal is supplied. This, ultimately, also increases the error in determining the metal-containing object on the ground.

Задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является повышение достоверности обнаружения и точности отслеживания протяженного подводного металлосодержащего объекта с помощью подводной поисковой установки, преимущественно автономного необитаемого подводного аппарата (АНПА) в условиях возможного изменения электрических характеристик окружающей подводной среды.The problem to be solved by the present invention is to improve the reliability of detection and tracking accuracy of an extended underwater metal-containing object using an underwater search unit, mainly an autonomous unmanned underwater vehicle (AUV) under conditions of a possible change in the electrical characteristics of the surrounding underwater environment.

Поставленная задача достигается тем, что в устройство для обнаружения и отслеживания металлосодержащего протяженного подводного объекта, содержащее два излучателя электромагнитного поля, каждый из которых выполнен в виде двух возбуждающих токовых электродов, установленных в носовой и кормовой частях АНПА, два приемника электромагнитного поля в виде четырех приемных электродов, генератор переменного напряжения, два коммутатора, управляемый аттенюатор, измерительный преобразователь тока, блок нормализатора сигналов с управляемым коэффициентом усиления, а также блок управления и преобразования сигналов (БУПС), при этом возбуждающие электроды через первый коммутатор, измерительный преобразователь тока и управляемый аттенюатор подключены к выходу генератора переменного напряжения, выход второго коммутатора соединен с первым входом БУПС, выход генератора переменного напряжения соединен со вторым входом БУПС, первый выход БУПС подключен на управляющий вход первого коммутатора, а второй выход БУПС соединен с задающим входом генератора переменного напряжения, БУПС состоит из блока компенсации, двухканального аналого-цифрового преобразователя (АЦП), вычислительно-управляющего блока (ВУБ), двухканального цифро-аналогового преобразователя (ЦАП), первого (ФНЧ1) и второго (фнч2) фильтров низких частот, порта последовательной связи (ППС) и информационного канала, при этом выход первого канала ЦАП через ФНЧ2 подключен ко второму входу блока компенсации, выход второго канала ЦАП соединен с входом ФНЧ1, выход которого является вторым выходом БУПС, управляющий выход ВУБ является первым выходом БУПС, первый вход блока компенсации является первым входом БУПС, а вход второго канала АЦП является вторым входом БУПС, при этом через информационный канал организована связь ВУБ с выходами АЦП, с портом последовательной связи, а также с входами ЦАП, причем первый и второй каналы АЦП идентичны и имеют общие цепи синхронизации и управления, первый и второй каналы ЦАП также идентичны и имеют общие цепи синхронизации и управления, а тактовый выход АЦП соединен с входом прерывания ВУБ, кроме этого порт последовательной связи через канал обмена связан с системой управления движением АНПА, возбуждающие токовые электроды расположены в горизонтальной плоскости АНПА таким образом, что образуемые ими два электрических диполя повернуты в разные стороны относительно продольной вертикальной осевой плоскости подводной поисковой установки на одинаковый угол, а приемные электроды расположены на АНПА так, что образуемые ими два приемных диполя повернуты в разные стороны относительно поперечной вертикальной осевой плоскости АНПА, вычислительно-управляющий блок (ВУБ) содержит второй управляющий выход и второй вход, которые являются третьим выходом БУПС и третьим входом БУПС соответственно, управляющий вход аттенюатора соединен с третьим выходом БУПС, выход измерительного преобразователя тока соединен с третьим входом БУПС, приемные электроды соединены с входами блока нормализатора сигналов, а его выходы последовательно через второй коммутатор, первый вход БУПС и информационный канал связаны с ВУБ, дополнительно введены второй управляемый аттенюатор, а также два управляющих выхода в ВУБ, которые являются четвертым и пятым выходом БУПС, при этом второй управляемый аттенюатор включен в линию связи между выходом блока компенсации и первым входом двухканального АЦП, управляющий вход второго управляемого аттенюатора через информационный канал связан с ВУБ, управляющий вход блока нормализатора сигналов соединен с четвертым выходом БУПС, а управляющий вход второго коммутатора соединен с пятым выходом БУПС.The task is achieved by the fact that the device for detecting and tracking a metal-containing extended underwater object, containing two emitters of the electromagnetic field, each of which is made in the form of two exciting current electrodes installed in the bow and stern parts of the AUV, two receivers of the electromagnetic field in the form of four receiving electrodes, an alternating voltage generator, two commutators, a controlled attenuator, a current measuring transducer, a signal normalizer unit with a controlled gain, as well as a control and signal conversion unit (CCU), while the exciting electrodes are connected through the first switch, a current measuring transducer and a controlled attenuator to the output of the AC voltage generator, the output of the second switch is connected to the first input of the ACU, the output of the AC voltage generator is connected to the second input of the ACU, the first output of the ACU is connected to the control input of the first switch, and the second output BUPS is connected to the master input of the alternating voltage generator, the BUPS consists of a compensation unit, a two-channel analog-to-digital converter (ADC), a computational and control unit (VUB), a two-channel digital-to-analog converter (DAC), the first (LPF1) and the second (LPF2) low-pass filters, a serial communication port (SPS) and an information channel, while the output of the first DAC channel through LPF2 is connected to the second input of the compensation unit, the output of the second DAC channel is connected to the input of LPF1, the output of which is the second output of the BPS, the control output of the VUB is the first the output of the BOPS, the first input of the compensation unit is the first input of the BOPS, and the input of the second channel of the ADC is the second input of the BOPS, while the VUB connection with the ADC outputs, with the serial communication port, and also with the DAC inputs is organized through the information channel, with the first and second channels ADCs are identical and have common synchronization and control circuits, the first and second DAC channels are also identical and have common synchronization and control circuits, and the clock output of the ADC is connected to the interrupt input of the VUB, in addition, the serial communication port through the exchange channel is connected to the motion control system of the AUV, the exciting current electrodes are located in the horizontal plane of the AUV in such a way that the two electric dipoles they form are turned into different sides relative to the longitudinal vertical axial plane of the underwater search facility at the same angle, and the receiving electrodes are located on the AUV so that the two receiving dipoles formed by them are turned in different directions relative to the transverse vertical axial plane of the AUV, the computational and control unit (VUB) contains a second control output and the second input, which are the third output of the BUPS and the third input of the BUPS, respectively, the control input of the attenuator is connected to the third output of the BUPS, the output of the current measuring transducer is connected to the third input of the BUPS, the receiving electrodes are connected to the inputs of the signal normalizer unit, and e its outputs are sequentially through the second switch, the first input of the BOOS and the information channel are connected to the VUB, a second controlled attenuator is additionally introduced, as well as two control outputs to the VUB, which are the fourth and fifth outputs of the BOOS, while the second controllable attenuator is connected to the communication line between the output the compensation unit and the first input of the two-channel ADC, the control input of the second controllable attenuator through the information channel is connected to the VUB, the control input of the signal normalizer unit is connected to the fourth output of the BOPS, and the control input of the second switch is connected to the fifth output of the BOPS.

Выполнение функциональной задачи – «… повышение достоверности обнаружения и точности отслеживания протяженного подводного металлосодержащего объекта с помощью подводной поисковой установки, преимущественно автономного необитаемого подводного аппарата (АНПА) в условиях возможного изменения электрических характеристик окружающей подводной среды» обеспечивается следующими отличительными признаками предлагаемого решения.The performance of the functional task - "... increasing the reliability of detection and tracking accuracy of an extended underwater metal-containing object using an underwater search unit, mainly an autonomous unmanned underwater vehicle (AUV) in conditions of a possible change in the electrical characteristics of the surrounding underwater environment" is provided by the following distinctive features of the proposed solution.

Первый признак – «... в устройство для обнаружения и отслеживания металлосодержащего протяженного подводного объекта с борта АНПА … дополнительно введен второй управляемый аттенюатор … при этом второй управляемый аттенюатор включен в линию связи между выходом блока компенсации и первым входом двухканального АЦП, управляющий вход второго управляемого аттенюатора через информационный канал связан с ВУБ» обеспечивает использование полного линейного диапазона блока компенсации и уменьшает ошибку дискретности преобразования АЦП, определяемую его ограниченной разрядностью, что способствует повышению достоверности обнаружения и точности отслеживания протяженного подводного металлосодержащего объекта.The first sign is “... into the device for detecting and tracking a metal-containing extended underwater object from the AUV ... a second controlled attenuator is additionally introduced ... while the second controlled attenuator is included in the communication line between the output of the compensation unit and the first input of the two-channel ADC, the control input of the second controlled the attenuator through the information channel is connected to the VUB "provides the use of the full linear range of the compensation unit and reduces the discreteness error of the ADC conversion, determined by its limited capacity, which contributes to an increase in the detection reliability and tracking accuracy of an extended underwater metal-containing object.

Второй признак – «…в устройство для обнаружения и отслеживания металлосодержащего протяженного подводного объекта с борта АНПА … дополнительно введены … два управляющих выхода в вычислительно-управляющий блок, которые являются четвертым и пятым выходом БУПС, … управляющий вход блока нормализатора сигналов соединен с четвертым выходом БУПС, а управляющий вход второго коммутатора соединен с пятым выходом БУПС», что уменьшает сигнал помехи на выходе блока компенсации и способствует повышению достоверности обнаружения и точности отслеживания протяженного подводного металлосодержащего объекта с помощью подводной поисковой установки в условиях возможного изменения электрических характеристик окружающей подводной среды.The second sign is “... into the device for detecting and tracking a metal-containing extended underwater object from the AUV ... additionally introduced ... two control outputs to the computational and control unit, which are the fourth and fifth outputs of the BOPS, ... the control input of the signal normalizer unit is connected to the fourth output of the BOPS , and the control input of the second switch is connected to the fifth output of the BOPS ", which reduces the interference signal at the output of the compensation unit and improves the reliability of detection and tracking accuracy of an extended underwater metal-containing object using an underwater search unit under conditions of a possible change in the electrical characteristics of the surrounding underwater environment.

На основании изложенного можно заключить, что совокупность существенных признаков заявленного изобретения имеет причинно-следственную связь с достигнутым техническим результатом, т.е. благодаря данной совокупности существенных признаков изобретения стало возможным решение поставленной задачи. Следовательно, заявленное изобретение является новым, обладает изобретательским уровнем и пригодно для использования.Based on the foregoing, it can be concluded that the set of essential features of the claimed invention has a causal relationship with the achieved technical result, i.e. thanks to this set of essential features of the invention, it became possible to solve the problem. Therefore, the claimed invention is new, has an inventive step and is usable.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 приведена функциональная схема устройства для обнаружения и отслеживания металлосодержащего протяженного подводного объекта; на фиг. 2 показан автономный необитаемый подводный аппарат (вид сверху) в момент прохождения над металлосодержащим протяженным подводным объектом (ПО); на фиг. 3 показан автономный необитаемый подводный аппарат (вид сзади) в момент прохождения над металлосодержащим протяженным подводным объектом при его отслеживании; на фиг. 4 приведены временные диаграммы, полученные в результате схемотехнического моделирования устройства: а – в заявляемом устройстве, б – в устройстве-прототипе.The essence of the invention is illustrated by drawings, where FIG. 1 shows a functional diagram of a device for detecting and tracking a metal-containing extended underwater object; in fig. 2 shows an autonomous unmanned underwater vehicle (top view) at the moment of passing over a metal-containing extended underwater object (PO); in fig. 3 shows an autonomous unmanned underwater vehicle (rear view) at the moment of passing over a metal-containing extended underwater object while tracking it; in fig. 4 shows the timing diagrams obtained as a result of circuit simulation of the device: a - in the claimed device, b - in the prototype device.

Устройство для обнаружения и отслеживания металлосодержащего протяженного подводного объекта с борта подводной поисковой установки, преимущественно автономного необитаемого подводного аппарата (АНПА) 1 содержит два излучателя электромагнитного поля, каждый из которых выполнен в виде двух возбуждающих токовых электродов 2, 3 и 4, 5, установленных в носовой и кормовой частях АНПА 1, два приемника электромагнитного поля в виде четырех приемных электродов 6, 7, 8, 9, генератор 10 переменного напряжения, первый 11 и второй 12 коммутаторы, блок 13 нормализатора сигналов с управляемым коэффициентом усиления, управляемый аттенюатор 14, измерительный преобразователь 15 тока, а также блок 16 управления и преобразования сигналов (БУПС), имеющий три входа и пять управляющих выходов. Возбуждающие электроды 2, 3, 4, 5 через первый коммутатор 11, измерительный преобразователь тока 15 и аттенюатор 14 подключены к выходу генератора 10 переменного напряжения, причем выход второго коммутатора соединен с первым входом БУПС, выход генератора 10 переменного напряжения соединен со вторым входом БУПС 16, первый выход БУПС 16 подключен на управляющий вход первого коммутатора 11, а второй выход БУПС 16 соединен с задающим входом генератора 10 переменного напряжения. БУПС 16 состоит из блока 17 компенсации, двухканального аналого-цифрового преобразователя (АЦП) 18, вычислительно-управляющего (ВУБ) блока 19, двухканального цифро-аналогового преобразователя (ЦАП) 20, первого 21 (ФНЧ1) и второго 22 (фнч2) фильтров низких частот, порта 23 последовательной связи (ППС) и информационного канала 24, при этом выход первого канала ЦАП 20 через ФНЧ2 22 подключен ко второму входу блока 17 компенсации, выход второго канала ЦАП 20 соединен с входом ФНЧ1 21, выход которого является вторым выходом БУПС 16, первый управляющий выход ВУБ 19 является первым выходом БУПС 16, первый вход блока компенсации 17 является первым входом БУПС 16, а вход второго канала АЦП 18 является вторым входом БУПС 16, при этом через информационный канал 24 организована связь ВУБ 19 с выходами АЦП 18, с портом последовательной связи 23, а также с входами ЦАП 20, причем первый и второй каналы АЦП 18 идентичны и имеют общие цепи синхронизации и управления, первый и второй каналы ЦАП 20 также идентичны и имеют общие цепи синхронизации и управления, а тактовый выход АЦП 18 соединен с входом прерывания ВУБ 19, кроме этого порт последовательной связи 23 через канал обмена связан с системой управления движением АНПА 1. Возбуждающие токовые электроды 2, 3, 4, 5 расположены в горизонтальной плоскости АНПА 1 таким образом, что образуемые ими два электрических диполя повернуты в разные стороны относительно продольной вертикальной осевой АНПА 1 на одинаковый угол, а приемные электроды расположены на АНПА 1 так, что образуемые ими два приемных диполя повернуты в разные стороны относительно поперечной вертикальной осевой плоскости АНПА 1. ВУБ 19 содержит второй управляющий выход и второй вход, которые являются третьим выходом БУПС 16 и третьим входом БУПС 16 соответственно. Управляющий вход управляемого аттенюатора 14 соединен с третьим выходом БУПС, выход измерительного преобразователя 15 тока соединен с третьим входом БУПС, приемные электроды 6, 7, 8, 9 соединены с входами блока 13 нормализатора сигналов, а его выходы последовательно через второй коммутатор 12, первый вход БУПС 16 и информационный канал 24 связаны с ВУБ 19. Кроме этого устройство содержит второй управляемый аттенюатор 25, а также два управляющих выхода в ВУБ 19, которые являются четвертым и пятым выходом БУПС 16, при этом второй управляемый аттенюатор 25 включен в линию связи между выходом блока компенсации 17 и первым входом двухканального АЦП 18, управляющий вход второго управляемого аттенюатора 25 через информационный канал 24 связан с ВУБ 19, управляющий вход блока 13 нормализатора сигналов соединен с четвертым выходом БУПС 16, а управляющий вход второго коммутатора 12 соединен с пятым выходом БУПС 16.A device for detecting and tracking a metal-containing extended underwater object from an underwater search facility, mainly an autonomous unmanned underwater vehicle (AUV) 1, contains two electromagnetic field emitters, each of which is made in the form of two exciting current electrodes 2, 3 and 4, 5 installed in the bow and stern parts of the AUV 1, two receivers of the electromagnetic field in the form of four receiving electrodes 6, 7, 8, 9, an alternating voltage generator 10, the first 11 and second 12 switches, a signal normalizer unit 13 with a controlled gain, a controlled attenuator 14, a measuring a current converter 15, as well as a control and signal conversion unit 16 (BUPS), which has three inputs and five control outputs. The exciting electrodes 2, 3, 4, 5 through the first switch 11, the measuring current transducer 15 and the attenuator 14 are connected to the output of the AC voltage generator 10, and the output of the second switch is connected to the first input of the ACU, the output of the AC voltage generator 10 is connected to the second input of the ACU 16 , the first output of the BUPS 16 is connected to the control input of the first switch 11, and the second output of the BUPS 16 is connected to the master input of the alternating voltage generator 10. BUPS 16 consists of a compensation unit 17, a two-channel analog-to-digital converter (ADC) 18, a computational-control (VUB) unit 19, a two-channel digital-to-analog converter (DAC) 20, the first 21 (LPF1) and the second 22 (LPF2) low filters frequencies, port 23 of serial communication (PPS) and information channel 24, while the output of the first channel of the DAC 20 through LPF2 22 is connected to the second input of the compensation unit 17, the output of the second channel of the DAC 20 is connected to the input of LPF1 21, the output of which is the second output of the BOOS 16 , the first control output of VUB 19 is the first output of the VUBS 16, the first input of the compensation unit 17 is the first input of the VUBS 16, and the input of the second channel of the ADC 18 is the second input of the VUBS 16, while the communication of the VUB 19 with the outputs of the ADC 18 is organized through the information channel 24, with a serial communication port 23, as well as with the inputs of the DAC 20, and the first and second channels of the ADC 18 are identical and have common synchronization and control circuits, the first and second channels of the DAC 20 are also are identical and have common synchronization and control circuits, and the clock output of the ADC 18 is connected to the interrupt input of the VUB 19, in addition, the serial communication port 23 through the exchange channel is connected to the motion control system of the AUV 1. Exciting current electrodes 2, 3, 4, 5 are located in horizontal plane of AUV 1 in such a way that the two electric dipoles they form are turned in different directions relative to the longitudinal vertical axial AUV 1 by the same angle, and the receiving electrodes are located on AUV 1 so that the two receiving dipoles they form are turned in different directions relative to the transverse vertical axial plane AUV 1. VUB 19 contains a second control output and a second input, which are the third output of the BOPS 16 and the third input of the BOPS 16, respectively. The control input of the controlled attenuator 14 is connected to the third output of the BOPS, the output of the measuring current transducer 15 is connected to the third input of the BOPS, the receiving electrodes 6, 7, 8, 9 are connected to the inputs of the signal normalizer unit 13, and its outputs are sequentially through the second switch 12, the first input BOOS 16 and information channel 24 are connected to VUB 19. In addition, the device contains a second controllable attenuator 25, as well as two control outputs in VUB 19, which are the fourth and fifth outputs of BOOS 16, while the second controllable attenuator 25 is connected to the communication line between the output the compensation unit 17 and the first input of the two-channel ADC 18, the control input of the second controlled attenuator 25 through the information channel 24 is connected to the VUB 19, the control input of the signal normalizer unit 13 is connected to the fourth output of the BUPS 16, and the control input of the second switch 12 is connected to the fifth output of the BUPS 16 ...

Устройство для обнаружения и отслеживания металлосодержащего протяженного подводного объекта работает следующим образом.A device for detecting and tracking a metal-containing extended underwater object operates as follows.

Генератор 10 (см. фиг. 1) вырабатывает сигнал переменного напряжения синусоидальной формы USIN, который через управляемый аттенюатор 14, измерительный преобразователь 15 тока и первый коммутатор 11 поочередно подается на возбуждающие электроды 2, 4, затем на электроды 3, 5 и, наконец, (параллельно) на обе эти пары электродов. Управление первым коммутатором 11 осуществляется сигналом с первого выхода БУПС 16.The generator 10 (see Fig. 1) generates an AC voltage signal of sinusoidal shape U SIN , which through a controlled attenuator 14, a current measuring transducer 15 and the first switch 11 is alternately fed to the exciting electrodes 2, 4, then to the electrodes 3, 5 and finally , (in parallel) to both of these pairs of electrodes. The first switch 11 is controlled by a signal from the first output of the BUPS 16.

При этом в первом случае возбуждается электрический диполь А1-В1, ось которого отклонена от продольной осевой плоскости подводного аппарата 1 вправо на угол γ0. Прием ведется на электроды 6, 7, при этом на этих электродах возбуждается переменное напряжение UM1-N1, которое поступает на блок 13, где выполняется усиление и нормализация этого сигнала по уровню за счет регулирования коэффициента усиления с сохранением линейного режима работы. В результате на первом выходе блока 13 нормализатора вырабатывается сигнал U1, который через второй коммутатор 12 поступает на первый вход БУПС 16. Управление блоком 13 нормализатора осуществляется сигналом с четвертого выхода БУПС 16.In this case, in the first case, an electric dipole A1-B1 is excited, the axis of which is deflected from the longitudinal axial plane of the underwater vehicle 1 to the right by an angle γ 0 . Reception is carried out on electrodes 6, 7, while on these electrodes an alternating voltage U M1-N1 is excited, which is fed to block 13, where this signal is amplified and normalized in level by adjusting the gain while maintaining a linear mode of operation. As a result, at the first output of the normalizer unit 13, a signal U 1 is generated, which is fed through the second switch 12 to the first input of the PCU 16. The control of the unit 13 of the normalizer is carried out by the signal from the fourth output of the PCU 16.

Одновременно с выхода генератора 10 на второй вход БУПС 16 подается напряжение USIN. В БУПС 16 выполняется синхронное детектирование, фильтрование и преобразование в цифровой эквивалент соответствующего сигнала с получением его синфазной U1SIN и квадратурной U1COS составляющих.Simultaneously from the output of the generator 10, the voltage U SIN is applied to the second input of the BUPS 16. In the BOPS 16, synchronous detection, filtering and conversion into a digital equivalent of the corresponding signal is performed to obtain its in-phase U 1SIN and quadrature U 1COS components.

Во втором случае аналогично возбуждается электрический диполь А2-В2, ось которого отклонена влево от продольной вертикальной осевой плоскости АНПА 1 на угол γ0. На приемных электродах 8, 9 возбуждается переменное напряжение UM2-N2, которое поступает на блок 13, где выполняется его усиление и нормализация. В результате на втором выходе блока 13 вырабатывается сигнала U2, который через второй коммутатор 12 поступает на первый вход БУПС 16. Сигнал U2, пропорциональный напряжению на приемном диполе M2-N2, в БУПС 16 преобразуется в компоненты выходного сигнала U2SIN и U2COS.In the second case, an electric dipole A2-B2 is similarly excited, the axis of which is deflected to the left of the longitudinal vertical axial plane of the AUV 1 by the angle γ 0 . An alternating voltage U M2-N2 is excited at the receiving electrodes 8, 9, which is fed to block 13, where it is amplified and normalized. As a result, a signal U 2 is generated at the second output of unit 13, which is fed through the second switch 12 to the first input of the BOOS 16. The signal U 2 , proportional to the voltage at the receiving dipole M2-N2, in the BOOS 16 is converted into the components of the output signal U 2SIN and U 2COS ...

В третьем случае возбуждаются оба электрических диполя А1-В1 и А2-В2, которые образуют суммарный электрический диполь (А1А2)-(В1В2), ось которого лежит в вертикальной продольной осевой плоскости АНПА 1. При этом на третьем и четвертом выходах блока 13 вырабатываются соответственно сигналы U0 и US, формируемые из напряжений, которые снимаются с двух пар приемных электродов 7, 8 и 6, 9. Эти сигналы поочередно через коммутатор 12 передаются в БУПС 16, где затем преобразуются соответственно в компоненты выходных сигналов устройства U0SIN, U0COS, USSIN, USCOS. Управление коммутатором 12 осуществляется сигналом с пятого выхода БУПС 16 соответственно, а полученные в блоке 16 синфазные и квадратурные компоненты сигналов через порт 23 поступают в систему управления движением АНПА.In the third case, both electric dipoles A1-B1 and A2-B2 are excited, which form a total electric dipole (A1A2) - (B1B2), the axis of which lies in the vertical longitudinal axial plane of the AUV 1. At the same time, at the third and fourth outputs of block 13, respectively the signals U 0 and U S , formed from the voltages that are removed from two pairs of receiving electrodes 7, 8 and 6, 9. These signals are alternately transmitted through the switch 12 to the UPS 16, where they are then converted, respectively, into the components of the output signals of the device U 0SIN , U 0COS , U SSIN , U SCOS . The switch 12 is controlled by a signal from the fifth output of the BOPS 16, respectively, and the in-phase and quadrature signal components obtained in block 16 are fed through port 23 to the AUV motion control system.

При расположении АНПА над подводным объектом ПО, как показано на фиг. 2 (вид сверху) и на фиг. 3 (вид с кормы), сигналы на выходах блока 13 нормализации определятся выражениямиWhen the AUV is located above the underwater object of the PO, as shown in Fig. 2 (top view) and in FIG. 3 (view from the stern), the signals at the outputs of the normalization unit 13 are determined by the expressions

Figure 00000001
, (1)
Figure 00000001
 , (1)

Figure 00000002
, (2)
Figure 00000002
 , (2)

Figure 00000003
, (3)
Figure 00000003
 , (3)

Figure 00000004
, (4)
Figure 00000004
 , (4)

где коэффициент k1 – постоянный коэффициент, зависящий от конструктивных данных и свойств протяженного подводного объекта; k2 – постоянный коэффициент, характеризующий приемный диполь; I – ток в возбуждающем диполе; r – расстояние от диполя до протяженного объекта; γ – угол между вертикальной осевой плоскостью подводного аппарата и продольной осью протяженного объекта; k3 – конструктивный коэффициент; b – расстояние между электродами M и N; c – отклонение осевой плоскости подводного аппарата от протяженного объекта в поперечном направлении.where coefficient k1 is a constant coefficient that depends on the design data and properties of an extended underwater object; k2 is a constant coefficient characterizing the receiving dipole; I is the current in the exciting dipole; r is the distance from the dipole to the extended object; γ is the angle between the vertical axial plane of the underwater vehicle and the longitudinal axis of the extended object; k3 - design factor; b is the distance between electrodes M and N; c - deviation of the axial plane of the underwater vehicle from the extended object in the transverse direction.

В работе устройства используются три режима: режим подготовки, режим компенсации и рабочий режим. Первые два режима выполняются последовательно в начале работы устройства и предназначены для настройки устройства под конкретные условия окружающей подводной обстановки. В третьем основном рабочем режиме осуществляется поиск и обнаружение на грунте металлосодержащих объектов.The device operates in three modes: preparation mode, compensation mode and operating mode. The first two modes are performed sequentially at the beginning of the device's operation and are designed to configure the device for specific conditions of the surrounding underwater environment. In the third main operating mode, metal-containing objects are searched for and detected on the ground.

В режиме подготовки выполняется установка определенного значения тока через излучающие электроды, от которого зависят сигналы, определяемые выражениями (1) … (3). Тем самым происходит подстройка под уровень солености воды в месте работы АНПА 1. Реализация этого режима обеспечивается сочетанием генератора 10, управляемого аттенюатора 14 и измерительного преобразователя 15 тока и связями между ними, а также замкнутого контура регулирования тока, образованного с участием связей с выхода измерительного преобразователя 15 тока на третий вход БУПС 16 и с третьего выхода БУПС 16 на управляющий вход аттенюатора 14. Поддержание значения этого тока в заданных пределах позволяет получать измеряемые сигналы требуемого уровня.In the preparation mode, a certain value of the current through the emitting electrodes is set, on which the signals determined by expressions (1) ... (3) depend. Thus, the adjustment to the level of water salinity at the place of operation of the AUV 1. The implementation of this mode is provided by a combination of the generator 10, the controlled attenuator 14 and the measuring current transducer 15 and the connections between them, as well as the closed current control loop formed with the participation of connections from the output of the measuring transducer 15 current to the third input of the BUPS 16 and from the third output of the BUPS 16 to the control input of the attenuator 14. Maintaining the value of this current within the specified limits allows obtaining the measured signals of the required level.

Режим компенсации предназначен для улучшения соотношения «сигнал/шум» за счет нейтрализации фонового сигнала, определяемого геометрией корпуса АНПА 1, влиянием грунта и каких-либо посторонних объектов на грунте. The compensation mode is designed to improve the signal-to-noise ratio by neutralizing the background signal determined by the geometry of the AUV 1 body, the influence of the ground and any foreign objects on the ground.

На предварительном этапе этого режима на выходе блока компенсации 17, являющегося выходом тракта преобразования сигналов с приемных электродов, устанавливается максимальная амплитуда сигнала в пределах его линейного диапазона путем воздействия сигнала с четвертого выхода БУПС 16 на управляющий вход нормализатора 13. At the preliminary stage of this mode, at the output of the compensation unit 17, which is the output of the signal conversion path from the receiving electrodes, the maximum signal amplitude is set within its linear range by the action of the signal from the fourth output of the BUPS 16 on the control input of the normalizer 13.

На втором этапе режима компенсации в БУПС 16 формируется соответствующий компенсирующий сигнал, который последовательно через информационный канал 24, ЦАП 20 и ФНЧ 2 поступает на второй вход блока компенсации 17, за счет чего его выходной сигнал уменьшается практически до нулевого значения. At the second stage of the compensation mode, a corresponding compensating signal is generated in the BOPS 16, which sequentially through the information channel 24, the DAC 20 and the LPF 2 is fed to the second input of the compensation unit 17, due to which its output signal is reduced to almost zero value.

На завершающем этапе режима компенсации путем воздействия на управляющий вход второго аттенюатора 25 осуществляется увеличение его коэффициента усиления с исходного единичного значения до значения, при котором гарантируется сохранение линейного диапазона работы тракта преобразования с учетом максимально возможного прогнозируемого значения сигнала при обнаружении металлосодержащего объекта. При этом полезный сигнал, вызванный проходом АНПА 1 над подводным металлосодержащим объектом и поступающий с выхода тракта преобразования на вход АЦП, будет иметь максимально возможное значение, что минимизирует погрешность дискретности АЦП и повышает достоверность обнаружения подводного объекта.At the final stage of the compensation mode, by acting on the control input of the second attenuator 25, its gain is increased from the initial unit value to a value at which the preservation of the linear range of the conversion path is guaranteed, taking into account the maximum possible predicted signal value when a metal-containing object is detected. In this case, the useful signal caused by the passage of the AUV 1 over the underwater metal-containing object and coming from the output of the conversion path to the input of the ADC will have the maximum possible value, which minimizes the discreteness error of the ADC and increases the reliability of detecting the underwater object.

Работоспособность устройства подтверждают результаты схемотехнического моделирования в виде временных диаграмм сигналов в заявляемом устройстве (фиг. 4, а) и, для сравнения, в устройстве-прототипе (фиг. 4, б). Графики этих сигналов показаны совмещенными по оси времени, при этом моменту времени t0 соответствует начало процесса, t1 – момент включения режима компенсации, t2 – завершение режима компенсации и подача управления на второй аттенюатор с целью увеличения его коэффициента усиления, t3 – момент подхода АНПА к металлосодержащему подводному объекту. The operability of the device is confirmed by the results of circuit simulation in the form of timing diagrams of signals in the claimed device (Fig. 4, a) and, for comparison, in the prototype device (Fig. 4, b). The graphs of these signals are shown aligned along the time axis, while the time t0 corresponds to the beginning of the process, t1 is the moment when the compensation mode is turned on, t2 is the completion of the compensation mode and control is fed to the second attenuator in order to increase its gain, t3 is the moment when the AUV approaches the metal-containing one. underwater object.

На фиг. 4 приняты следующие обозначения сигналов: y1 – сигнал на входе блока компенсации 17, y2 – сигнал на выходе второго аттенюатора 25 в исходном состоянии при его единичном коэффициенте усиления в случае отсутствия подводного металлосодержащего объекта (сигналы y1 и y2 находятся в противофазе), y3 – сигнал на выходе второго аттенюатора 25 при введении дополнительного усиления после момента времени t3 в заявляемом устройстве, y4 – сигнал на выходе блока компенсации 17 в исходном устройстве при подходе АНПА к металлосодержащему объекту; А1.1 – амплитуда фонового сигнала на входе блока компенсации 17, А1.2 – результирующая амплитуда сигнала на входе блока компенсации при подходе АНПА к металлосодержащему объекту.FIG. 4, the following signal designations are adopted: y1 is the signal at the input of the compensation unit 17, y2 is the signal at the output of the second attenuator 25 in the initial state with its unity gain in the absence of an underwater metal-containing object (signals y1 and y2 are in antiphase), y3 is the signal at the output of the second attenuator 25 with the introduction of additional gain after time t3 in the claimed device, y4 is the signal at the output of the compensation unit 17 in the original device when the AUV approaches the metal-containing object; A1.1 is the amplitude of the background signal at the input of the compensation unit 17, A1.2 is the resulting amplitude of the signal at the input of the compensation unit when the AUV approaches the metal-containing object.

Сопоставление приведенных графиков показывает, что введение в тракт преобразования дополнительного усиления (в момент времени t2) не нарушает результаты компенсации, но увеличивает полезный сигнал y3 (по сравнению с сигналом y4) на входе АЦП, что способствует уменьшению ошибки дискретности АЦП и, в конечном итоге, повышает достоверность и точность обнаружения подводного металлосодержащего объекта.Comparison of the given graphs shows that the introduction of additional amplification into the conversion path (at time t2) does not violate the compensation results, but increases the useful signal y3 (as compared to signal y4) at the ADC input, which helps to reduce the ADC discreteness error and, ultimately, , increases the reliability and accuracy of detecting an underwater metal-containing object.

Claims (1)

Устройство для обнаружения и отслеживания металлосодержащего протяженного подводного объекта, содержащее два излучателя электромагнитного поля, каждый из которых выполнен в виде двух возбуждающих токовых электродов, установленных в носовой и кормовой частях автономного необитаемого подводного аппарата (АНПА), два приемника электромагнитного поля в виде четырех приемных электродов, генератор переменного напряжения, первый и второй коммутаторы, управляемый аттенюатор, измерительный преобразователь тока, блок нормализатора сигналов с управляемым коэффициентом усиления, а также блок управления и преобразования сигналов (БУПС), при этом возбуждающие электроды через первый коммутатор, измерительный преобразователь тока и управляемый аттенюатор подключены к выходу генератора переменного напряжения, выход второго коммутатора соединен с первым входом БУПС, выход генератора переменного напряжения соединен со вторым входом БУПС, первый выход БУПС подключен на управляющий вход первого коммутатора, а второй выход БУПС соединен с задающим входом генератора переменного напряжения, при этом БУПС состоит из блока компенсации, двухканального аналого-цифрового преобразователя (АЦП), вычислительно-управляющего блока (ВУБ), двухканального цифро-аналогового преобразователя (ЦАП), первого (ФНЧ1) и второго (фнч2) фильтров низких частот, порта последовательной связи (ППС) и информационного канала, выход первого канала ЦАП через ФНЧ2 подключен ко второму входу блока компенсации, выход второго канала ЦАП соединен с входом ФНЧ1, выход которого является вторым выходом БУПС, управляющий выход ВУБ является первым выходом БУПС, первый вход блока компенсации является первым входом БУПС, а вход второго канала АЦП является вторым входом БУПС, при этом через информационный канал организована связь ВУБ с выходами АЦП, с портом последовательной связи, а также с входами ЦАП, причем первый и второй каналы АЦП идентичны и имеют общие цепи синхронизации и управления, первый и второй каналы ЦАП также идентичны и имеют общие цепи синхронизации и управления, а тактовый выход АЦП соединен с входом прерывания ВУБ, кроме этого порт последовательной связи через канал обмена связан с системой управления движением  АНПА, возбуждающие токовые электроды расположены в горизонтальной плоскости  АНПА таким образом, что образуемые ими два электрических диполя повернуты в разные стороны относительно продольной вертикальной осевой плоскости подводной поисковой установки на одинаковый угол, а приемные электроды расположены на  АНПА так, что образуемые ими два приемных диполя повернуты в разные стороны относительно поперечной вертикальной осевой плоскости  АНПА, вычислительно-управляющий блок (ВУБ) содержит второй управляющий выход и второй вход, которые являются третьим выходом БУПС и третьим входом БУПС соответственно, управляющий вход аттенюатора соединен с третьим выходом БУПС, выход измерительного преобразователя тока соединен с третьим входом БУПС, приемные электроды соединены с входами блока нормализатора сигналов, а его выходы последовательно через второй коммутатор, первый вход БУПС и информационный канал связаны с ВУБ, отличающееся тем, что в него дополнительно введены второй управляемый аттенюатор, а также два управляющих выхода в ВУБ, которые являются четвертым и пятым выходом БУПС, при этом второй управляемый аттенюатор включен в линию связи между выходом блока компенсации и первым входом двухканального АЦП, управляющий вход второго управляемого аттенюатора через информационный канал связан с ВУБ, управляющий вход блока нормализатора сигналов соединен с четвертым выходом БУПС, а управляющий вход второго коммутатора соединен с пятым выходом БУПС.A device for detecting and tracking a metal-containing extended underwater object containing two electromagnetic field emitters, each of which is made in the form of two exciting current electrodes installed in the bow and aft parts of an autonomous unmanned underwater vehicle (AUV), two electromagnetic field receivers in the form of four receiving electrodes , an alternating voltage generator, the first and second switches, a controlled attenuator, a current measuring transducer, a signal normalizer unit with a controlled gain, as well as a control and signal conversion unit (CCU), while exciting electrodes through the first switch, a current measuring transducer and a controlled attenuator connected to the output of the AC voltage generator, the output of the second switch is connected to the first input of the ACU, the output of the AC voltage generator is connected to the second input of the ACU, the first output of the ACU is connected to the control input of the first switch, and the second output of the ACU is connected to the master input of the alternating voltage generator, while the ACU consists of a compensation unit, a two-channel analog-to-digital converter (ADC), a computational and control unit (VUB), a two-channel digital-to-analog converter (DAC), the first (LPF1) and the second (LPF2) low-pass filters, a serial communication port (PSP) and an information channel, the output of the first DAC channel through LPF2 is connected to the second input of the compensation unit, the output of the second DAC channel is connected to the LPF1 input, the output of which is the second output of the PCB, the control output The VUB is the first output of the BOPS, the first input of the compensation unit is the first input of the BOPS, and the input of the second ADC channel is the second input of the BOPS, while the VUB is connected through the information channel with the outputs of the ADC, with the serial communication port, and also with the inputs of the DAC, the first and the second ADC channels are identical and have common synchronization and control circuits, the first and second DAC channels are also identical They have common synchronization and control circuits, and the clock output of the ADC is connected to the interrupt input of the VUB, in addition, the serial communication port through the exchange channel is connected to the AUV motion control system, the exciting current electrodes are located in the horizontal plane of the AUV in such a way that the two electrical the dipoles are turned in different directions relative to the longitudinal vertical axial plane of the underwater search facility at the same angle, and the receiving electrodes are located on the AUV so that the two receiving dipoles they form are turned in different directions relative to the transverse vertical axial plane of the AUV, the computational and control unit (VUB) contains the second control output and the second input, which are the third output of the CUPS and the third input of the CUPS, respectively, the control input of the attenuator is connected to the third output of the CUPS, the output of the current measuring transducer is connected to the third input of the CUPS, the receiving electrodes are connected to the inputs of the normal unit congestion of signals, and its outputs are sequentially through the second switch, the first input of the BOPS and the information channel are connected to the VUB, characterized in that a second controllable attenuator is additionally introduced into it, as well as two control outputs in the VUB, which are the fourth and fifth outputs of the VUB, when the second controllable attenuator is connected to the communication line between the output of the compensation unit and the first input of the two-channel ADC, the control input of the second controllable attenuator is connected to the VUB through the information channel, the control input of the signal normalizer unit is connected to the fourth output of the PCU, and the control input of the second switch is connected to the fifth output BUPS.
RU2021108666A 2021-03-31 2021-03-31 Device for detecting and tracking a metal-containing extended underwater object from an autonomous unmanned underwater vehicle RU2757328C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2021108666A RU2757328C1 (en) 2021-03-31 2021-03-31 Device for detecting and tracking a metal-containing extended underwater object from an autonomous unmanned underwater vehicle

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2021108666A RU2757328C1 (en) 2021-03-31 2021-03-31 Device for detecting and tracking a metal-containing extended underwater object from an autonomous unmanned underwater vehicle

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2757328C1 true RU2757328C1 (en) 2021-10-13

Family

ID=78286608

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2021108666A RU2757328C1 (en) 2021-03-31 2021-03-31 Device for detecting and tracking a metal-containing extended underwater object from an autonomous unmanned underwater vehicle

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2757328C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2794698C1 (en) * 2022-04-13 2023-04-24 Российская Федерация, от имени которой выступает ФОНД ПЕРСПЕКТИВНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ Method for detecting electromagnetic geophysical disturbances from moving sources

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5430380A (en) * 1993-02-26 1995-07-04 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy Sensor for locating objects in the sea having a conductive shell to inject electric current into the sea and a sensor coil in the shell
RU2174244C1 (en) * 2000-04-28 2001-09-27 Государственное учреждение Институт проблем морских технологий Дальневосточного отделения РАН Device for detection and tracking of metal-containing extended underwater object from board the underwater object from board the underwater search plant (modifications)
RU2280268C1 (en) * 2005-02-10 2006-07-20 Институт проблем морских технологий Дальневосточного отделения Российской академии наук (ИПМТ ДВО РАН) Device for finding and tracking metal-containing extensive underwater objects from onboard the underwater finding apparatus
RU2672775C1 (en) * 2018-01-31 2018-11-19 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем морских технологий Дальневосточного отделения Российской академии наук (ИПМТ ДВО РАН) Device for detecting and tracing metal containing extended underwater object from side of autonomous uninhabited underwater vehicle
CN211741599U (en) * 2020-02-19 2020-10-23 山东蓝海可燃冰勘探开发研究院有限公司 Towed controllable source electromagnetic and underwater acoustic composite underwater target detection system

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5430380A (en) * 1993-02-26 1995-07-04 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy Sensor for locating objects in the sea having a conductive shell to inject electric current into the sea and a sensor coil in the shell
RU2174244C1 (en) * 2000-04-28 2001-09-27 Государственное учреждение Институт проблем морских технологий Дальневосточного отделения РАН Device for detection and tracking of metal-containing extended underwater object from board the underwater object from board the underwater search plant (modifications)
RU2280268C1 (en) * 2005-02-10 2006-07-20 Институт проблем морских технологий Дальневосточного отделения Российской академии наук (ИПМТ ДВО РАН) Device for finding and tracking metal-containing extensive underwater objects from onboard the underwater finding apparatus
RU2672775C1 (en) * 2018-01-31 2018-11-19 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем морских технологий Дальневосточного отделения Российской академии наук (ИПМТ ДВО РАН) Device for detecting and tracing metal containing extended underwater object from side of autonomous uninhabited underwater vehicle
CN211741599U (en) * 2020-02-19 2020-10-23 山东蓝海可燃冰勘探开发研究院有限公司 Towed controllable source electromagnetic and underwater acoustic composite underwater target detection system

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2794698C1 (en) * 2022-04-13 2023-04-24 Российская Федерация, от имени которой выступает ФОНД ПЕРСПЕКТИВНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ Method for detecting electromagnetic geophysical disturbances from moving sources

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US4532515A (en) Angle of arrival measurements for two unresolved sources
CN102770781B (en) Pulse radar device and method for controlling the same
US9910150B2 (en) Method, antenna array, radar system and vehicle
JP2017535788A (en) Method and apparatus for increasing angular resolution in an automotive radar system
WO2007020704A1 (en) Target detecting method and target detecting apparatus
US9715014B2 (en) Antenna array, radar system, vehicle and method
CN102906591A (en) Driver assistance device for vehicle and method for operating radar device
RU2672775C1 (en) Device for detecting and tracing metal containing extended underwater object from side of autonomous uninhabited underwater vehicle
CN108333557A (en) A kind of phase alignment system and method for multichannel direction-finding receiver
RU2728280C1 (en) Method for operation of a system of pulse-doppler on-board radar stations during group action of fighters
RU2757328C1 (en) Device for detecting and tracking a metal-containing extended underwater object from an autonomous unmanned underwater vehicle
US8174434B2 (en) Method and device for determining a distance to a target object
Hui Compensating for the mutual coupling effect in direction finding based on a new calculation method for mutual impedance
US3270340A (en) Method of echo grouping
ITUB20155821A1 (en) LOW COST UNDERWATER ACOUSTIC SYSTEM FOR THE FORMATION OF THREE-DIMENSIONAL IMAGES IN REAL TIME
US10175262B2 (en) Doppler shift frequency measuring device, log speed meter and tidal current meter
KR20210015456A (en) Apparatus and method for compensating distance calculation error of Passive Ranging Sonar
US6492903B1 (en) Multiple input-type and multiple signal processing-type device and related methods
JP2020186943A (en) Signal processor, radar system, and signal processing method
RU2765337C1 (en) Device for detecting and tracking a metal-containing extended underwater object from an underwater search installation
RU2179730C1 (en) Direction finder of sonar navigation system with ultrashort base
KR100979287B1 (en) System and method for detecting direction
CN100549723C (en) Intensity of wave distance-finding method and device
RU2735630C1 (en) Submarine hydro-acoustic complex noise direction-finding system
RU2540951C1 (en) Method of determining number of targets in group