RU2799974C1 - Correlation method for measuring the parameters of the aquatic environment fine structure - Google Patents

Correlation method for measuring the parameters of the aquatic environment fine structure Download PDF

Info

Publication number
RU2799974C1
RU2799974C1 RU2022130046A RU2022130046A RU2799974C1 RU 2799974 C1 RU2799974 C1 RU 2799974C1 RU 2022130046 A RU2022130046 A RU 2022130046A RU 2022130046 A RU2022130046 A RU 2022130046A RU 2799974 C1 RU2799974 C1 RU 2799974C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
speed
scatterers
aquatic environment
vessel
bow
Prior art date
Application number
RU2022130046A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Вадим Юрьевич Волощенко
Антон Юрьевич Плешков
Сергей Павлович Тарасов
Петр Петрович Пивнев
Василий Алексеевич Воронин
Елизавета Вадимовна Волощенко
Original Assignee
Общество с ограниченной ответственностью "ГидроМаринн"
Filing date
Publication date
Application filed by Общество с ограниченной ответственностью "ГидроМаринн" filed Critical Общество с ограниченной ответственностью "ГидроМаринн"
Application granted granted Critical
Publication of RU2799974C1 publication Critical patent/RU2799974C1/en

Links

Abstract

FIELD: hydroacoustics and oceanography.
SUBSTANCE: invention relates to correlation methods for measuring the speed of movement, allowing to determine the speed of the vessel both relative to the bottom and diffusor relatively passively carried by the currents and located in the layers of the fine structure of the ocean's aquatic environment, and is also accompanied by measuring the depths of the water area along the route with the required accuracy. The invention can be used to acoustically measure the space-time pattern of the current field, which is considered as anisotropic and inhomogeneous. The current velocity is a random function of the geographical coordinates of the measurement site, horizon depth and time. In particular, when crossing the field in a horizontal plane, the time correlation intervals of the current velocity are estimated in units of hours, and the spatial correlation interval is estimated up to about thousands of meters. The operability of the method is based on the fact that information is obtained by ultrasonic sounding of sets of scatterers in 1.2,… , i, .., k layers of an inhomogeneous aquatic environment, which are separated by boundary layers with sharp changes in thermodynamic characteristics (temperature, salinity, sound speed, for example, the vertical velocity gradient at the boundaries between layers can exceed 5-10 cm/s per meter of depth), moreover, sets of scatterers are randomly and statistically nonuniformly distributed in the water volumes of the layers (from 1 to k ). Scatterers (bubbles, suspended particles, plankton, various inhomogeneities, etc.) in the layers have neutral buoyancy, are passively transferred by water masses with different linear current velocities v ilay relative to the bottom, moreover, the magnitude of their acoustic impedance (рс) 1lay, (рс) 2 lay, …., (рс) ilay randomly fluctuate with respect to the value of acoustic impedance (p av c av ) of aquatic environment, i.e. in the general case, a set of scatterers can be both acoustically soft and acoustically hard relative to the water environment. From an acoustic point of view, plankton is a collection of scatterers in the aquatic environment, the density and compressibility of which differs from those of the surrounding liquid, and the efficiency of ultrasound scattering depends on how much the density and compressibility of the scatterers differ from the corresponding properties of the environment and on the ratio the dimensions of the scatterers and the ultrasonic wavelength are found. Registration of the acoustic resistance of the surface of a set of scatterers, which characterizes its dynamic response to the impact of an elastic wave, resulting in phase shifts either for sound pressure (“acoustically soft” boundary) or for the oscillatory velocity of particles of the environment (“acoustically hard” boundary) in the reflected wave , can make it possible to use this value as an additional classification feature for studying the anisotropic and inhomogeneous spatiotemporal pattern of the current field.
EFFECT: increasing the reliability of obtaining information about the parameters of flows in the layers of the fine structure of a statistically heterogeneous aquatic environment with randomly distributed volumes of scatterers, obtaining a new volume of primary data about the underwater environment and expanding the operational capabilities of the method.
2 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к области гидроакустики и океанографии, в частности к корреляционным методам измерения скорости движения, позволяющим определять скорость судна как относительно дна, так и относительно пассивно переносимых течениями рассеивателей, находящихся в слоях тонкой структуры водной среды океана, а также сопровождается измерением глубин акватории по пути следования с требуемой точностью. The invention relates to the field of hydroacoustics and oceanography, in particular to correlation methods for measuring the speed of movement, which makes it possible to determine the speed of the vessel both relative to the bottom and relative to passively carried by the currents scatterers located in the layers of the fine structure of the ocean's aquatic environment, and is also accompanied by measuring the depths of the water area along the route with the required accuracy.

Изобретение может быть применено для измерения акустическим способом пространственно-временной картины поля течений, которое рассматривается как анизотропное и неоднородное. Скорость течения является случайной функцией географических координат места измерения, глубины горизонта и времени. В частности, при пересечении поля в горизонтальной плоскости интервалы временной корреляции скорости течений оцениваются в единицы часов, а интервал пространственной корреляции - примерно до тысяч метров. Работоспособность способа основана на том, что информацию получают за счет эхозондирования ультразвуком совокупностей рассеивателей в 1,2,…,, .., слоях неоднородной водной среды, которые разделены граничными прослойками с резкими изменениями термодинамических характеристик (температура, соленость, скорость звука, например, вертикальный градиент скорости на границах между слоями может превышать 5 -10 см/с на метр глубины), причем совокупности рассеивателей случайным образом и статистически неоднородно распределены в водных объемах слоев (от 1 до k). Рассеиватели (пузырьки, взвешенные частицы, планктон, различные неоднородности и т.п.) в слоях имеют нейтральную плавучесть, пассивно переносятся водными массами с различными линейными скоростями течений относительно дна, причем величины их акустических сопротивлений , , …., произвольно флюктуируют относительно значения акустического сопротивления водной среды, т.е. в общем случае совокупность рассеивателей может быть как акустически мягкой, так и акустически жесткой относительно водной среды. С акустической точки зрения планктон представляет собой совокупность рассеивателей в водной среде, плотность и сжимаемость которых отличается от аналогичных характеристик окружающей жидкости, причем эффективность рассеяния ультразвука зависит от того, насколько плотность и сжимаемость рассеивателей отличаются от соответствующих свойств окружающей среды и от того, в каком соотношении находятся размеры рассеивателей и длина УЗ волны. Регистрация акустического сопротивления поверхности совокупности рассеивателей, которое характеризует ее динамическую реакцию на воздействие упругой волны, в результате чего происходят фазовые сдвиги или для звукового давления («акустически мягкая» граница) или для колебательной скорости частиц среды («акустически жесткая» граница) в отраженной волне, может позволить использовать эту величину в качестве дополнительного классификационного признака для исследования анизотропной и неоднородной пространственно-временной картины поля течений. The invention can be used to acoustically measure the space-time pattern of the current field, which is considered as anisotropic and inhomogeneous. The current velocity is a random function of the geographic coordinates of the measurement site, horizon depth, and time. In particular, when crossing the field in a horizontal plane, the time correlation intervals of the current velocity are estimated in units of hours, and the spatial correlation interval - up to about thousands of meters. The operability of the method is based on the fact that information is obtained by ultrasonic sounding of sets of scatterers in 1,2, ..., , .., layers of an inhomogeneous aquatic environment, which are separated by boundary layers with sharp changes in thermodynamic characteristics (temperature, salinity, sound speed, for example, the vertical velocity gradient at the boundaries between layers can exceed 5–10 cm/s per meter of depth), and the sets of scatterers are randomly and statistically inhomogeneously distributed in the water volumes of the layers (from 1 to k ). Scatterers (bubbles, suspended particles, plankton, various inhomogeneities, etc.) in the layers have neutral buoyancy, are passively transferred by water masses with different linear current velocities relative to the bottom, and the values of their acoustic impedances , , …., randomly fluctuate with respect to the value of acoustic impedance aquatic environment, i.e. in the general case, a set of scatterers can be both acoustically soft and acoustically hard relative to the water environment. From an acoustic point of view, plankton is a collection of scatterers in the aquatic environment, the density and compressibility of which differs from similar characteristics of the surrounding liquid, and the efficiency of ultrasound scattering depends on how much the density and compressibility of the scatterers differ from the corresponding properties of the environment and on the ratio of the dimensions of the scatterers and the ultrasonic wavelength. Registration of the acoustic resistance of the surface of a set of scatterers, which characterizes its dynamic response to the action of an elastic wave, resulting in phase shifts either for the sound pressure (“acoustically soft” boundary) or for the vibrational velocity of the particles of the medium (“acoustically hard” boundary) in the reflected wave, can make it possible to use this value as an additional classification feature for studying the anisotropic and inhomogeneous space-time pattern of the flow field.

Известен автокорреляционный метод измерения скорости судна, в котором для определения его абсолютной скорости используется ее однозначная зависимость от величины коэффициента автокорреляции низкочастотной огибающей эхосигнала от морского дна (см. Букатый В.М., Дмитриев В.И. Гидроакустические лаги. М.: Пищевая промышленность, 1980, с.119-121). Known autocorrelation method for measuring the speed of the vessel, in which to determine its absolute speed is used its unambiguous dependence on the value of the coefficient autocorrelation of the low-frequency envelope of the echo signal from the seabed (see Bukaty V.M., Dmitriev V.I. Hydroacoustic logs. M.: Food industry, 1980, p. 119-121).

Указанный способ реализуется следующим образом:This method is implemented as follows:

1) размещают на днище судна ИПИА, состоящую из необходимого количества электроакустических преобразователей (ЭАП), каждый из которых снабжен пьезоэлементом, узлами экранировки, гидро-, электро- и шумоизоляции;1) is placed on the bottom of the ship IPIA, consisting of the required number of electro-acoustic transducers (EAP), each of which is equipped with a piezoelectric element, shielding units, hydro-, electrical and noise insulation;

2) обеспечивают работоспособность режимов излучения/приема каждого ЭАП за счет использования обратного/прямого пьезоэлектрических эффектов для пьезоэлемента простой геометрической формы (стержень, пластина, диск) с заданной резонансной частотой ;2) ensure the operability of the emission / reception modes of each EAP through the use of reverse / direct piezoelectric effects for a piezoelectric element of a simple geometric shape (rod, plate, disk) with a given resonant frequency ;

3) регулируют пространственное расположение акустической оси ИПИА до совпадения с нормалью относительно дна, что обеспечивает облучение сверху вниз УЗ энергией участка границы раздела «вода - дно» со случайным распределением донных неровностей через совокупности рассеивателей водной среды, в 1,2,…,, .., слоях которой они случайным образом и статистически неоднородно распределены, рассеиватели имеют нейтральную плавучесть и акустическое сопротивление , отличающееся от аналогичного параметра водной среды, пассивно переносятся водными массами с различными линейными скоростями течений относительно дна;3) regulate the spatial arrangement of the acoustic axis of the RPIA until it coincides with the normal relative to the bottom, which ensures irradiation from top to bottom with ultrasonic energy of the section of the "water - bottom" interface with a random distribution of bottom irregularities through sets of scatterers of the aquatic environment, in 1,2, ..., , .., layers of which they are randomly and statistically non-uniformly distributed, diffusers have neutral buoyancy and acoustic resistance , which differs from a similar parameter of the aquatic environment, are passively transferred by water masses with different linear current velocities relative to the bottom;

4) генерируют в излучающем тракте аппаратуры электрические колебания, которые преобразуют в кратковременные амплитудно-импульсные модулированные колебания, огибающая которых повторяет форму импульсов прямоугольной формы, а посылка содержит в себе несущую частоту ; 4) generate electrical oscillations in the radiating path of the equipment, which are converted into short-term amplitude-pulse modulated oscillations, the envelope of which repeats the shape of rectangular pulses, and the package contains a carrier frequency ;

5) преобразуют с помощью обратного пьезоэффекта электрические сигналы с помощью пьезоэлементов ЭАП ИПИА в периодические посылки УЗ волн с необходимой длительностью, обеспечивая передачу частицам водной среды акустической энергии за счет распространения колебаний с циклической частотой , что формирует за счет интерференции в водной среде УЗ пучок;5) using the inverse piezoelectric effect, electrical signals are converted using the piezoelectric elements of the EAP IPIA into periodic sendings of ultrasonic waves with the required duration, ensuring the transmission of acoustic energy to the particles of the aquatic environment due to the propagation of oscillations with a cyclic frequency , which forms an ultrasonic beam due to interference in the aquatic environment;

6) осуществляют УЗ облучение и устанавливают акустические контакты с поверхностями участков:6) carry out ultrasonic irradiation and establish acoustic contacts with the surfaces of the sections:

- границы раздела «вода - дно» со случайным распределением донных неровностей, - the boundaries of the section "water - bottom" with a random distribution of bottom irregularities,

- совокупностей рассеивателей водной среды, в 1, 2,…,, .., слоях которой они случайным образом и статистически неоднородно распределены, рассеиватели имеют нейтральную плавучесть,- sets of diffusers of the aquatic environment, in 1, 2, ...,, .., layers of which they are randomly and statistically non-uniformly distributed, scatterers have neutral buoyancy,

например, на -том горизонте глубины - их количество составляет , каждая совокупность из находящихся в -том слое имеет свой линейный размер , отражательную способность и акустическое сопротивление , причем совокупность может быть как акустически жесткой >), так и акустически мягкой < ) - относительно водной среды, пассивно переносятся водными массами с линейной скоростью течения относительно дна;for example, on-volume depth horizon - their number is, each set of those in-th layer has its own linear size, reflectivity and acoustic impedance, and the set can be both acoustically rigid>), and acoustically soft<) - relative to the aquatic environment, passively transferred by water masses with a linear flow velocity relative to the bottom;

7) обеспечивают за счет движения судна-носителя аппаратуры непрерывное изменение положения ИПИА относительно7) provide, due to the movement of the vessel-carrier of the equipment, a continuous change in the position of the IPIA relative to

как совокупностей рассеивателей водной среды, в 1,2,…,, .., слоях которой они случайным образом и статистически неоднородно распределены, а также пассивно переносятся водными массами с различными линейными скоростями течений относительно дна, as sets of diffusers of the aquatic environment, in 1,2,…, , .., layers of which they are randomly and statistically inhomogeneously distributed, and are also passively transferred by water masses with different linear current velocities relative to the bottom

так и множества случайно распределенных донных неровностей, and many randomly distributed bottom irregularities,

что обусловит формирование объемного реверберационного процесса и запаздывающего эхосигнала, квадрат огибающей которых будет содержать спектр частот, а их огибающая будет флуктуировать хаотическим образом;which will cause the formation of a volumetric reverberation process and a delayed echo signal, the square of the envelope of which will contain the frequency spectrum, and their envelope will fluctuate in a chaotic manner;

8) преобразуют с помощью прямого пьезоэффекта пьезоэлементов ЭАП ИПИА флуктуирующий по амплитуде эхосигнал от перемещающейся области неровного морского дна, в соответствующий электрический сигнал, поступающий на вход приемного тракта аппаратуры;8) using the direct piezoelectric effect of the piezoelectric elements of the EAP IPIA, the echo signal fluctuating in amplitude from the moving area of the uneven seabed is converted into the corresponding electrical signal supplied to the input of the receiving path of the equipment;

9) определяют в приемном тракте аппаратуры величину коэффициента автокорреляции огибающей эхосигнала, что позволяет вычислить скорость движения судна ;9) determine in the receiving path of the equipment the value of the autocorrelation coefficient of the envelope of the echo signal, which allows you to calculate the speed of the vessel ;

10) отображают, регистрируют и документируют результаты измерений в аппаратуре.10) display, record and document the results of measurements in the equipment.

Автокорреляционный метод измерения скорости требует использования одной ИПИА, исключены погрешности, связанные с ориентировкой антенны относительно направления движения, однако ему присущи следующие недостатки:The autocorrelation method for measuring velocity requires the use of a single IPIA, errors associated with the orientation of the antenna relative to the direction of motion are excluded, but it has the following disadvantages:

1) требуется стационарность принимаемого эхосигнала и, соответственно, повторяемость формы автокорреляционных функций для каждого значения скорости движения, что трудно осуществимо на практике, так как в реальных условиях форма автокорреляционной функции будет различной при одной и той же скорости движения судна в различных районах дна океана. В специфических условиях эксплуатации (маневрирование как на рейде, так и в порту, обеспечение шлюзования и швартовки) работоспособность указанного способа вследствие применения указанной выше обработки лишь амплитудных характеристик эхосигналов может быть нарушена, поскольку на акваториях «рукотворных» водных путей (судоходные каналы внутренней транспортной системы рек, озер, водохранилищ и т.д., искусственные каналы и фарватеры гаваней) практически отсутствуют неровности рельефа донной поверхности за счет проведения дноуглубительных работ. 1) the stationarity of the received echo signal and, accordingly, the repeatability of the shape of the autocorrelation functions for each value of the speed of movement is required, which is difficult to implement in practice, since in real conditions the shape of the autocorrelation function will be different for the same speed of the ship in different areas of the ocean floor. Under specific operating conditions (maneuvering both on the roads and in the port, providing locking and mooring), the performance of this method due to the use of the above processing of only the amplitude characteristics of echo signals can be impaired, since in the waters of "man-made" waterways (navigable channels of the internal transport system of rivers, lakes, reservoirs, etc., artificial channels and fairways of harbors), there are practically no uneven bottom surface topography due to dredging works.

2) точность измерения скорости ограничена отсутствием возможности регулировки остроты направленного действия ИПИА и одночастотным режимом работы. Как следует из соотношения максимальная частота флуктуаций огибающей эхосигнала от перемещающейся за счет движения судна области неровного морского дна (см. Букатый В.М., Дмитриев В.И. Гидроакустические лаги. М.: Пищевая промышленность, 1980, с.109) зависит как от скорости судна υ и угловой ширины основного лепестка ХН приемоизлучающей антенны , так и длины волны λ зондирующего сигнала, что, в конечном итоге определяет значительность методических и инструментальных погрешностей автокорреляционного способа. 2) the accuracy of velocity measurement is limited by the lack of the ability to adjust the sharpness of the directional action of the PSIA and the single-frequency mode of operation. As follows from the ratio maximum fluctuation frequency the envelope of the echo signal from the region of the uneven seabed moving due to the movement of the vessel (see Bukaty V.M., Dmitriev V.I. Hydroacoustic logs. M .: Food industry, 1980, p. 109) depends on both the speed of the vessel υ and the angular width of the main lobe XH of the receiving antenna, and the wavelength λ probing signal, which ultimately determines the significance of the methodological and instrumental errors of the autocorrelation method.

3) в способе не предусмотрена возможность измерения глубины под килем движущегося судна, относительной скорости его движения, а также измерение параметров течений в слоях тонкой структуры статистически неоднородной водной среды. Так, для решения указанной выше задачи в приемном тракте устройства осуществляется обработка только амплитудных признаков эхосигналов, имеющихся в гидроакустическом канале, в то время как для получения более полного объема первичных данных о параметрах течений в слоях тонкой структуры статистически неоднородной водной среды со случайно распределенными в их объемах рассеивателей необходимо дополнительно использовать фазовые признаки эхосигналов.3) the method does not provide for the possibility of measuring the depth under the keel of a moving vessel, the relative speed of its movement, as well as measuring the parameters of currents in the layers of the fine structure of a statistically inhomogeneous aquatic environment. Thus, to solve the above problem in the receiving tract of the device, only the amplitude features of the echo signals present in the hydroacoustic channel are processed, while in order to obtain a more complete amount of primary data on the parameters of the flows in the layers of the fine structure of a statistically inhomogeneous aquatic medium with scatterers randomly distributed in their volumes, it is necessary to additionally use the phase features of the echo signals.

Известен взаимокорреляционный способ измерения скорости судна- носителя аппаратуры, в котором для расчета скорости используется ее однозначная зависимость от величины коэффициента взаимной корреляции флуктуаций огибающих эхосигналов от дна, принятых разнесенными в пространстве интерференционными приемными антеннами (ИПА) (см. Логинов К.В. Электронавигационные и рыбопоисковые приборы. - М.: Легкая и пищевая пром-сть, 1983, с.203- 204). A known cross-correlation method for measuring the speed of a ship-carrier of the equipment, in which its unambiguous dependence on the value of the cross-correlation coefficient of fluctuations of envelope echo signals from the bottom, received by spatially separated interference receiving antennas (IPA) is used to calculate the speed (see Loginov K.V. Electrical navigation and fish-searching devices. - M .: Easy and food industry, 1983, p. 203-204 ).

Указанный способ реализуется следующим образом:This method is implemented as follows:

1) размещают на днище судна в его диаметральной плоскости три антенны - интерференционные излучающую (далее - ИИА) и две приемные (далее - ИПА), состоящие из необходимого количества ЭАП, каждый из которых снабжен пьезоэлементом, узлами экранировки, гидро-, электро- и шумоизоляции, причем акустические оси всех антенн совпадают с нормалями относительно дна, ИПА разнесены на известное расстояние L друг от друга и расположены в кормовой и носовой частях судна, а ИИА - находится посередине между ними;1) three antennas are placed on the bottom of the vessel in its diametrical plane - interference emitting (hereinafter - RIA) and two receiving (hereinafter - RIA), consisting of the required number of EAP, each of which is equipped with a piezoelectric element, shielding units, hydro-, electrical and noise insulation, and the acoustic axes of all antennas coincide with the normals relative to the bottom, the IAP are separated by a known distance L from each other and are located in the aft and bow parts of the vessel, and the RIA - is in the middle between them;

2) обеспечивают работоспособность режимов излучения/приема каждого ЭАП за счет использования обратного/прямого пьезоэлектрических эффектов для пьезоэлемента простой геометрической формы (стержень, пластина, диск) с заданной резонансной частотой ; 2) ensure the operability of the emission / reception modes of each EAP through the use of reverse / direct piezoelectric effects for a piezoelectric element of a simple geometric shape (rod, plate, disk) with a given resonant frequency ;

3) генерируют в излучающем тракте аппаратуры электрические колебания и их преобразуют в кратковременные амплитудно-импульсные модулированные колебания, огибающая которых повторяет форму импульсов прямоугольной формы, а посылка содержит в себе несущую частоту ; 3) generate electrical oscillations in the radiating path of the equipment and convert them into short-term amplitude-pulse modulated oscillations, the envelope of which repeats the shape of rectangular pulses, and the package contains a carrier frequency ;

4) преобразуют с помощью обратного пьезоэффекта пьезоэлементов ЭАП ИИА амплитудно-импульсные модулированные колебания в периодические посылки УЗ волн с необходимой длительностью, обеспечивая передачу частицам водной среды акустической энергии за счет распространения колебаний с циклической частотой , что формирует за счет интерференции в водной среде УЗ импульсное излучение;4) using the inverse piezoelectric effect of the EAP IIA piezoelectric elements, the amplitude-pulse modulated oscillations are converted into periodic bursts of ultrasonic waves with the required duration, ensuring the transmission of acoustic energy to the particles of the aquatic environment due to the propagation of oscillations with a cyclic frequency , which generates ultrasonic pulsed radiation due to interference in the aquatic environment;

5) осуществляют за счет проведения цикла эхозондирования первой парой антенн - ИИА и носовой ИПА - первых акустических контактов с участками поверхностей 5) is carried out by conducting a cycle of echo sounding with the first pair of antennas - IIA and nasal IPA - the first acoustic contacts with surface areas

- совокупностей рассеивателей водной среды, в 1, 2,…,, .., слоях которой они случайным образом и статистически неоднородно распределены, рассеиватели имеют нейтральную плавучесть, например, на -том горизонте глубины - их количество составляет , каждая совокупность из находящихся в -том слое имеет свой линейный размер , отражательную способность и акустическое сопротивление , причем совокупность может быть как акустически жесткой >), так и акустически мягкой < ) - относительно водной среды, пассивно переносятся водными массами с линейной скоростью течения относительно дна,- sets of diffusers of the aquatic environment, in 1, 2, ...,,.., layers of which they are randomly and statistically non-uniformly distributed, the scatterers have neutral buoyancy, for example, on-volume depth horizon - their number is, each set of those in-th layer has its own linear size, reflectivity and acoustic impedance, and the set can be both acoustically rigid>), and acoustically soft<) - relative to the aquatic environment, passively transferred by water masses with a linear flow velocity relative to the bottom

и границы раздела «вода - дно» со случайным распределением донных неровностей, and the boundaries of the section "water - bottom" with a random distribution of bottom irregularities,

что обеспечивает формирование первых информационных сигналов - объемного реверберационного процесса и запаздывающего эхосигнала, квадрат огибающих которых будет содержать спектр частот, а их огибающая будет флуктуировать хаотическим образом;which ensures the formation of the first information signals - a volumetric reverberation process and a delayed echo signal, the square of the envelopes of which will contain the frequency spectrum, and their envelope will fluctuate in a chaotic manner;

6) преобразуют с помощью прямого пьезоэффекта пьезоэлементов ЭАП носовой ИПА первые информационные сигналы, в частности, флуктуирующий по амплитуде эхосигнал от участка поверхности границы раздела «вода - дно» со случайным распределением донных неровностей, в соответствующий электрический сигнал, поступающий на вход приемного тракта аппаратуры;6) using the direct piezoelectric effect of the piezoelectric elements of the EAP nasal IPA, the first information signals, in particular, the echo signal fluctuating in amplitude from the surface area of the "water-bottom" interface with a random distribution of bottom irregularities, are converted into the corresponding electrical signal entering the input of the receiving path of the equipment;

7) перемещают со скоростью судно-носитель аппаратуры по курсу движения так, чтобы вторая пара антенн - ИИА и кормовая ИПА - разместилась над тем же самым участком поверхности границы раздела «вода - дно» со случайным распределением донных неровностей,7) move with speed the vessel carrying the equipment along the course of movement so that the second pair of antennas - IAM and aft IPA - is located above the same section of the surface of the "water - bottom" interface with a random distribution of bottom irregularities,

но уже другими участками поверхностей совокупностей рассеивателей водной среды, в 1, 2,…,, .., слоях которой они по-другому, но также случайным образом и статистически неоднородно распределены, например, на -том горизонте глубины - их количество составит уже , каждая совокупность из находящихся в -том слое может иметь другие - линейный размер , отражательную способность и акустическое сопротивление , причем совокупность может быть как акустически жесткой >), так и акустически мягкой <) - относительно водной среды, причем они оказались в области УЗ облучения за счет переноса водными массами с линейной скоростью течений относительно дна;but already in other areas of the surfaces of the sets of diffusers of the aquatic environment, in 1, 2, ...,, .., layers of which they are differently, but also randomly and statistically non-uniformly distributed, for example, on-volume depth horizon - their number will be already, each set of those in-that layer can have other -linear size, reflectivity and acoustic impedance, and the set can be both acoustically rigid>), and acoustically soft<) - relative to the aquatic environment, and they were in the area of ultrasonic irradiation due to the transfer by water masses with a linear velocity of currents relative to the bottom;

8) осуществляют за счет проведения цикла эхозондирования второй парой антенн - ИИА и кормовой ИПА акустические контакты с участками поверхностей 8) by conducting a cycle of echo sounding by the second pair of antennas - IIA and stern IPA, acoustic contacts with surface areas

- других совокупностей рассеивателей водной среды, в 1, 2,…,, .., слоях которой они также случайным образом и статистически неоднородно распределены, причем они оказались в области УЗ облучения за счет переноса водными массами с различными линейными скоростями течений относительно дна, например, на -том горизонте глубины с линейной скоростью течений относительно дна - количество составит при линейных размерах , отражательных способностях и акустических сопротивлениях , причем каждая совокупность может быть как акустически жесткой >), так и акустически мягкой <) - относительно водной среды, - other sets of diffusers of the aquatic environment, in 1, 2, ...,,.., layers of which they are also randomly and statistically inhomogeneously distributed, and they ended up in the area of ultrasonic irradiation due to the transfer by water masses with different linear current velocities relative to the bottom, for example, on-volume depth horizon with linear current velocity relative to the bottom - the amount will be with linear dimensions, reflectivity and acoustic impedance, and each set can be both acoustically rigid>), and acoustically soft<) - relative to the aquatic environment,

и той же границы раздела «вода - дно» с тем же самым случайным распределением донных неровностей, and the same "water - bottom" interface with the same random distribution of bottom irregularities,

что обеспечивает формирование сдвинутых во времени вторых информационных сигналов - объемного реверберационного процесса и запаздывающего эхосигнала, квадрат огибающих которых будет содержать спектр частот, а их огибающая будет флуктуировать хаотическим образом;which ensures the formation of time-shifted second information signals - a volumetric reverberation process and a delayed echo signal, the square of the envelopes of which will contain the frequency spectrum, and their envelope will fluctuate in a chaotic manner;

9) преобразуют с помощью прямого пьезоэффекта пьезоэлементов ЭАП кормовой ИПА сдвинутые во времени вторые информационные сигналы, в частности, флуктуирующего по амплитуде эхосигнала от того же самого участка поверхности границы раздела «вода - дно», имеющего случайное распределение донных неровностей, в соответствующий электрический сигнал, поступающий на вход приемного тракта аппаратуры;9) using the direct piezoelectric effect of the piezoelectric elements of the EAP of the stern IPA, time-shifted second information signals are converted, in particular, an echo signal fluctuating in amplitude from the same section of the surface of the “water-bottom” interface, which has a random distribution of bottom irregularities, into the corresponding electrical signal input to the input of the receiving path of the equipment;

10) определяют в приемном тракте аппаратуры величину коэффициента взаимной корреляции для флуктуирующих хаотическим образом во времени огибающих первого и второго электрических сигналов, соответствующих одному и тому же участку поверхности границы раздела «вода - дно», имеющего случайное распределение донных неровностей, что позволяет вычислить скорость движения судна ;10) determine in the receiving path of the equipment the value of the cross-correlation coefficient for the envelopes of the first and second electrical signals fluctuating in a chaotic manner in time, corresponding to the same section of the surface of the “water-bottom” interface, which has a random distribution of bottom irregularities, which makes it possible to calculate the speed of the vessel ;

11) отображают, регистрируют и документируют результаты измерений в аппаратуре.11) display, record and document the results of measurements in the equipment.

Однако данному взаимокорреляционному способу измерения скорости судна-носителя аппаратуры присущи следующие недостатки:However, this cross-correlation method for measuring the speed of the ship-carrier of the equipment has the following disadvantages:

1) точность измерения путевой скорости ограничена отсутствием возможности регулировки остроты направленного действия ИИА и ИПА и одночастотным режимом их функционирования. Так, например, относительная флуктуационная погрешность измерения путевой скорости (методическая погрешность измерений, обусловленная вероятностным характером флуктуаций огибающей эхосигналов от дна) определяется соотношением1) the ground speed measurement accuracy is limited by the lack of the ability to adjust the sharpness of the directional action of RIA and PIA and the single-frequency mode of their operation. So, for example, the relative fluctuation error in measuring the ground speed (methodical measurement error due to the probabilistic nature of fluctuations in the envelope of echo signals from the bottom) is determined by the relation

где коэффициент (0,3 - 0,4) определяется рассеивающими свойствами морского дна, продольный разнос (база) ИПА, время осреднения данных (см. Букатый В.М., Дмитриев В.И. Гидроакустические лаги. М.: Пищевая промышленность, 1980, с.143-157). Из (1) следует, что относительная флуктуационная погрешность измерения путевой скорости определяется техническими параметрами системы и в наибольшей степени зависит от значений измеряемой скорости, длины волны зондирующего сигнала, остроты направленного действия приемоизлучающей антенны, причем для снижения погрешности предлагается увеличивать продольный разнос антенн и время усреднения, повышать рабочую частоту и увеличивать угловую ширину основного лепестка ХН (для интерференционных антенн при неизменной апертуре при повышении рабочей частоты острота направленного действия повышается, т.е. угловая ширина основного лепестка ХН уменьшается).where coefficient (0.3 - 0.4) is determined by the scattering properties of the seabed, longitudinal spacing (base) IPA, data averaging time (see Bukaty V.M., Dmitriev V.I. Hydroacoustic lags. M.: Food industry, 1980, pp. 143-157). From (1) it follows that the relative fluctuation error of ground speed measurement is determined by the technical parameters of the system and to the greatest extent depends on the values of the measured speed, the wavelength of the probing signal, the sharpness of the directional action of the transmitting and emitting antenna, and to reduce the error, it is proposed to increase the longitudinal separation of the antennas and the averaging time, increase the operating frequency and increase the angular width of the main lobe of the XH (for interference antennas with a constant aperture, with an increase in the operating frequency, the sharpness of the directional action increases, i.e. the angular width of the main lobe of the XH decreases).

2) в способе не предусмотрена возможность изменения точности измерения глубины под килем судна. Так, маскировка реального рельефа морского дна по пути следования судна обусловлена сферичностью волнового фронта УЗ зондирующих сигналов вследствие чего возникает неопределенность в оценке фактической глубины (см. Кудрявцев В.И. Промысловая гидроакустика и рыболокация. М.: Пищевая пром-сть, 1978, с.255-258; 2) the method does not provide for the possibility of changing the accuracy of measuring the depth under the keel of the vessel. So, the masking of the real topography of the seabed along the route of the vessel is due to the sphericity of the wave front of the ultrasonic sounding signals, as a result of which there is an uncertainty in the assessment of the actual depth (see Kudryavtsev V.I. Commercial hydroacoustics and fish location. M .: Food industry, 1978, p. 255-258;

3) гидрофизические поля океана характеризуются наличием тонкой структуры ступенчатого характера, т.е. достаточно однородных по свойствам слоев с толщинами от десятков метров до единиц сантиметров, которые отделены друг от друга граничными прослойками с резкими изменениями термодинамических характеристик (температура, соленость, плотность, скорость звука). Для получения информации о наличии данной слоистой стратификации водной среды необходима обработка амплитудных и фазовых признаков сигналов объемной реверберации, работоспособность предлагаемого способа может быть основана на установлении эхоконтактов с рассеивателями, которые случайным образом и статистически неоднородно распределены в водных объемах слоев и пассивно переносятся водными массами с различными линейными скоростями течений относительно дна.3) the hydrophysical fields of the ocean are characterized by the presence of a fine structure of a stepped nature, i.e. Layers of sufficiently uniform properties with thicknesses from tens of meters to units of centimeters, which are separated from each other by boundary layers with sharp changes in thermodynamic characteristics (temperature, salinity, density, speed of sound). To obtain information about the presence of this layered stratification of the aquatic environment, it is necessary to process the amplitude and phase features of the volumetric reverberation signals, the performance of the proposed method can be based on the establishment of echo contacts with scatterers that are randomly and statistically inhomogeneously distributed in the water volumes of the layers and are passively transferred by water masses with different linear current velocities. relative to the bottom.

4) для получения более полного объема первичных данных о параметрах течений в слоях тонкой структуры статистически неоднородной водной среды актуально осуществлять измерение набора значений - размера, отражательной способности и акустического сопротивления, причем величина последнего произвольно флюктуируют относительно значения акустического сопротивления водной среды. Однако в указанном способе не предусмотрена возможность регистрации такого информативного параметра совокупностей рассеивателей в любом из слоев как акустическое сопротивление.4) in order to obtain a more complete amount of primary data on the parameters of currents in the layers of the fine structure of a statistically inhomogeneous aquatic environment, it is important to measure a set of values - size, reflectivity and acoustic resistance, and the value of the latter fluctuates arbitrarily relative to the value of acoustic resistance aquatic environment. However, this method does not provide for the possibility of registering such an informative parameter of scatterer sets in any of the layers as acoustic impedance.

Перечисленные недостатки взаимокорреляционных способов измерения путевой скорости ограничивают их применимость и делают более перспективным разработку аналогичных способов, функционирование которых основано на установлении статистической связи между случайными процессами, имеющими одинаковые корреляционные функции - двумя непрерывно регистрируемыми в реальном масштабе времени функциями распределения глубин водоема на пути следования судна.The listed shortcomings of cross-correlation methods for measuring ground speed limit their applicability and make it more promising to develop similar methods, the operation of which is based on establishing a statistical relationship between random processes that have the same correlation functions - two continuously recorded real-time functions of the distribution of water body depths along the ship's route.

В качестве прототипа выбран корреляционный гидроакустический способ, позволяющий определять путевую скорость судна, в котором для определения абсолютного значения путевой скорости используется ее однозначная зависимость от величины коэффициента взаимной корреляции двух непрерывно регистрируемых напряжений на выходах ИПИА как функций распределения глубин водоема (профиля дна) на пути следования судна (см. Справочник по гидроакустике. А.П. Евтютов, А.Е. Колесников и др. - Л.: Судостроение, 1982, с.28-29).As a prototype, a correlation hydroacoustic method was chosen that allows you to determine the ground speed of the vessel, in which, to determine the absolute value of the ground speed, its unambiguous dependence on the value of the cross-correlation coefficient of two continuously recorded voltages at the outputs of the IPIA as a function of the distribution of the depths of the reservoir (bottom profile) along the route of the vessel (see Handbook of hydroacoustics. A.P. Evtyutov, A.E. Kolesnikov et al. - L .: Shipbuilding, 198) 2, pp. 28-29).

Указанный способ реализуется следующим образом:This method is implemented as follows:

1) размещают на расстоянии в диаметральной плоскости судна, в частности, в носовой и кормовой частях днища, ИПИА эхолотных систем, которые состоят из необходимого количества электроакустических преобразователей (ЭАП), каждый из которых снабжен пьезоэлементом, узлами экранировки, гидро-, электро- и шумоизоляции, причем ИПИА ориентированы акустическими осями вертикально вниз, имеют одинаковые волновые размеры, причем облучаемые УЗ области дна под носом и кормой судна не перекрываются;1) placed at a distance in the diametrical plane of the vessel, in particular, in the fore and aft parts of the bottom, the RTSI of echo sounding systems, which consist of the required number of electroacoustic transducers (EAP), each of which is equipped with a piezoelectric element, shielding units, hydro-, electrical and noise insulation, moreover, the RTIA are oriented vertically down with acoustic axes, have the same wave sizes, and the bottom areas irradiated by ultrasound under the bow and stern of the vessel do not overlap;

2) обеспечивают работоспособность режимов излучения/приема каждого ЭАП за счет использования обратного/прямого пьезоэлектрических эффектов для пьезоэлемента простой геометрической формы (стержень, пластина, диск) с заданной резонансной частотой ;2) ensure the operability of the emission / reception modes of each EAP through the use of reverse / direct piezoelectric effects for a piezoelectric element of a simple geometric shape (rod, plate, disk) with a given resonant frequency ;

3) генерируют в излучающем тракте аппаратуры электрические колебания и преобразуют их в кратковременные амплитудно-импульсные модулированные колебания, огибающая которых повторяет форму импульсов прямоугольной формы, а посылка содержит в себе несущую частоту ;3) generate electrical oscillations in the radiating path of the equipment and convert them into short-term amplitude-pulse modulated oscillations, the envelope of which repeats the shape of rectangular pulses, and the package contains a carrier frequency ;

4) преобразуют с помощью обратного пьезоэффекта пьезоэлементов ЭАП носовой и кормовой ИПИА амплитудно-импульсных модулированных колебаний в периодические посылки УЗ волн с необходимой длительностью, обеспечивая передачу частицам водной среды акустической энергии за счет распространения колебаний с циклической частотой и формируя за счет интерференции в водной среде под носовой и кормовой частями корпуса движущегося со скоростью судна УЗ облучающие пучки;4) using the inverse piezoelectric effect of the piezoelectric elements of the EAP, bow and stern IPIA of amplitude-pulse modulated oscillations are converted into periodic bursts of ultrasonic waves with the required duration, ensuring the transmission of acoustic energy to the particles of the aquatic environment due to the propagation of oscillations with a cyclic frequency and forming due to interference in the aquatic environment under the bow and stern parts of the hull moving at speed ships ultrasonic irradiating beams;

5) осуществляют акустические контакты с участками поверхностей:5) carry out acoustic contacts with surface areas:

- совокупностей рассеивателей водной среды, в 1, 2,…,, .., слоях которой они случайным образом и статистически неоднородно распределены, каждая совокупность рассеивателей в любом из слоев обладает «уникальным» набором характеристик, в частности, на -том горизонте глубины -количество структурных элементов , их линейный размер , отражательная способность и акустическое сопротивление , отличающееся от аналогичного параметра водной среды, и нейтральную плавучесть, вследствие чего совокупности рассеивателей пассивно переносятся водными массами с различными линейными скоростями течений относительно дна, - sets of diffusers of the aquatic environment, in 1, 2, ...,, .., layers of which they are randomly and statistically inhomogeneously distributed, each set of scatterers in any of layers has a "unique" set of characteristics, in particular, on-the depth horizon -number of structural elements, their linear size, reflectivity and acoustic impedance, which differs from the similar parameter of the aquatic environment, and neutral buoyancy, as a result of which sets of scatterers are passively transferred by water masses with different linear current velocities relative to the bottom

- границы раздела «вода - дно» со случайным распределением донных неровностей, причем эти поверхности участков находятся в данный момент времени под носовой (Н) и кормовой (К) частями движущегося со скоростью судна, что обеспечивает одновременное формирование двух пространственно-временных зависимостей информационных сигналов - объемных реверберационных процессов и запаздывающих эхосигналов, квадраты огибающих которых будет содержать спектр частот, а их огибающие будет флуктуировать хаотическим образом;- the water-bottom interface with a random distribution of bottom irregularities, and these surfaces of the sections are at a given time under the bow (H) and stern (K) parts of a vehicle moving at a speed ship, which ensures the simultaneous formation of two space-time dependencies of information signals - volumetric reverberation processes and delayed echo signals, the squares of the envelopes of which will contain the frequency spectrum, and their envelopes will fluctuate in a chaotic manner;

6) преобразуют с помощью прямого пьезоэффекта пьезоэлементов ЭАП носовой и кормовой ИПИА движущегося со скоростью судна две пространственно-временные зависимости информационных сигналов, в частности, амплитуд эхосигналов от обоих облучаемых участков границы раздела «вода - дно» со случайными и различными распределениями донных неровностей, в соответствующие электрические сигналы, поступающие на вход приемного тракта аппаратуры;6) using the direct piezoelectric effect of the piezoelectric elements of the EAP, the forward and stern IPIA moving at a speed ship two spatio-temporal dependences of information signals, in particular, the amplitudes of echo signals from both irradiated sections of the "water - bottom" interface with random and different distributions of bottom irregularities, into the corresponding electrical signals entering the input of the receiving path of the equipment;

7) определяют по мере движения судна по заданному курсу две амплитудно-временные зависимости электрических сигналов и , визуализирующих акустические контакты с неровностями границы раздела «вода - дно», которые пропорциональны распределению глубин акватории под носовой и кормовой частями корпуса движущегося со скоростью судна, причем эти функции идентичны друг другу, но сдвинуты во времени на величину ;7) determine as the vessel moves along a given course, two amplitude-time dependences of electrical signals And , visualizing acoustic contacts with irregularities of the "water - bottom" interface, which are proportional to the distribution of the depths of the water area under the bow and stern parts of the hull moving at speed ship, and these functions are identical to each other, but shifted in time by an amount ;

8) определяют величину коэффициента взаимной корреляции для двух амплитудно-временных зависимостей электрических сигналов и , визуализирующих акустические контакты с неровностями границы раздела «вода - дно» и пропорциональных распределению глубин акватории под носовой и кормовой частями корпуса по курсу движения судна, что позволяет вычислить скорость движения судна ;8) determine the value of the cross-correlation coefficient for two amplitude-time dependences of electrical signals And , visualizing acoustic contacts with irregularities of the “water-bottom” interface and proportional to the distribution of the depths of the water area under the bow and stern of the hull along the course of the vessel, which allows you to calculate the speed of the vessel ;

9) отображают, регистрируют и документируют результаты измерений в аппаратуре.9) display, record and document the results of measurements in the equipment.

Однако указанный корреляционный гидроакустический способ-прототип имеет следующие недостатки:However, this correlation hydroacoustic prototype method has the following disadvantages:

1) точность измерения путевой скорости ограничена отсутствием возможности регулировки остроты направленного действия узкополосных ЭАП ИПИА и их одночастотным режимом работы. Так, например, для рассматриваемого прототипа относительная флуктуационная погрешность измерения путевой скорости , определяемая соотношением (1), так же актуальна и для рассмотренного выше аналога - способа взаимокорреляционного измерения путевой скорости (см. Логинов К.В. Электронавигационные и рыбопоисковые приборы. - М.: Легкая и пищевая пром-сть, 1983, с.203- 204). Из (1) следует, что несмотря на снижение величины относительной флуктуационной погрешности измерения путевой скорости за счет увеличения продольного разноса (базы) ИПИА, в способе отсутствует возможность увеличения точностных характеристик за счет регулировки величины важного параметра - - ширины пика взаимокорреляционной функции, что может быть необходимо при маневрировании судна с малыми скоростями движения в узкостях, на акватории гавани и т.д. В прототипе изменение ширины пика взаимокорреляционной функции затруднено тем, что данная величина определяется взаимосвязанными параметрами - длиной волны зондирующего сигнала и остротой направленного действия ИПИА. Так, при неизменной апертуре за счет уменьшения длины волны зондирующего сигнала острота направленного действия повышается, что следует из соотношения (см. А.П. Евтютов, В.Б. Митько Инженерные расчеты в гидроакустике. - 2-е изд., перераб. и доп. - Л.: Судостроение, 1988. с.17-27). Точность измерения скорости существенно ухудшается при наличии амплитудных и фазовых флюктуаций, некоррелированных с перемещением судна, - при широком основном лепестке ХН антенны и соответствующем уровне ее бокового излучения причиной таких флюктуаций могут стать сигналы поверхностной реверберации;1) the accuracy of measuring the ground speed is limited by the lack of the ability to adjust the sharpness of the directional action of narrow-band EAP IPIA and their single-frequency mode of operation. So, for example, for the prototype under consideration, the relative fluctuation error in measuring the ground speed , determined by relation (1), is also relevant for the analog discussed above - the method of cross-correlation measurement of ground speed (see Loginov K.V. Electrical navigation and fish-searching devices. - M .: Easy and food industry, 1983, p. 203-204). From (1) it follows that, despite the decrease in the relative fluctuation error of the ground speed measurement due to the increase in the longitudinal spacing (base) IPIA, in the method there is no possibility of increasing the accuracy characteristics by adjusting the value of an important parameter - - the width of the peak of the cross-correlation function, which may be necessary when maneuvering the vessel at low speeds in narrow places, in the waters of the harbor, etc. In the prototype, changing the peak width of the cross-correlation function is hampered by the fact that this value is determined by interrelated parameters - the wavelength of the probing signal and the severity of the directional action of the IPIA. So, with a constant aperture, due to a decrease in the wavelength of the probing signal, the sharpness of the directional action increases, which follows from the relationship (see A.P. Evtyutov, V.B. Mitko Engineering calculations in hydroacoustics. - 2nd ed., revised and added. - L .: Shipbuilding, 1988. p. 17-27). The speed measurement accuracy deteriorates significantly in the presence of amplitude and phase fluctuations that are not correlated with the movement of the vessel - with a wide main lobe of the XH antenna and a corresponding level of its lateral radiation, surface reverberation signals can become the cause of such fluctuations;

2) в способе не предусмотрена возможность изменения точности измерения глубины под килем. Предложенная моностатическая схема эхолотирования для повышения точности профиля глубин водоема и подробной детализации рельефа дна может предполагать действия по подбору оптимальных пространственных характеристик УЗ полей, формируемых ИПИА, что в прототипе не осуществляется;2) the method does not provide for the possibility of changing the accuracy of measuring the depth under the keel. The proposed monostatic echo sounding scheme to improve the accuracy of the depth profile of the reservoir and detailed detailing of the bottom topography may involve selection of the optimal spatial characteristics of the ultrasonic fields generated by the IPIA, which is not carried out in the prototype;

3) гидрофизические поля океана характеризуются наличием тонкой структуры ступенчатого характера, т.е. достаточно однородных по свойствам слоев с толщинами от десятков метров до единиц сантиметров, которые отделены друг от друга граничными прослойками с резкими изменениями термодинамических характеристик (температура, соленость, плотность, скорость звука). Для получения информации о наличии данной слоистой стратификации водной среды оптимальна обработка сигналов объемной реверберации, однако, в данном способе-аналоге данные измерения не осуществляются, хотя рассеиватели (пузырьки, взвешенные частицы, планктон, различные неоднородности и т.п.) в слоях имеют нейтральную плавучесть и пассивно переносятся водными массами с различными линейными скоростями течений относительно дна;3) the hydrophysical fields of the ocean are characterized by the presence of a fine structure of a stepped nature, i.e. Layers of sufficiently uniform properties with thicknesses from tens of meters to units of centimeters, which are separated from each other by boundary layers with sharp changes in thermodynamic characteristics (temperature, salinity, density, speed of sound). To obtain information about the presence of this layered stratification of the aquatic environment, the processing of volumetric reverberation signals is optimal, however, in this analogue method, these measurements are not carried out, although scatterers (bubbles, suspended particles, plankton, various heterogeneities, etc.) in the layers have neutral buoyancy and are passively transferred by water masses with different linear current velocities relative to the bottom;

4) в специфических условиях эксплуатации (маневрирование как на рейде, так и в порту, обеспечение шлюзования и швартовки) работоспособность корреляционного способа - прототипа с применением описанной выше обработки лишь амплитудных характеристик эхосигналов может быть нарушена. Дело в том, что на акваториях «рукотворных» водных путей (судоходные каналы внутренней транспортной системы рек, озер, водохранилищ и т.д., искусственные каналы и фарватеры гаваней) практически отсутствуют неровности рельефа донной поверхности за счет проведения дноуглубительных работ, в то время как различие акустических сопротивлений донной поверхности с выходами как плотных коренных пород («акустически жесткие»), так и газонасыщенных отложений - наносов («акустически мягкие») сохранено. В данных условиях эксплуатации в способе следует предусмотреть возможность регистрации изменения такого информативного параметра облучаемых участков донной поверхности на трассе движения как акустическое сопротивление границы раздела «вода-грунт». Таким образом, расширение эксплуатационных возможностей корреляционного способа - прототипа, позволяющего определять глубины акваторий и скорость судна-носителя аппаратуры относительно дна при движении на естественных и искусственных транспортных водных путях, может быть достигнуто за счет соответствующей обработки фазовых характеристик эхосигналов.4) in specific operating conditions (maneuvering both on the roads and in the port, providing locking and mooring), the performance of the correlation method - prototype using the above-described processing of only the amplitude characteristics of echo signals may be impaired. The fact is that in the water areas of “man-made” waterways (navigable channels of the internal transport system of rivers, lakes, reservoirs, etc., artificial channels and fairways of harbors) there are practically no uneven topography of the bottom surface due to dredging, while the difference in acoustic resistance of the bottom surface with outcrops of both dense bedrock (“acoustically rigid”) and gas-saturated sediments - sediment (“acus tically soft") is retained. Under these operating conditions, the method should provide for the possibility of registering a change in such an informative parameter of the irradiated areas of the bottom surface on the route as the acoustic impedance of the water-soil interface. Thus, the expansion of the operational capabilities of the correlation method - a prototype that allows you to determine the depths of water areas and the speed of the vessel-carrier of the equipment relative to the bottom when moving on natural and artificial transport waterways, can be achieved by appropriate processing of the phase characteristics of echo signals.

Общие признаки, совпадающие с заявляемым изобретением:General features coinciding with the claimed invention:

1) размещают на днище судна две ИПИА, состоящие из необходимого количества ЭАП, каждая из которых снабжен пьезоэлементом, узлами экранировки, гидро-, электро- и шумоизоляции;1) place on the bottom of the ship two ISIA, consisting of the required number of EAP, each of which is equipped with a piezoelectric element, screening units, hydro-, electrical and sound insulation;

2) обеспечивают работоспособность режимов излучения/приема каждого ЭАП за счет использования обратного/прямого пьезоэлектрических эффектов для пьезоэлемента простой геометрической формы (стержень, пластина, диск) с заданной резонансной частотой ;2) ensure the operability of the emission / reception modes of each EAP through the use of reverse / direct piezoelectric effects for a piezoelectric element of a simple geometric shape (rod, plate, disk) with a given resonant frequency ;

3) регулируют пространственное расположение акустической оси обеих ИПИА до совпадения с нормалью относительно дна, что обеспечивает облучение сверху вниз УЗ энергией участка границы раздела «вода - дно» со случайным распределением донных неровностей через совокупности рассеивателей водной среды, в слоях которой они случайным образом и статистически неоднородно распределены, имея акустическое сопротивление , отличающееся от аналогичного параметра водной среды, и нейтральную плавучесть, вследствие чего совокупности рассеивателей пассивно переносятся водными массами с различными линейными скоростями течений относительно дна;3) regulate the spatial arrangement of the acoustic axis of both RPIAs until they coincide with the normal relative to the bottom, which ensures irradiation from top to bottom with ultrasonic energy of the section of the "water - bottom" interface with a random distribution of bottom irregularities through sets of scatterers of the aquatic environment, in layers of which they are randomly and statistically inhomogeneously distributed, having acoustic resistance, which differs from the similar parameter of the aquatic environment, and neutral buoyancy, as a result of which sets of scatterers are passively transferred by water masses with different linear current velocities relative to the bottom;

4) генерируют в излучающем тракте аппаратуры электрические колебания и преобразуют их в кратковременные амплитудно-импульсные модулированные колебания, огибающая которых повторяет форму импульсов прямоугольной формы, а посылка содержит в себе несущую частоту ;4) generate electrical oscillations in the radiating path of the equipment and convert them into short-term amplitude-pulse modulated oscillations, the envelope of which repeats the shape of rectangular pulses, and the package contains a carrier frequency ;

5) преобразуют электрические сигналы с помощью прямого пьезоэффекта пьезоэлементов ЭАП ИИА амплитудно-импульсных модулированных колебаний в периодические посылки УЗ волн с необходимой длительностью, обеспечивая передачу частицам водной среды акустической энергии за счет распространения колебаний с циклической частотой , что формирует за счет интерференции в водной среде УЗ пучок;5) convert electrical signals using the direct piezoelectric effect of the piezoelectric elements of the EAP IIA of amplitude-pulse modulated oscillations into periodic sendings of ultrasonic waves with the required duration, ensuring the transmission of acoustic energy to the particles of the aquatic environment due to the propagation of oscillations with a cyclic frequency , which forms an ultrasonic beam due to interference in the aquatic environment;

6) осуществляют акустические контакты с участками поверхностей совокупностей рассеивателей водной среды, в слоях которой они случайным образом и статистически неоднородно распределены, имея акустическое сопротивление , отличающееся от аналогичного параметра водной среды, и нейтральную плавучесть, вследствие чего совокупности рассеивателей пассивно переносятся водными массами с различными линейными скоростями течений относительно дна, и границы раздела «вода - дно» со случайным распределением донных неровностей, причем эти участки поверхностей находятся в данный момент времени под носовой (Н) и кормовой (К) частями движущегося со скоростью судна, что обеспечивает формирование информационных сигналов - объемных реверберационных процессов и запаздывающих эхосигналов, квадраты огибающих которых будет содержать спектр частот, а их огибающие будет флуктуировать хаотическим образом;6) carry out acoustic contacts with surface areas of sets of diffusers of the aquatic environment, in layers of which they are randomly and statistically inhomogeneously distributed, having acoustic resistance , which differs from the similar parameter of the aquatic environment, and neutral buoyancy, as a result of which sets of scatterers are passively transferred by water masses with different linear current velocities relative to the bottom, and the “water-bottom” interface with a random distribution of bottom irregularities, and these surface areas are at a given time under the bow (H) and stern (K) parts of a vehicle moving at a speed vessel, which ensures the formation of information signals - volumetric reverberation processes and delayed echo signals, the squares of the envelopes of which will contain the frequency spectrum, and their envelopes will fluctuate in a chaotic manner;

7) преобразуют с помощью прямого пьезоэффекта пьезоэлементов ЭАП носовой и кормовой ИПИА информационные сигналы, в частности, флуктуирующие по амплитуде эхосигналы от поверхностей разных участков границы раздела «вода - дно» со случайными и отличающимися друг от друга распределениями донных неровностей, причем эти участки поверхностей находятся в данный момент времени под носовой (Н) и кормовой (К) частями движущегося со скоростью судна, в соответствующие электрические сигналы, поступающие на вход приемного тракта аппаратуры;7) using the direct piezoelectric effect of the EAP piezoelectric elements, the bow and stern IPIA information signals are converted, in particular, echo signals fluctuating in amplitude from the surfaces of different sections of the “water-bottom” interface with random and differing from each other distributions of bottom irregularities, moreover, these surface sections are at a given time under the bow (H) and stern (K) parts of the vehicle moving at speed ship, into the corresponding electrical signals entering the input of the receiving path of the equipment;

8) определяют в приемном тракте аппаратуры по мере движения судна по заданному курсу две медленно меняющиеся функции распределения глубин водоема, т.е. несовпадающие в данный момент времени зависимости электрических сигналов и , пропорциональные распределению глубин акватории под носовой и кормовой частями корпуса, причем эти функции идентичны друг другу, но сдвинуты во времени на величину ;8) determine in the receiving path of the equipment as the vessel moves along a given course, two slowly changing functions of the distribution of the depths of the reservoir, i.e. non-coinciding at a given moment in time dependencies of electrical signals And , proportional to the distribution of depths of the water area under the bow and stern of the hull, and these functions are identical to each other, but shifted in time by ;

9) определяют величину коэффициента взаимной корреляции для несовпадающих в данный момент времени зависимостей электрических сигналов и , пропорциональных распределению глубин акватории под носовой и кормовой частями корпуса на пути движения судна, что позволяет вычислить скорость движения судна ;9) determine the value of the cross-correlation coefficient for the dependencies of electrical signals that do not match at a given time And , proportional to the distribution of the depths of the water area under the bow and stern of the hull on the way of the ship, which allows you to calculate the speed of the ship ;

10) отображают, регистрируют и документируют результаты измерений в аппаратуре.10) display, record and document the results of measurements in the equipment.

К проблемам, вызванным общими недостатками прототипа и приведенных аналогов, можно отнести недостаточное соответствие эксплуатационным требованиям, в частности, невысокая угловая разрешающая способность и помехозащищенность при вертикальном зондировании как дна водоемов, так и водной толщи в условиях мелководья, при этом осуществляется обработка только амплитудных признаков эхосигналов основной частоты, в то время как для получения более полного объема первичных данных о тонкой структуре слоев неоднородной водной среды со случайно распределенными объемами рассеивателей необходимо дополнительно использовать и фазовые признаки.The problems caused by the general deficiencies of the prototype and the above analogues include insufficient compliance with the operational requirements, in particular, low angular resolution and noise immunity during vertical probe of both the bottom of water bodies and the water thickness in the conditions of shallow water, while only the amplitude features of the echosilles of the main frequency are processed, while to obtain a more complete volume Vino data on the subtle structure of layers of a heterogeneous aquatic environment with randomly distributed volumes of diffusers must additionally use phase features.

Водная среда распространения обладает нелинейностью своих упругих свойств, что приводит к возникновению при распространении интенсивной УЗ волны различных нелинейных эффектов (см. Гидроакустическая энциклопедия. Под общ. ред. В.И.Тимошенко. - Таганрог, Издательство ТРТУ. 2000. с.438 - 441). Нелинейные эффекты в акустическом поле можно рассматривать как результат изменения свойств среды в области распространения мощного зондирующего сигнала накачки с частотой , что приводит к искажению формы профиля волны конечной амплитуды при ее распространении к рассеивающей донной поверхности, т.е. генерации высших гармонических составляющих с частотами , где - порядковый номер гармоники. Акустические поля сигналов высших гармоник обладают специфическими пространственными характеристиками: на акустической оси ИПИА изменение свойств среды под действием мощной волны накачки с частотой происходит в наибольшей степени, в связи с чем угловая ширина основного лепестка ХН для каждой последующей гармоники меньше, а в направлениях дополнительных максимумов ХН на основной частоте изменение свойств среды происходит в гораздо меньшей степени, что приводит к снижению эффективности генерации гармоник в этих направлениях, т.е. уровень бокового поля ХН для каждой последующей гармоники меньше, чем у предыдущей (см. Т. Дж. Мюир. Нелинейная акустика и ее роль в геофизике морских осадков //Акустика морских осадков / Под ред. Ю. Ю. Житковского. - М.: Мир, 1977. - с. 245 - 250). Анализируя представленную в этом источнике информацию об угловых распределениях амплитуды звукового давления фазосвязанных сигналов кратных частот можно сделать вывод о том, что с их использованием целесообразна разработка многочастотного корреляционного способа измерения скорости движения, при использовании которого возможно уточнение данных:The aquatic propagation medium has a nonlinearity of its elastic properties, which leads to the appearance of various nonlinear effects during the propagation of an intense ultrasonic wave (see Hydroacoustic Encyclopedia. Under the general editorship of V.I. Timoshenko. - Taganrog, Publishing house TRTU. 2000. p. 438 - 441). Nonlinear effects in an acoustic field can be considered as a result of a change in the properties of the medium in the propagation region of a powerful probing pump signal with a frequency , which leads to a distortion of the shape of the profile of a wave of finite amplitude as it propagates towards the scattering bottom surface, i.e. generation of higher harmonic components with frequencies , Where - serial number of the harmonic. Acoustic fields of higher harmonic signals have specific spatial characteristics: on the acoustic axis of the PSIA, a change in the properties of the medium under the action of a powerful pump wave with a frequency occurs to the greatest extent, in connection with which the angular width of the main lobe of the XH for each subsequent harmonic is less, and in the directions of the additional XN maxima at the fundamental frequency the change in the properties of the medium occurs to a much lesser extent, which leads to a decrease in the efficiency of harmonic generation in these directions, i.e. the level of the lateral field HH for each subsequent harmonic is less than that of the previous one (see T. J. Muir. Nonlinear acoustics and its role in the geophysics of marine sediments // Acoustics of marine sediments / Ed. Yu. Yu. Zhitkovsky. - M .: Mir, 1977. - p. 245 - 250). Analyzing the information presented in this source on the angular distributions of the sound pressure amplitude of phase-coupled signals of multiple frequencies we can conclude that with their use it is advisable to develop a multi-frequency correlation method for measuring the speed of movement, using which it is possible to refine the data:

- детальной структуры распределения глубин водоема в реальном масштабе времени на ходу судна-носителя аппаратуры,- a detailed structure of the distribution of the depths of the reservoir in real time on the move of the vessel-carrier of the equipment,

- абсолютной (относительной) скорости движения судна-носителя,- absolute (relative) speed of the carrier vessel,

- параметров течений в слоях тонкой структуры статистически неоднородной водной среды.- flow parameters in the fine structure layers of a statistically inhomogeneous aquatic environment.

Таким образом технической проблемой для известных в уровне техники акустических способов измерения параметров течений статистически неоднородной водной среды является невозможность получения достоверной информации о параметрах течений в слоях тонкой структуры статистически неоднородной водной среды со случайно распределенными объемами рассеивателей.Thus, a technical problem for the acoustic methods known in the prior art for measuring the parameters of flows of a statistically inhomogeneous aquatic environment is the impossibility of obtaining reliable information about the parameters of flows in the fine structure layers of a statistically inhomogeneous aquatic environment with randomly distributed volumes of scatterers.

Задачей данного изобретения является создание способа, позволяющего расширить эксплуатационные возможности корреляционного способа измерения скорости течений.The objective of this invention is to create a method that allows you to expand the operational capabilities of the correlation method for measuring the speed of currents.

Технический результат изобретения заключается в повышении достоверности получения информации о параметрах течений в слоях тонкой структуры статистически неоднородной водной среды со случайно распределенными объемами рассеивателей, что позволяет получить новый объем первичных данных о подводной обстановке и добиться расширения эксплуатационных возможностей способа.The technical result of the invention is to increase the reliability of obtaining information about the parameters of the currents in the layers of the fine structure of a statistically inhomogeneous aquatic environment with randomly distributed volumes of scatterers, which makes it possible to obtain a new amount of primary data on the underwater situation and to expand the operational capabilities of the method.

Заявляемый результат достигается тем, что в известный корреляционный гидроакустический способ измерения скорости течений, в котором:The claimed result is achieved by the fact that in the well-known correlation hydroacoustic method for measuring the speed of currents, in which:

- размещают на расстоянии в диаметральной плоскости судна, в носовой и кормовой частях днища две ИПИА эхолотных систем, которые состоят из необходимого количества ЭАП, каждый из которых снабжен пьезоэлементом, узлами экранировки, гидро-, электро- и шумоизоляции, причем обе ИПИА ориентированы акустическими осями вертикально вниз, имеют одинаковые волновые размеры, причем облучаемые УЗ области дна под носом и кормой судна не перекрываются;- placed at a distance in the diametrical plane of the vessel, in the fore and aft parts of the bottom, two RTMS of echo sounding systems, which consist of the required number of EAPs, each of which is equipped with a piezoelectric element, screening units, hydro-, electrical and noise insulation, and both RTIAs are oriented vertically down with acoustic axes, have the same wave sizes, and the bottom areas irradiated by ultrasound under the bow and stern of the vessel do not overlap;

- обеспечивают работоспособность режимов излучения/приема каждого ЭАП за счет использования обратного/прямого пьезоэлектрических эффектов для пьезоэлемента простой геометрической формы (стержень, пластина, диск) с заданной резонансной частотой ;- ensure the operability of the emission / reception modes of each EAP through the use of reverse / direct piezoelectric effects for a piezoelectric element of a simple geometric shape (rod, plate, disk) with a given resonant frequency ;

- генерируют в излучающем тракте аппаратуры электрические колебания, которые преобразуют в кратковременные амплитудно-импульсные модулированные колебания, огибающая которых повторяет форму импульсов прямоугольной формы, а посылка содержит в себе несущую частоту ;- generate electrical oscillations in the radiating path of the equipment, which are converted into short-term amplitude-pulse modulated oscillations, the envelope of which repeats the shape of rectangular pulses, and the package contains a carrier frequency ;

- преобразуют с помощью прямого пьезоэффекта пьезоэлементов ЭАП носовой и кормовой ИПИА амплитудно-импульсные модулированные колебания в периодические посылки УЗ волн с заданной длительностью, обеспечивая передачу частицам водной среды акустической энергии за счет распространения колебаний с циклической частотой и формируя за счет интерференции в водной среде под носовой и кормовой частями корпуса движущегося со скоростью судна УЗ облучающие пучки;- using the direct piezoelectric effect of the EAP piezoelectric elements, the bow and stern IPIA are converted amplitude-pulse modulated oscillations into periodic bursts of ultrasonic waves with a given duration, ensuring the transmission of acoustic energy to the particles of the aquatic environment due to the propagation of oscillations with a cyclic frequency and forming due to interference in the aquatic environment under the bow and stern parts of the hull moving at a speed ships ultrasonic irradiating beams;

- осуществляют акустические контакты с участками поверхностей - совокупностей рассеивателей водной среды, в 1, 2,…,, .., слоях которой они случайным образом и статистически неоднородно распределены, при этом каждая совокупность рассеивателей в любом из слоев обладает «уникальным» набором характеристик, в частности, на -том горизонте глубины - количество структурных элементов , их линейный размер , отражательная способность и акустическое сопротивление , отличающееся от аналогичного параметра водной среды, а также нейтральной плавучестью вследствие чего совокупности рассеивателей пассивно переносятся водными массами с различными линейными скоростями течений относительно дна,- carry out acoustic contacts with areas of surfaces - sets of diffusers of the aquatic environment, in 1, 2, ..., , .., layers of which they are randomly and statistically inhomogeneously distributed, while each set of scatterers in any of layers has a "unique" set of characteristics, in particular, on -the depth horizon - the number of structural elements , their linear size , reflectivity and acoustic impedance , which differs from the similar parameter of the aquatic environment, as well as neutral buoyancy, as a result of which the sets of scatterers are passively transferred by water masses with different linear current velocities relative to the bottom

- границы раздела «вода - дно» со случайным распределением донных неровностей, причем эти поверхности участков находятся в данный момент времени под носовой и кормовой ИПИА эхолотных систем, т.е. носовой (Н) и кормовой (К) частями движущегося судна со скоростью относительно дна, что обеспечивает одновременное формирование двух пространственно-временных зависимостей информационных сигналов - объемных реверберационных процессов и запаздывающих эхосигналов, квадраты огибающих которых будет содержать спектр частот, а их огибающие будет флуктуировать хаотическим образом; - “water-bottom” interface with a random distribution of bottom irregularities, and these surfaces of the sections are at a given time under the bow and stern IPIA of the echo sounding systems, i.e. bow (H) and stern (K) parts of a moving vessel with a speed relative to the bottom, which ensures the simultaneous formation of two space-time dependences of information signals - volumetric reverberation processes and delayed echo signals, the squares of the envelopes of which will contain the frequency spectrum, and their envelopes will fluctuate in a chaotic manner;

- преобразуют с помощью прямого пьезоэффекта пьезоэлементов ЭАП носовой и кормовой ИПИА движущегося со скоростью судна две пространственно-временные зависимости информационных сигналов, амплитуды эхосигналов от обоих облучаемых участков границы раздела «вода - дно» со случайными и различными распределениями донных неровностей, в соответствующие электрические сигналы, поступающие на вход приемного тракта аппаратуры;- convert using the direct piezoelectric effect of the piezoelectric elements of the EAP bow and stern IPIA moving at a speed ship two spatio-temporal dependences of information signals, the amplitude of echo signals from both irradiated sections of the "water - bottom" interface with random and different distributions of bottom irregularities, into the corresponding electrical signals entering the input of the receiving path of the equipment;

- определяют по мере движения судна по заданному курсу две амплитудно-временные зависимости электрических сигналов и , визуализирующих акустические контакты с неровностями границы раздела «вода - дно», которые пропорциональны распределению глубин акватории под носовой и кормовой частями корпуса движущегося со скоростью судна, причем эти функции идентичны друг другу, но сдвинуты во времени на величину ;- determine as the vessel moves along a given course, two amplitude-time dependences of electrical signals And , visualizing acoustic contacts with irregularities of the "water - bottom" interface, which are proportional to the distribution of the depths of the water area under the bow and stern parts of the hull moving at speed ship, and these functions are identical to each other, but shifted in time by an amount ;

- определяют величину коэффициента взаимной корреляции для несовпадающих в данный момент времени зависимостей электрических сигналов и , пропорциональных распределению глубин акватории под носовой и кормовой частями корпуса по курсу движения судна, что позволяет вычислить скорость движения судна ; - determine the value of the cross-correlation coefficient for the dependencies of electrical signals that do not match at a given time And , proportional to the distribution of depths of the water area under the bow and stern parts of the hull along the course of the vessel, which makes it possible to calculate the speed of the vessel ;

- отображают, регистрируют и документируют результаты измерений в аппаратуре- display, record and document the results of measurements in the equipment

дополнительно введены следующие операцииadditionally introduced the following operations

- задают для обеих ИПИА эхолотных систем критерий соответствия их волновых размеров интервалу значений- set for both IPIA echo sounding systems the criterion of compliance of their wave sizes with the range of values

где - диаметр антенны, - длина волны УЗ с частотой , распространяющегося со скоростью в воде, - амплитуда звукового давления в Паскалях у поверхности ИПИА в режиме излучения;Where - antenna diameter, - ultrasonic wavelength with frequency , propagating at a speed in water, - the amplitude of the sound pressure in Pascals near the surface of the IPIA in the radiation mode;

- генерируют с помощью излучающего тракта аппаратуры электрические колебания с частотой , поступающие на две ИПИА эхолотных систем в режиме излучения;- generate with the help of the radiating path of the equipment electrical oscillations with a frequency , coming to two IRDA echo sounding systems in the radiation mode;

- преобразуют с помощью прямого пьезоэффекта пьезоэлементов ЭАП двух ИПИА эхолотных систем амплитудно-импульсные модулированные колебания в периодические посылки мощных УЗ волн с заданной длительностью, обеспечивая передачу частицам водной среды акустической энергии, достаточной для проявления нелинейных упругих свойств водной среды под носовой и кормовой частями корпуса движущегося со скоростью судна, что формирует в водной среде две параметрические излучающие антенны (ПИА), в объемах которых распределены нелинейные источники генерируемых спектральных компонент (самовоздействие);- using the direct piezoelectric effect of the piezoelectric elements of the EAP of two EPIA echo sounding systems, amplitude-pulse modulated oscillations are converted into periodic bursts of powerful ultrasonic waves with a given duration, ensuring the transfer of acoustic energy to the particles of the aquatic environment, sufficient to manifest the nonlinear elastic properties of the aquatic environment under the bow and stern parts of the hull moving at speed vessel, which forms two parametric radiating antennas (PRA) in the aquatic environment, in the volumes of which nonlinear sources of the generated spectral components are distributed (self-action);

- генерируют посредством обеих ПИА в водной среде два полигармонических пучка УЗ фазосвязанных сигналов с кратными частотами , где - порядковый номер гармоники, акустические поля гармоник соосны, их волновые векторы ориентированы вертикально вниз, причем с ростом номера гармоники пучки имеют уменьшающиеся величины поперечного сечения;- generate two polyharmonic beams of ultrasonic phase-coupled signals with multiple frequencies by means of both PIAs in the aquatic environment , Where - the serial number of the harmonic, the acoustic fields of the harmonics are coaxial, their wave vectors are oriented vertically downwards, and with an increase in the number of the harmonic, the beams have decreasing cross sections;

- устанавливают на УЗ фазосвязанных сигналах с кратными частотами акустические контакты с участками поверхностей:- installed on ultrasonic phase-coupled signals with multiple frequencies acoustic contacts with surface areas:

- совокупностей рассеивателей водной среды, в 1, 2,…,, ..., слоях которой они случайным образом и статистически неоднородно распределены, каждая совокупность рассеивателей в любом из слоев обладает «уникальным» набором характеристик, в частности, на -том горизонте глубины - количество структурных элементов , их линейный размер , отражательная способность и акустическое сопротивление , - sets of diffusers of the aquatic environment, in 1, 2, ...,, ..., layers of which they are randomly and statistically inhomogeneously distributed, each set of scatterers in any of layers has a "unique" set of characteristics, in particular, on-the depth horizon - the number of structural elements, their linear size, reflectivity and acoustic impedance,

- границы раздела «вода - дно» со случайным распределением донных неровностей,- the boundaries of the section "water - bottom" with a random distribution of bottom irregularities,

причем эти поверхности участков находятся в данный момент времени под носовой и кормовой ИПИА эхолотных систем, т.е. носовой (Н) и кормовой (К) частями движущегося судна со скоростью () относительно -го слоя, что обеспечивает формирование носовых и кормовых информационных сигналов, которые несут как амплитудную, так и фазовую информацию об участках поверхностей, позволяя судить об их отражательной способности и акустическом сопротивлении, а также о их глубине нахождения; moreover, these surfaces of the sections are at a given moment of time under the bow and stern IPIA of the echo sounding systems, i.e. bow (H) and stern (K) parts of a moving ship with a speed ( ) relatively layer, which ensures the formation bow and stern information signals that carry both amplitude and phase information about surface areas, making it possible to judge their reflectivity and acoustic resistance, as well as their depth;

15) преобразуют с помощью прямого пьезоэффекта пьезоэлементов ЭАП носовой и кормовой ИПИА носовых и кормовых информационных сигналов от15) convert using the direct piezoelectric effect of the piezoelectric elements of the EAP bow and stern IPIA bow and stern information signals from

участков поверхностей совокупностей рассеивателей водной среды, которые движутся с различными скоростями течений на 1, 2,…,, .., горизонтах глубин и находятся в данный момент времени под носовой (Н) и кормовой (К) частями движущегося со скоростью () судна относительно -го слоя,sections of surfaces of sets of scatterers of the aquatic environment that move at different speeds currents on 1, 2,…, , .., depth horizons and are currently under the bow (H) and stern (K) parts of the moving with speed ( ) vessel relative to th layer,

- и границы раздела «вода - дно» со случайным распределением донных неровностей, - and the boundaries of the section "water - bottom" with a random distribution of bottom irregularities,

в соответствующие электрические сигналы, поступающие на вход приемного тракта аппаратуры;into the corresponding electrical signals entering the input of the receiving path of the equipment;

- осуществляют вертикальную пространственную стратификацию совокупностей рассеивателей водной среды на 1, 2,…,, .., горизонтов глубин, производя в приемных трактах эхолотных систем на фазосвязанных сигналах кратных частот стробирование соответствующих электрических сигналов, установив одинаковые величины - ширины строба , их исходного расположения относительно дна, скорости и последовательности перемещения строба;- carry out vertical spatial stratification of sets of scatterers of the aquatic environment into 1, 2, ..., , .., depth horizons, producing in the receiving paths of echo sounding systems on phase-coupled signals of multiple frequencies strobe of the corresponding electrical signals by setting the same values - the width of the strobe , their initial location relative to the bottom, speed and sequence of movement of the strobe;

- вырабатывают в приемном тракте аппаратуры на каждом из фазосвязанных сигналов кратных частот по пар амплитудно-временных зависимостей электрических сигналов и , визуализирующих акустические контакты с неровностями границы раздела «вода - дно», которые пропорциональны распределению глубин акватории под носовой и кормовой частями корпуса движущегося со скоростью судна;- are generated in the receiving path of the equipment on each of the phase-coupled signals of multiple frequencies By pairs of amplitude-time dependences of electrical signals And , visualizing acoustic contacts with irregularities of the "water - bottom" interface, which are proportional to the distribution of the depths of the water area under the bow and stern parts of the hull moving at speed vessel;

- измеряют для пар идентичных друг другу, но сдвинуты в парах во времени, амплитудно-временных зависимостей электрических сигналов и , величины значений транспортных запаздываний , что позволяет рассчитать значений скорости движения судна относительно дна;- measure for pairs identical to each other, but shifted in pairs in time, amplitude-time dependences of electrical signals And , quantities transport delay values , which allows us to calculate vessel speed values relative to the bottom;

- вырабатывают в приемном тракте аппаратуры на каждом из фазосвязанных сигналов кратных частот по пар амплитудно-временных зависимостей электрических сигналов, визуализирующих акустические контакты с совокупностями рассеивателей, находящимися в отдельных 1, 2,…,, .., слоях при разделении водной среды на 1, 2,…,, .., горизонтов глубин, например, для -го горизонта глубины и , пропорциональных случайному распределению совокупностей рассеивателей в -том слое под носовой и кормовой частями корпуса движущегося со скоростью судна относительно -го слоя (горизонта);- are generated in the receiving path of the equipment on each of the phase-coupled signals of multiple frequencies By pairs of amplitude-time dependences of electrical signals visualizing acoustic contacts with sets of scatterers located in separate 1, 2,…, , .., layers when dividing the aquatic environment into 1, 2, ..., , .., depth horizons, for example, for th depth horizon And , proportional to the random distribution of sets of scatterers in - that layer under the bow and stern parts of the hull moving at a speed vessel regarding -th layer (horizon);

- измеряют для пар идентичных друг другу, но сдвинутых в парах во времени амплитудно-временных зависимостей электрических сигналов, например, для -го горизонта глубины и , величины значений транспортных запаздываний , измерив которые, рассчитывают значений скорости движения судна = относительно -го слоя (горизонта); - measure for pairs of identical to each other, but shifted in pairs in time, amplitude-time dependences of electrical signals, for example, for th depth horizon And , quantities transport delay values , having measured which, they calculate vessel speed values = relatively -th layer (horizon);

- вычисляют значений скорости течения в -том слое (горизонте глубин) как разность значений скоростей движения судна относительно -го слоя (горизонта глубин) и скоростей движения судна относительно дна, где знак «+» соответствует попутному, знак «-» - встречному направлению течения в -том слое (горизонте глубины) водоема соответственно относительно вектора скорости движения судна;- calculate speed values currents in -th layer (depth horizon) as the difference between the values ship's speed relative to -th layer (depth horizon) and velocities vessel relative to the bottom, where the “+” sign corresponds to the passing, the “-” sign - to the opposite direction of the current in -th layer (depth horizon) of the reservoir, respectively, relative to the velocity vector of the vessel;

- вырабатывают в приемном тракте аппаратуры на двух фазосвязанных сигналах кратных частот по две амплитудно-временные зависимости электрических сигналов, визуализирующих акустические контакты и сопротивления совокупностей рассеивателей, находящихся в отдельных 1, 2,…,, .., слоях при разделении водной среды на 1, 2,…,, .., горизонтов глубин, например, для -го горизонта глубины и , пропорциональных случайному распределению значения акустического сопротивления (мягкого или жесткого относительно водной среды) совокупностей рассеивателей в -том слое под носовой и кормовой частями корпуса движущегося со скоростью судна относительно -го слоя (горизонта);- are generated in the receiving path of the equipment on two phase-coupled signals of multiple frequencies two amplitude-time dependences of electrical signals visualizing acoustic contacts and resistances of scatterer sets located in separate 1, 2, ...,, .., layers when dividing the aquatic environment into 1, 2, ...,, .., depth horizons, for example, forth depth horizon And, proportional to the random distribution of the acoustic resistance value (soft or hard relative to the aquatic environment) of sets of scatterers in- that layer under the bow and stern parts of the hull moving at a speed vessel regarding-th layer (horizon);

- измеряют для двух идентичных друг другу, но сдвинутых в парах во времени амплитудно-временных зависимостей электрических сигналов, визуализирующих акустические контакты, и сопротивления совокупностей рассеивателей, например, для -го горизонта глубины и , величину значения транспортного запаздывания , измерив которую, рассчитывают значение скорости движения судна = относительно -го слоя (горизонта);- they are measured for two identical to each other, but shifted in pairs in time, amplitude-time dependences of electrical signals that visualize acoustic contacts, and the resistance of scatterer sets, for example, for th depth horizon And , the value of the transport delay , by measuring which, calculate the value of the ship's speed = relatively -th layer (horizon);

- определяют значения средних арифметических величин скоростей: - determine the values of the arithmetic mean values of speeds:

1)абсолютного движения судна, т.е. относительно дна, 1) the absolute movement of the ship, i.e. relative to the bottom

2) относительного движения судна, т.е. относительно 1, 2,…,, .., слоев,2) the relative motion of the vessel, i.e. with respect to 1, 2,…, , .., layers,

3) пассивного переноса совокупностей рассеивателей, находящихся в отдельных 1, 2,…,, .., слоях при разделении водной среды на 1, 2,…,, .., горизонтов глубин;3) passive transfer of sets of scatterers located in separate 1, 2, ..., , .., layers when dividing the aquatic environment into 1, 2, ..., , .., depth horizons;

- осуществляют отображение, регистрацию и документирование результатов измерений в аппаратуре: - carry out display, registration and documentation of measurement results in the equipment:

1) детальной структуры распределения глубин водоема в реальном масштабе времени на ходу судна-носителя аппаратуры,1) a detailed structure of the distribution of the depths of the reservoir in real time on the move of the vessel-carrier of the equipment,

2) абсолютной (относительной) скорости движения судна-носителя,2) the absolute (relative) speed of the carrier ship,

3) параметров течений в слоях тонкой структуры статистически неоднородной водной среды, который представлен в виде вертикального профиля скорости течения в k слоях стратифицированного водного объема, который спроецирован на диаметральную плоскость судна.3) the parameters of currents in the layers of the fine structure of a statistically inhomogeneous aquatic environment, which is presented as a vertical profile of the current velocity in k layers of a stratified water volume, which is projected onto the diametrical plane of the ship.

Предлагаемый способ поясняется следующими чертежами.The proposed method is illustrated by the following drawings.

На фиг.1 показана структурная схема устройства, реализующего заявляемое изобретение;Figure 1 shows a block diagram of a device that implements the claimed invention;

на фиг.2 - схематично изображены зависимости величин электрических напряжений , вырабатываемых приемными трактами носовой и кормовой эхолотных систем, от текущего времени на зондирующих сигналах кратных частот: -, , ….. , т.е. функции глубины моря (профили дна на спектральных компонентах полигармонического зондирующего сигнала);figure 2 - schematically shows the dependence of the values of electrical voltages , produced by the receiving paths of the bow and stern echo sounding systems, from the current time on probing signals of multiple frequencies: -, , ….. , i.e. functions of the sea depth (bottom profiles on the spectral components of the polyharmonic sounding signal);

на фиг.3. схематично изображены: in Fig.3. schematically shown:

а) слой водного объема, содержащий совокупности рассеивателей - «акустически мягкую» (слева, насыщенный пузырьками газа планктон, < ), «акустически жесткую» (справа, насыщенный взвешенными частицами объем, > ); б) зависимости видеоимпульсных информационных электрических сигналов и от времени t, пропорциональные распределению акустического сопротивления совокупностей рассеивателей в этом слое.a) a layer of the water volume containing sets of scatterers - “acoustically soft” (on the left, plankton saturated with gas bubbles, < ), “acoustically hard” (on the right, the volume saturated with suspended particles, > ); b) dependencies of video-pulse information electrical signals And on time t, which are proportional to the distribution of acoustic resistance of sets of scatterers in this layer.

Реализующий предлагаемый способ многочастотный корреляционный гидроакустический лаг (фиг.1) функционально объединяет в себе две (нос и корма) эхолотовые системы (излучение, прием, отображение и регистрация информации), дополненные общими трактами: корреляционной обработки информации, измерения скорости судна, фазовой обработки и управления. Эхолотовые системы имеют общий тракт излучения: генератор 1 соединен через последовательно включенные хронизатор-модулятор 2, усилитель мощности 3 и коммутаторы 4 и 5 в режиме «Передача» с ИПИА 6 и 7 (корма и нос соответственно). Носовая 7 и кормовая 6 ИПИА размещены в диаметральной плоскости вдоль корпуса судна на расстоянии (база) , ориентированы акустическими осями вертикально вниз к поверхности морского дна. УЗ эхоконтакты с разными, но принадлежащими одному маршруту следования, участками донной поверхности осуществляются через водную среду. Водная среда имеет неоднородную тонкую структуру, обладающую граничными прослойками с резкими изменениями термодинамических характеристик (температура, соленость, скорость звука) для слоев совокупностей рассеивателей, которые случайным образом и статистически неоднородно распределены в водных объемах слоев (от 1 до k), имея различное акустическое сопротивление и нейтральную плавучесть, пассивно переносятся водными массами с различными линейными скоростями течений относительно дна. Эхолотовые системы имеют раздельные приемные тракты. ИПИА 6 через коммутатор 4 (корма) в режиме «Прием» соединена через параллельно включенных цепочек из последовательно соединенных полосовых фильтров 8, 9, ….,10 (частоты ), стробируемых усилителей 14, 15, …,16, амплитудных детекторов 20, 21, ...,22 с -входовым аналоговым ключом 26, а ИПИА 7 через коммутатор 5 (нос) в режиме «Прием» соединена через параллельно включенных цепочек из последовательно соединенных полосовых фильтров 11, 12, ….,13 (частоты ), стробируемых усилителей 17, 18, …,19, амплитудных детекторов 23, 24, …,25 с - входовым аналоговым ключом 27. В обеих эхолотовых системах предусмотрены тракты отображения и регистрации информации, для чего выходы -входовых аналоговых ключей соединены со входами индикаторов и регистраторов: в кормовой эхолотной системе - -входовый аналоговый ключ 26 - с индикатором 33 и регистратором 34, а в носовой эхолотной системе - - входовый аналоговый ключ 27 - с индикатором 35 и регистратором 36. Приемные тракты эхолотовых систем подключены к общему тракту корреляционной обработки информации и измерения путевой скорости судна: выходы -входовых аналоговых ключей 26 и 27 соединены с двумя входами перемножающего устройства 29, причем аналоговый ключ 26 (корма) - через блок регулируемой задержки времени 28, управляющий вход которого соединен через экстремальный регулятор 32 с выходом интегратора 30 и входом измерительного прибора 31. Вход интегратора 30 соединен с выходом перемножающего устройства 29. Функционирование блоков эхолотовых систем определяется трактом управления: управляющие входы стробируемых усилителей 14, 15, …,16 и 17, 18, …,19, аналоговых ключей 26 и 27, индикаторов 33 и 35, регистраторов 34 и 36, хронизатора-модулятора 2 соединены с соответствующими выходами блока управления 37. Фазовая обработка осуществляется в приемных трактах обеих эхолотных систем. Так, в приемном тракте носовой (Н) эхолотной системы (фиг.1) после фильтрации (полосовой фильтр 11, частота и полосовой фильтр 12, частота ) и усиления (усилитель 17, частота и усилитель 18, частота ) выделяются - электрический сигнал c частотой , который после удвоителя частоты 40 () подают на первый вход фазового детектора 44, а также электрический сигнал с частотой через фазовращатель 42 подается на второй вход фазового детектора 44, выход которого соединен с дополнительным входом -входового аналогового ключа 27. Выход -входового аналогового ключа 27 соединен как с индикатором 35, так и с регистратором 36, а также через блок регулируемой задержки времени 28 с первым входом перемножителя 29. На управляющий вход фазовращателя 42 подается электрический сигнал с соответствующего выхода блока формирования управляющих напряжений 38, который запускается синхроимпульсом с дополнительного выхода блока управления 37. Характеристики разнополярного электрического сигнала , формируемого на выходе фазового детектора 44 и подаваемого через блок регулируемой задержки времени 28 на первый вход перемножителя 29, пропорциональны изменению такого информативного параметра облучаемых участков совокупностей рассеивателей, находящихся в выделенном слое на заданном горизонте глубины под носовой эхолотной системой на трассе движения судна, как акустическое сопротивление совокупностей рассеивателей, причем при лоцировании «акустически мягких» а (насыщенный пузырьками газа планктон, < ) сигнал будет иметь отрицательную полярность, а для «акустически жесткой» (насыщенный взвешенными частицами объем, > ) - положительную, а для областей с промежуточными значениями акустического сопротивления электрический сигнал будет иметь флюктуирующую амплитуду и полярность. Фазовая обработка в приемном тракте кормовой (К) эхолотной системы осуществляется аналогичным образом: - после фильтрации (полосовой фильтр 8, частота и полосовой фильтр 9, частота ) и усиления (усилитель 14, частота и усилитель 15, частота ) выделяются - электрический сигнал c частотой , который после удвоителя частоты 39 () подают на первый вход фазового детектора 43, а также электрический сигнал с частотой через фазовращатель 41 подается на второй вход фазового детектора 43, выход которого соединен с дополнительным входом -входового аналогового ключа 26. Выход -входового аналогового ключа 26 соединен с индикатором 33 и с регистратором 34, а также со вторым входом перемножителя 29. На второй вход перемножителя 29 поступает разнополярный электрический сигнал , формируемый на выходе фазового детектора 43, который пропорционален изменению такого информативного параметра облучаемых участков совокупностей рассеивателей, находящихся под кормовой эхолотной системой на трассе движения судна, как акустическое сопротивление. Отметим, что электрический сигнал , формируемый на выходе фазового детектора 44 кормовой эхолотной системой на трассе движения судна, будет запаздывать на промежуток времени относительно электрического сигнала , уже сформированного на выходе фазового детектора 43 носовой эхолотной системой на трассе движения судна. Таким образом, по мере движения судна по заданному курсу непрерывно определяются две амплитудно-временные зависимости электрических сигналов и , визуализирующих акустические контакты и сопротивления совокупностей рассеивателей, находящихся в отдельных 1, 2,…,, .., слоях при разделении водной среды на 1, 2,…,, .., горизонтов глубин, например, для -го горизонта глубины и , пропорциональных случайному распределению значения акустического сопротивления (мягкого или жесткого относительно водной среды) совокупностей рассеивателей в -том слое под носовой и кормовой частями корпуса движущегося со скоростью судна относительно -го слоя (горизонта). Implementing the proposed method, the multi-frequency correlation hydroacoustic log (figure 1) functionally combines two (bow and stern) echo sounding systems (radiation, reception, display and registration of information), supplemented by common paths: correlation processing of information, measuring the speed of the vessel, phase processing and control. Echo sounding systems have a common radiation path: generator 1 is connected through serially connected timer-modulator 2, power amplifier 3 and switches 4 and 5 in the "Transmission" mode with IPIA 6 and 7 (stern and bow, respectively). Bow 7 and stern 6 IPIA are placed in the diametrical plane along the ship's hull at a distance (base), are oriented with their acoustic axes vertically down to the seabed surface. Ultrasonic echo contacts with different, but belonging to the same route, sections of the bottom surface are carried out through the aquatic environment. The aquatic environment has an inhomogeneous fine structure with boundary layers with sharp changes in thermodynamic characteristics (temperature, salinity, sound speed) for layers of sets of scatterers that are randomly and statistically inhomogeneously distributed in the water volumes of the layers (from 1 tok), having different acoustic impedance and neutral buoyancy, are passively carried by water masses with different linear current velocities relative to the bottom. Echo sounding systems have separate receiving paths. IPIA 6 through switch 4 (stern) in the "Receive" mode is connected through parallel-connected chains of series-connected band-pass filters 8, 9, ...., 10 (frequencies), gated amplifiers 14, 15, ..., 16, amplitude detectors 20, 21, ..., 22 s-input analog key 26, and IPIA 7 through the switch 5 (nose) in the "Receive" mode is connected through parallel-connected chains of series-connected band-pass filters 11, 12, ...., 13 (frequencies), gated amplifiers 17, 18, ..., 19, amplitude detectors 23, 24, ..., 25 s- input analog key 27. In both echo sounding systems, paths for displaying and recording information are provided, for which the outputs- input analog keys are connected to the inputs of indicators and recorders: in the stern echo sounding system -- input analog key 26 - with indicator 33 and recorder 34, and in the bow echo sounder system -- input analog key 27 - with indicator 35 and recorder 36. Receiving paths of echo sounding systems are connected to a common path for correlation processing of information and measuring the ground speed of the ship: outputs- input analog switches 26 and 27 are connected to two inputs of the multiplying device 29, and the analog switch 26 (stern) is connected through the adjustable time delay unit 28, the control input of which is connected through the extreme controller 32 to the output of the integrator 30 and the input of the measuring device 31. The input of the integrator 30 is connected to the output of the multiplying device 29. Operated amplifiers 14, 15, ..., 16 and 17, 18, ..., 19, analog switches 26 and 27, indicators 33 and 35, recorders 34 and 36, and the chronizer-modulator 2 are connected to the corresponding outputs of the control unit 37. Phase processing is carried out in the receiving paths of both echo sounding systems. So, in the receiving path of the nasal (N) echo sounding system (figure 1) after filtering (bandpass filter 11, frequency and bandpass filter 12, frequency) and amplification (amplifier 17, frequency and amplifier 18, frequency) stand out - electrical signal with frequency, which after frequency doubler 40 () is fed to the first input of the phase detector 44, as well as an electrical signal with frequency through the phase shifter 42 is fed to the second input of the phase detector 44, the output of which is connected to an additional input- input analog key 27. Exit-input analog switch 27 is connected both to the indicator 35 and to the recorder 36, and also through the adjustable time delay unit 28 with the first input of the multiplier 29. The control input of the phase shifter 42 is supplied with an electrical signal from the corresponding output of the control voltage generation unit 38, which is triggered by a sync pulse from the additional output of the control unit 37. Characteristics of a bipolar electrical signal, formed at the output of the phase detector 44 and fed through the adjustable time delay unit 28 to the first input of the multiplier 29, are proportional to the change in such an informative parameter of the irradiated areas of the scatterer sets located in the selected layer at a given depth horizon under the bow echo sounder system on the ship’s route, as the acoustic resistance of the scatterer sets, and when locating “acoustically soft” a (plankton saturated with gas bubbles, <) the signal will have a negative polarity, and for "acoustically hard" (volume saturated with suspended particles, >) is positive, and for areas with intermediate values of acoustic impedance, the electrical signal will have a fluctuating amplitude and polarity. Phase processing in the receiving path of the stern (K) echo sounding system is carried out in a similar way: - after filtering (bandpass filter 8, frequency and bandpass filter 9, frequency) and amplification (amplifier 14, frequency and amplifier 15, frequency) stand out - electrical signal with frequency, which after frequency doubler 39 () is fed to the first input of the phase detector 43, as well as an electrical signal with frequency through the phase shifter 41 is fed to the second input of the phase detector 43, the output of which is connected to an additional input- input analog key 26. Output- input analog switch 26 is connected to the indicator 33 and to the registrar 34, as well as to the second input of the multiplier 29. The second input of the multiplier 29 receives a bipolar electrical signal, formed at the output of the phase detector 43, which is proportional to the change in such an informative parameter of the irradiated areas of the sets of scatterers located under the stern echo sounding system on the ship's route, as acoustic resistance. Note that the electrical signal, formed at the output of the phase detector 44 by the stern echo sounding system on the ship's route,will be delayed by a period of time relative to electrical signal, already formed at the output of the phase detector 43 by the bow echo sounding system on the ship's route. Thus, as the vessel moves along a given course, two amplitude-time dependences of electrical signals are continuously determined And, visualizing the acoustic contacts and resistances of diffuser sets located in separate 1, 2,…,, .., layers when dividing the aquatic environment into 1, 2, ...,, .., depth horizons, for example, forth depth horizon And, proportional to the random distribution of the value of acoustic resistance (soft or hard relative to the water environment) of sets of scatterers in- that layer under the bow and stern parts of the hull moving at a speed vessel with regard toth layer (horizon).

Заявляемый способ с помощью многочастотного корреляционного гидроакустического лага, реализующего предлагаемый способ, происходит следующим образом. The inventive method using a multi-frequency correlation hydroacoustic lag that implements the proposed method occurs as follows.

Генератор 1 излучающего тракта эхолотных систем вырабатывает электрический сигнал с частотой , поступающий на вход хронизатора-модулятора 2, приводящегося в рабочее состояние оператором по команде с блока управления 37, в результате чего на выходе хронизатора-модулятора 2 получаем радиоимпульс с гармоническим заполнением. После усилителя мощности 3 радиоимпульс поступает через коммутаторы 5 и 4 в режиме «Передача» на ИПИА 7 и 6 (нос и корма соответственно), излучающие мощные (в соответствии с соотношением (2)) зондирующие УЗ сигналы в водную среду, обладающую нелинейностью своих упругих характеристик. Носовая 7 и кормовая 6 ИПИА эхолотных систем размещены в диаметральной плоскости вдоль корпуса судна на расстоянии и ориентированы акустическими осями вертикально вниз (фиг.1), причем их ХН должны иметь такую остроту направленного действия, чтобы облучаемые области дна не перекрывались. Generator 1 of the radiating path of echo sounding systems generates an electrical signal with frequency , supplied to the input of the chronizer-modulator 2, which is put into operation by the operator on command from the control unit 37, as a result of which a radio pulse is obtained at the output of the chronizer-modulator 2 with harmonic content. After power amplifier 3 radio pulse enters through the switches 5 and 4 in the “Transmission” mode to the IPIA 7 and 6 (bow and stern, respectively), emitting powerful (in accordance with relation (2)) probing ultrasonic signals into the aquatic environment, which has a nonlinearity of its elastic properties. Bow 7 and stern 6 IRIA echo sounding systems are placed in the diametrical plane along the ship's hull at a distance and oriented acoustic axes vertically downwards (figure 1), and their XN must have such a sharpness of the directional action that the irradiated areas of the bottom do not overlap.

Отметим, что носовая 7 и кормовая 6 ИПИА эхолотных систем обеспечивают формирование и прием волновых процессов в водной среде, т.к. именно УЗ является эффективным для передачи и получения информации в водной среде, причем проектирование данного многочастотного корреляционного способа измерения параметров водной среды обусловливает существенное увеличение мощностей излучаемых волн. В данных условиях начинает меняться роль гидроакустического канала как звукопроводящей среды - от «линейной» акустики, в рамках которой изменение плотности воды еще линейно зависит от изменения звукового давления распространяющегося волнового процесса, что обусловливает выполнение принципа суперпозиции до «нелинейной» акустики, где начинает проявляться нелинейность ее упругих свойств, вызывающая как самовоздействие, так и взаимодействие распространяющихся волн конечной амплитуды, приводя к генерации новых спектральных компонент комбинационных частот. Следует учитывать, что все процессы, приводящие к уменьшению плотности потока акустической энергии - диссипативные, дифракционные и т.д. ослабляют нелинейные явления, что делает актуальным прояснение области значений нелинейного режима как для ЭАП носовой 7 и кормовой 6 ИПИА эхолотных систем, так и излучаемых мощных волн. Ниже обсудим критерий соответствия (6) волновых размеров для ЭАП обеих 6, 7 ИПИА эхолотных систем интервалу значений 10 < < , что обеспечивает работоспособность многочастотного корреляционного гидроакустического лага, в котором реализуется предлагаемый способ. Note that the bow 7 and stern 6 IRIA echo sounding systems provide the formation and reception of wave processes in the aquatic environment, because It is ultrasound that is effective for transmitting and receiving information in the aquatic environment, and the design of this multi-frequency correlation method for measuring the parameters of the aquatic environment causes a significant increase in the power of the emitted waves. Under these conditions, the role of the hydroacoustic channel as a sound-conducting medium begins to change - from "linear" acoustics, within which the change in water density still linearly depends on the change in the sound pressure of the propagating wave process, which determines the implementation of the superposition principle to "nonlinear" acoustics, where the nonlinearity of its elastic properties begins to manifest itself, causing both self-action and interaction of propagating waves of finite amplitude, leading to the generation of new spectral components of combination frequencies. It should be taken into account that all processes leading to a decrease in the acoustic energy flux density - dissipative, diffractive, etc. weaken non-linear phenomena, which makes it important to clarify the range of values of the non-linear regime both for the EAP bow 7 and stern 6 IPIA echo sounding systems, and emitted powerful waves. Below we will discuss the criterion for the correspondence (6) of the wave sizes for the EAP of both 6, 7 IPIA echo sounding systems to the range of values 10 < < , which ensures the operability of the multi-frequency correlation hydroacoustic lag, in which the proposed method is implemented.

В нелинейной акустике принято оценивать относительное влияние диссипативных, дифракционных и нелинейных эффектов на мощные излучаемые волны, рассчитав безразмерные величины: параметр Хохлова , число Рейнольдса или параметр (см. Новиков Б. К., Руденко О. В., Тимошенко В. И. Нелинейная гидроакустика. - Л.: Судостроение, 1981. - 264 с., стр.13-14, 100 -102, Зарембо Л.К., Красильников В.А. Введение в нелинейную акустику. - М.: Изд-во «Наука», 1966. - 520 с., стр. 98 -110) для конкретного ЭАП с использованием соотношений: In nonlinear acoustics, it is customary to evaluate the relative influence of dissipative, diffractive, and nonlinear effects on powerful radiated waves by calculating dimensionless quantities: the Khokhlov parameter , the Reynolds number or parameter (see Novikov B.K., Rudenko O.V., Timoshenko V.I. Nonlinear hydroacoustics. - L .: Shipbuilding, 1981. - 264 p., pp. 13-14, 100 -102, Zarembo L.K., Krasilnikov V.A. Introduction to nonlinear acoustics. - M .: Publishing house "Nauka", 1966. - 520 pp., pp. 98 -110) for a specific EAP using the ratios:

-расстояние разрыва плоской волны с частотой (рад/с) и амплитудой звукового давления (Па) у поверхности ЭАП, м; - distance of a plane wave break with a frequency (rad/s) and sound pressure amplitude (Pa) at the EAP surface, m;

- длина области дифракции Френеля для волны накачки с частотой (рад/с), м; is the length of the Fresnel diffraction region for a pump wave with a frequency (rad/s), m;

- расстояние затухания акустической волны, м. Коэффициент затухания (Нп/м) акустического сигнала с частотой в морской воде рассчитывать по соотношениям Шихи и Хелли, а также Либермана (см. Новиков Б. К., Руденко О. В., Тимошенко В. И. Нелинейная гидроакустика. - Л.: Судостроение, 1981. - 264 с., стр.23-26). Для пресной воды коэффициент затухания (Нп/м) связан с частотой (1/с) следующим уравнением: (см. Яковлев А.Н., Каблов Г.П. Гидролокаторы ближнего действия. - Л.:Судостроение, 1983.-200с., стр.7-9) - acoustic wave attenuation distance, m. Attenuation coefficient (Np/m) acoustic signal with frequency in sea water, calculate according to the ratios of Sheehy and Helly, as well as Lieberman (see Novikov B.K., Rudenko O.V., Timoshenko V.I. Nonlinear hydroacoustics. - L .: Shipbuilding, 1981. - 264 p., pp. 23-26). For fresh water attenuation factor (Np/m) related to frequency (1/s) by the following equation: (see Yakovlev A.N., Kablov G.P. Short-range sonars. - L .: Shipbuilding, 1983.-200s., pp. 7-9)

амплитуда звукового давления сигнала накачки у поверхности ЭАП, Па. Здесь: amplitude of the sound pressure of the pump signal near the EAP surface, Pa. Here:

амплитуда звукового давления сигнала накачки, приведенного к расстоянию 1 метр от ЭАП с учетом затухания. the amplitude of the sound pressure of the pump signal, reduced to a distance of 1 meter from the EAP, taking into account attenuation.

Приближенно оценивать предельные значения амплитуд звукового давления накачки, при которых начинают проявляться нелинейные эффекты, предложено (см Новиков Б. К., Руденко О. В., Тимошенко В. И. Нелинейная гидроакустика. - Л.: Судостроение, 1981. - 264 с., стр.248-252) следующим образом. Образование разрывов для плоских волн характеризуется величиной параметра отсюда соответствующая амплитуда звукового давления у поверхности ЭАП равнаApproximately estimate the limiting values of the pumping sound pressure amplitudes at which nonlinear effects begin to appear, it was proposed (see Novikov B.K., Rudenko O.V., Timoshenko V.I. Nonlinear hydroacoustics. - L .: Shipbuilding, 1981. - 264 p., pp. 248-252) as follows. The formation of discontinuities for plane waves is characterized by the value of the parameter hence the corresponding amplitude of the sound pressure near the EAP surface is equal to

где - диссипативный коэффициент среды. Но так как дифракционные явления значительно ослабляют нелинейные эффекты, то для ограниченных пучков накачки при этих значениях разрыв может и не наступить. Тогда, пренебрегая нелинейным затуханием волны накачки и полагая , предельные уровни амплитуд звукового давления рассчитывают по формулеWhere - dissipative coefficient of the medium. But since diffraction phenomena significantly weaken nonlinear effects, for limited pump beams at these values breakup may or may not occur. Then, neglecting the nonlinear damping of the pump wave and assuming , the limiting levels of sound pressure amplitudes are calculated by the formula

Таким образом, амплитуда звукового давления у поверхности ЭАП для каждого из сигналов накачки ПИА заключена в пределах, определяемых в соответствии с (8) и (9). Соотношение (9) с учетом того, что диаметр ИПИА , и частота , можно преобразовать и представить в виде Thus, the amplitude of the sound pressure near the surface of the EAP for each of the pump signals, the FIA lies within the limits determined in accordance with (8) and (9). Relation (9) taking into account the fact that the diameter of the IPIA , and frequency , can be transformed and presented in the form

что ограничивает сверху величину волнового размера ЭАП для ИПИА 7 и 6 (нос и корма соответственно) эхолотных систем, причем нижнюю границу () можно установить из результатов экспериментов (см Новиков Б. К., Руденко О. В., Тимошенко В. И. Нелинейная гидроакустика. - Л.: Судостроение, 1981. - 264 с., стр.161-165,171-179,182-188).which limits the value of the EAP wave size from above for IPIA 7 and 6 (bow and stern, respectively) echo sounding systems, and the lower boundary ( ) can be established from the results of experiments (see Novikov B.K., Rudenko O.V., Timoshenko V.I. Nonlinear hydroacoustics. - L .: Shipbuilding, 1981. - 264 p., pp. 161-165, 171-179, 182-188).

Проведем анализ типичных результатов экспериментальных измерений пространственных характеристик акустических сигналов кратных частот, полученных при реализации «линейного» и «нелинейного» режимов излучения мощного одночастотного сигнала накачки, например, для ЭАП ИПИА рыбопоисковой аппаратуры гидролокатора «Таймень-М» в режиме самовоздействия (см. Волощенко В.Ю., Волощенко А.П. Параметрические гидроакустические средства ближнего подводного наблюдения. Южный федеральный университет. - Ростов-на-Дону; Таганрог: Изд-во ЮФУ, 2018.-176 с., стр.29-42). Так, для ИПИА РПА «Таймень-М» представлены несколько угловых распределений амплитуд звуковых давлений для акустических сигналов кратных частот, полученные в двух режимах:Let us analyze the typical results of experimental measurements of the spatial characteristics of acoustic signals of multiple frequencies obtained by implementing the "linear" and "nonlinear" modes of radiation of a powerful single-frequency pump signal, for example, for the EAP of the IPIA fish-searching equipment of the Taimen-M sonar in the self-action mode (see Voloshchenko V.Yu., Voloshchenko A.P. Parametric hydroacoustic means of short-range underwater observation. Southern Federal University. - Rostov-on- Don, Taganrog: Publishing house of Southern Federal University, 2018.-176 p., pp. 29-42). So, for IPIA RPA "Taimen-M" several angular distributions of sound pressure amplitudes for acoustic signals of multiple frequencies are presented, obtained in two modes:

1) ()- «линейный», соответствующий непосредственному возбуждению ЭАП антенны на частотах =50 кГц (), =100 кГц (), =150 кГц ();1) ( ) - "linear", corresponding to the direct excitation of the EAP of the antenna at frequencies =50 kHz ( ), =100 kHz ( ), =150 kHz ( );

2) () - «нелинейный», соответствующий штатному режиму возбуждения ЭАП антенны РПА на частоте =50 кГц (), что приводит к генерации в водной среде высших гармоник ().2) ( ) - "non-linear", corresponding to the standard mode of excitation of the EAP of the RPA antenna at the frequency =50 kHz ( ), which leads to the generation of higher harmonics in the aquatic environment ( ).

Итак, ИПИА гидролокатора «Таймень-М» имеет: в «нелинейном» режиме - на частоте =50 кГц угловую ширину основного лепестка ХН по уровню 0,7 =14,4° и уровень бокового излучения =(-19 дБ); на частоте = 100 кГц - =10,8° и = (- 23 дБ); на частоте = 150 кГц - =8,1° и = (-23 дБ);So, the IPIA of the Taimen-M sonar has: in the "nonlinear" mode - at a frequency \u003d 50 kHz angular width of the main lobe XH at a level of 0.7 \u003d 14.4 ° and the level of lateral radiation =(-19 dB); at frequency = 100 kHz - =10.8° and = (- 23 dB); at frequency = 150 kHz - =8.1° and = (-23 dB);

в «линейном» режиме непосредственного возбуждения - на частоте =50 кГц угловую ширину основного лепестка ХН по уровню 0,7 = 14,4° и уровень бокового излучения = (-19 дБ); на частоте = 100 кГц - = 7,2° и = (-19 дБ); на частоте = 150 кГц - = 4,8° и = (-18 дБ).in the "linear" mode of direct excitation - at a frequency\u003d 50 kHz angular width of the main lobe XH at a level of 0.7 = 14.4° and the level of lateral radiation = (-19 dB); at frequency= 100 kHz -= 7.2° and= (-19 dB); at frequency= 150 kHz -= 4.8° and= (-18 dB).

Из представленных данных видно, что в «линейном» случае на всех частотах УЗ уровень бокового поля ХН практически не изменяется (-18 дБ), а угловая ширина основного лепестка ХН уменьшается в соответствии с известными закономерностями - (14,4°, 7,2°, 4,8°) - (см. А.П. Евтютов, В.Б. Митько Инженерные расчеты в гидроакустике. - 2-е изд., перераб. и доп. - Л.:Судостроение, 1988. с.17-27), в «нелинейном» режиме мощный акустический сигнал наиболее заметно меняет упругие свойства водной среды именно на оси антенны, что и приводит к существенному ослаблению бокового поля -от (-18 дБ) до (-23 дБ) - и постепенному обострению основного лепестка - (14,4°, 10,8°, 8,1°), причем применение «нелинейного режима» существенно расширяет рабочий диапазон устройства, реализующего предлагаемый способ.It can be seen from the presented data that in the “linear” case at all US frequencies, the level of the side field of the XH practically does not change (-18 dB), and the angular width of the main lobe of the XN decreases in accordance with the known patterns - (14.4 °, 7.2 °, 4.8 °) - (see A.P. Evtyutov, V.B. Mitko Engineering calculations in hydroacoustics. - 2nd ed., Rev. and add. - L. : Shipbuilding, 1988. pp. 17-27), in the "nonlinear" mode, a powerful acoustic signal most noticeably changes the elastic properties of the aquatic environment precisely on the antenna axis, which leads to a significant weakening of the side field - from (-18 dB) to (-23 dB) - and a gradual sharpening of the main lobe - (14.4 °, 10.8 °, 8.1 °), and the use of the "non-linear mode" significantly expands the operating range of the device, realizing the proposed method.

Анализируя представленную выше информацию о локационных сигналах кратных частот , можно сделать вывод о том, что целесообразно применение носовой 7 и кормовой 6 ИПИА эхолотных систем комплексно - «нелинейный режим» - формирование волновых процессов в водной среде, -«линейный режим» - прием отраженных сигналов, что расширит эксплуатационные возможности известного корреляционного способа, обеспечив , в частности, получение достоверной информации о параметрах течений в слоях тонкой структуры статистически неоднородной водной среды со случайно распределенными объемами рассеивателей.Analyzing the above information about location signals of multiple frequencies , we can conclude that it is advisable to use the bow 7 and stern 6 IRIA echo sounding systems in a complex - "nonlinear mode" - the formation of wave processes in the aquatic environment, - "linear mode" - the reception of reflected signals, which will expand the operational capabilities of the known correlation method, providing, in particular, obtaining reliable information about the parameters of the currents in the layers of the fine structure of a statistically inhomogeneous aquatic environment with randomly distributed volumes of scatterers.

Водная среда имеет неоднородную тонкую структуру, обладающую граничными прослойками с резкими изменениями термодинамических характеристик (температура, соленость, скорость звука) для i слоев рассеивателей, которые случайным образом и статистически неоднородно распределены в водных объемах слоев (от 1 до k), имея различное акустическое сопротивление и нейтральную плавучесть, и пассивно переносятся водными массами с различными линейными скоростями течений относительно дна (см. Майкл С. Грегг. Микроструктура океана //Наука об океане / Под ред. О. И. Мамаева. - М.: Изд-во «Прогресс», 1983. - с. 219- 243). Полигармонический зондирующий УЗ сигнал, содержащий спектральные составляющие с частотами , распространяется в среде лоцирования, имеющей акустическое сопротивление (), где - плотность среды, - скорость звука в ней, достигает расположенных в среде подвижных (слои рассеивателей с акустическим сопротивлением , формирующие сигнал объемной реверберации) и покоящихся (дно) относительно нее объектов с акустическим сопротивлением ()≠() и отражается от них. Амплитуды отраженных УЗ волн, несущих информацию об объектах, определяются их рассеивающими (отражающими) свойствами, которые определяются формой объектов, ракурсом облучения, волновыми размерами. Отраженные спектральные компоненты полигармонического УЗ сигнала в силу малости амплитуд возмущений при обратном распространении подчиняются законам «линейной» акустики, достигают ИПИА 7 и 6 (нос и корма соответственно) эхолотных систем, преобразуются их ЭАП в соответствующие электрические, причем полигармонические электрические сигналы несут определенную амплитудную информацию о границах раздела, позволяют судить об их отражательной способности в широкой полосе частот (), а также и об их удалении от ИПИА 7 и 6. Таким образом, при движении судна со скоростью с помощью обеих эхолотных систем на различных спектральных компонентах отраженного полигармонического сигнала можно зафиксировать с различной разрешающей способностью детали подробных профилей облученных участков поверхностей совокупностей рассеивателей водной среды, в слоях которой они случайным образом и статистически неоднородно распределены. Следует учесть, что каждая совокупность рассеивателей в любом из слоев обладает «уникальным» набором характеристик, в частности, на -том горизонте глубины -количество структурных элементов , их линейный размер , отражательная способность и акустическое сопротивление . Как видно из фиг.1, эти -тые участки поверхностей совокупностей рассеивателей в слоях водной среды находятся в данный момент времени под носовой (Н) и кормовой (К) частями движущегося со скоростью () судна относительно -го слоя, что обеспечивает формирование носовых и кормовых информационных сигналов, в частности, объемных реверберационных процессов, огибающие которых флуктуируют хаотическим образом, а также -тых участков поверхности морского дна, находящихся на общем маршруте следования.The aquatic environment has an inhomogeneous fine structure with boundary layers with sharp changes in thermodynamic characteristics (temperature, salinity, sound speed) forilayers of scatterers, which are randomly and statistically non-uniformly distributed in the water volumes of the layers (from 1 tok), having different acoustic impedanceand neutral buoyancy, and are passively carried by water masses with different linear current velocities relative to the bottom (see Michael S. Gregg. Ocean Microstructure // Ocean Science / Edited by O. I. Mamaev. - M .: Progress Publishing House, 1983. - p. 219-243). Polyharmonic probing ultrasonic signal containing spectral components with frequencies, propagates in the ranging medium, which has acoustic resistance (), Where- medium density,- the speed of sound in it reaches the moving ones located in the medium (layers of diffusers with acoustic resistance, forming a volumetric reverberation signal) and objects at rest (bottom) relative to it with acoustic resistance ()≠() and reflected from them. The amplitudes of the reflected ultrasonic waves that carry information about objects are determined by their scattering (reflecting) properties, which are determined by the shape of the objects, the exposure angle, and wave sizes. The reflected spectral components of the polyharmonic ultrasonic signal, due to the smallness of the disturbance amplitudes during backpropagation, obey the laws of "linear" acoustics, reach the IPIA 7 and 6 (bow and stern, respectively) echo sounding systems, convert their EAP into the corresponding electrical, and polyharmonic electrical signals carry certain amplitude information about the interfaces, make it possible to judge their reflectivity in a wide frequency band (), as well as about their removal from IPIA 7 and 6. Thus, when the vessel moves at a speed using both echosounder systems on different spectral components of the reflected polyharmonic signal can be fixed with different resolution details of the detailed profiles of the irradiated areas of the surfaces of the sets of scatterers of the aquatic environment, in layers of which they are randomly and statistically non-uniformly distributed. It should be noted that each set of scatterers in any of layers has a "unique" set of characteristics, in particular, on-volume depth horizon - the number of structural elements, their linear size, reflectivity and acoustic impedance. As can be seen from figure 1, these-you are e areas of surfaces of sets of scatterers in layers of the aquatic environment are at a given time under the bow (Н) and stern (К) parts of the moving at a speed () vessel relative tolayer, which ensures the formation bow and stern information signals, in particular, volumetric reverberation processes, the envelopes of which fluctuate chaotically, as well as-th sections of the seabed surface located on a common route.

С этой целью в приемных трактах носовой и кормовой эхолотных систем движущегося судна осуществляется соответствующая обработка сигналов по команде оператора через блок управления 37. В результате этого на выходе приемного тракта носовой эхолотной системы после фильтрации (полосовые фильтры 11 (), 12 (),…13 ()), стробирования и усиления (стробируемые усилители 17, 18, …19), детектирования (детекторы 23, 24,…25) и соответствующего переключения -входового аналогового ключа 27 выделяется видеоимпульсный электрический сигнал , соответствующий эхосигналу какой-либо одной выбранной оператором в качестве рабочей спектральной компоненты из набора частот , ,…., от облучаемых поверхностей слоев рассеивателей, а также морского дна, находящихся под носовой частью корпуса судна. Видеоимпульсный электрический сигнал подается в тракт отображения и регистрации информации - на входы индикатора 35 и регистратора 36, запускаемые подачей синхроимпульса с выхода блока управления 37. Аналогично, на выходе приемного тракта кормовой эхолотной системы после фильтрации (полосовые фильтры 8 (), 9 (),…10 ()), стробирования и усиления (стробируемые усилители 14, 15, …16), детектирования (детекторы 20, 21,…22) и соответствующего переключения -входового аналогового ключа 26 выделяется видеоимпульсный электрический сигнал , соответствующий эхосигналу какой-либо одной выбранной оператором в качестве рабочей спектральной компоненты из набора частот , ,…., от облучаемых поверхностей слоев рассеивателей, а также морского дна, находящихся под кормовой частью корпуса судна. Видеоимпульсный электрический сигнал подается в тракт отображения и регистрации информации - на входы индикатора 33 и регистратора 34, запускаемые подачей синхроимпульса с выхода блока управления 37. На фиг.2 схематично изображены зависимости величин электрических напряжений , вырабатываемых приемными трактами носовой и кормовой эхолотных систем, от текущего времени на зондирующих сигналах кратных частот: -, , ….. , т.е. функции глубины моря соответствующие его рельефу, что видно из сопоставления фиг.1 и фиг.2 (эхограммы дна на трассе движения судна, зарегистрированных на спектральных компонентах полигармонического зондирующего сигнала),For this purpose, the corresponding signal processing is carried out in the receiving paths of the bow and stern echo sounding systems of a moving vessel. at the command of the operator through the control unit 37. As a result, at the output of the receiving path of the nasal echo sounding system after filtering (bandpass filters 11 ( ), 12 ( ),…13 ( )), gating and amplification (gated amplifiers 17, 18, ...19), detection (detectors 23, 24, ...25) and the corresponding switching -input analog key 27 emits a video-pulse electrical signal , corresponding to the echo signal of any one selected by the operator as a working spectral component from a set of frequencies , , …., from the irradiated surfaces of the layers of scatterers, as well as the seabed located under the bow of the ship's hull. Video impulse electrical signal is supplied to the path for displaying and recording information - to the inputs of the indicator 35 and the recorder 36, triggered by the supply of a clock pulse from the output of the control unit 37. Similarly, at the output of the receiving path of the aft echo sounder system after filtering (bandpass filters 8 ( ), 9 ( ),…10 ( )), gating and amplification (gated amplifiers 14, 15, ...16), detection (detectors 20, 21, ...22) and the corresponding switching -input analog key 26 emits a video-pulse electrical signal , corresponding to the echo signal of any one selected by the operator as a working spectral component from a set of frequencies , , …., from the irradiated surfaces of the layers of scatterers, as well as the seabed, located under the aft part of the ship's hull. Video impulse electrical signal is fed into the path for displaying and recording information - to the inputs of the indicator 33 and the registrar 34, triggered by the supply of a clock pulse from the output of the control unit 37. Figure 2 schematically shows the dependence of the magnitudes of electrical voltages , produced by the receiving paths of the bow and stern echo sounding systems, from the current time on probing signals of multiple frequencies: -, , ….. , i.e. functions of the depth of the sea corresponding to its relief, as can be seen from the comparison of figure 1 and figure 2 (bottom echograms on the route of the vessel, registered on the spectral components of the polyharmonic sounding signal),

В качестве примера рассмотрим влияние на характер записи рельефа морского дна угловой ширины основного лепестка ХН, так и уровня бокового излучения ИПИА эхолотной системы, в частности, в нашем случае - результирующей остроты направленного действия приемоизлучающей антенны, где . Так, полученное изображения рельефа дна на эхограмме в основном соответствует действительному рельефу, однако, неровности дна (впадины и возвышенности) получаются сглаженными. При прохождении носа судна над впадиной (фиг.1) ее склоны облучает полигармонический зондирующий ультразвуковой сигнал, содержащий сформировавшиеся в нелинейной водной среде спектральные составляющие с частотами , на которых ИПИА 7 в режиме излучения имеет разную остроту направленного действия (нелинейный режим). Следует отметить, что острота направленного действия той же ИПИА 7 в режиме приема более высокочастотной компоненты также возрастает: (линейный режим). Таким образом, формирование результирующей ХН ИПИА антенны 7 для каждой спектральной компоненты имеет свои особенности, обусловленные перемножением ее ХН по давлению в обоих режимах: ослабление уровня бокового излучения, более медленное уменьшение угловой ширины основного лепестка ХН, причем . Как следует из фиг.1 сигналы различных спектральных компонент отражаются от различных по площади участков поверхности впадины, в результате чего возвращаются к ИПИА 7 неодновременно, что приводит к удлинению эхосигналов, а также регистрации на эхограмме первыми отраженных сигналов, пришедших от ближайших к приемнику точек поверхности впадины. Таким образом, изображение рельефа впадины (возвышенности) на эхограмме представляет собой геометрическое место точек на горизонтальной проекции облученной площади углубления (возвышенности) морского дна, находящихся на кратчайшем расстоянии от ИПИА 7 при различных положениях носа судна относительно впадины (см. Логинов К.В. Электронавигационные и рыбопоисковые приборы. - М.: Легкая и пищевая пром-сть, 1983, с.292-296). Как видно из графических построений, степень искажения профиля впадин и возвышенностей дна на эхограмме уменьшается для более высокочастотных спектральных компонент (фиг.2). Маскировка реального рельефа морского дна по пути следования судна обусловлена сферичностью волнового фронта УЗ сигналов, вследствие чего возникает неопределенность в оценке фактической глубины и неровности на полученной эхограмме изображаются сглаженными. В том случае, если измерение глубин производится на акваториях с большими уклонами дна, индикатор и регистратор эхолота будут фиксировать глубины меньше фактической, так как их срабатывание обусловлено приходом первого эхосигнала, соответствующего кратчайшему расстоянию между ИПИА и дном, что обусловливает наличие в практике измерений соответствующих поправок. В частности, если α - угол наклона дна больше, чем угловая ширина основного лепестка ХН по уровню 0,7, то первым к антенне придет эхосигнал, распространяющийся по направлению перпендикулярному к наклонному участку дна, и поправка на уклон дна определится по формуле (см. Судовые эхолоты / А.А.Хребтов и др.- Л.: Судостроение,1982.-с.174-180)As an example, let us consider the influence of the angular width of the main CI lobe and the level of lateral radiation of the IRIA of the echo sounding system on the nature of the recording of the seabed relief, in particular, in our case, the resulting sharpness of the directional action transmitting antenna, where . So, the obtained image of the bottom relief on the echogram basically corresponds to the actual relief, however, the bottom irregularities (depressions and elevations) are smoothed out. When the bow of the vessel passes over the depression (figure 1), its slopes are irradiated by a polyharmonic probing ultrasonic signal containing spectral components formed in a nonlinear aquatic environment with frequencies , on which IPIA 7 in the radiation mode has a different severity of directional action (nonlinear mode). It should be noted that the sharpness of the directional action of the same IPIA 7 in the mode of receiving a higher frequency component also increases: (linear mode). Thus, the formation of the resulting HH of the IPIA antenna 7 for each spectral component has its own characteristics, due to the multiplication of its HH by pressure in both modes: the attenuation of the level of side radiation, a slower decrease in the angular width of the main lobe of the HH, and . As follows from figure 1, the signals of different spectral components are reflected from different areas of the surface of the cavity, as a result of which they return to the IPIA 7 non-simultaneously, which leads to an elongation of the echo signals, as well as registration on the echogram of the first reflected signals that came from the points of the cavity surface closest to the receiver. Thus, the image of the relief of the depression (hill) on the echogram is the locus of points on the horizontal projection of the irradiated area of the deepening (hill) of the seabed, located at the shortest distance from IPIA 7 at different positions of the bow of the vessel relative to the depression (see Loginov K.V. Electrical navigation and fish-searching devices. - M .: Easy and food industry, 1983, p. 292-29 6). As can be seen from the graphical constructions, the degree of distortion of the profile of depressions and elevations of the bottom on the echogram decreases for higher frequency spectral components (figure 2). The masking of the real relief of the seabed along the route of the ship is due to the sphericity of the wave front of the ultrasound signals, as a result of which there is an uncertainty in the assessment of the actual depth and irregularities on the received echogram are shown as smoothed. In the event that the depth measurement is carried out in water areas with large bottom slopes, the indicator and the echo sounder recorder will record depths less than the actual one, since their operation is due to the arrival of the first echo signal corresponding to the shortest distance between the TSSI and the bottom, which determines the presence of appropriate corrections in measurement practice. In particular, if α - the angle of the bottom slope is greater than the angular width of the main lobe ХН at a level of 0.7, then the first to arrive at the antenna is an echo signal propagating in a direction perpendicular to the inclined section of the bottom, and the correction for the bottom slope is determined by the formula

причем в данном направлении участок наклонного дна может «акустически освещать» и дополнительный лепесток ХН, что говорит об актуальности снижения уровня бокового излучения ИПИА эхолотов. Из соотношения (11) видно, что увеличение остроты направленного действия ИПИА эхолота (т.е. уменьшение ) приводит к уменьшению . При прохождении судном акваторий с сильно расчлененным дном погрешность измерения глубины будет зависеть также и от профиля дна: при движении судна «акустически освещается» полоса донной поверхности шириной , в пределах которой регистрируются ближайшие площадки дна, что маскирует имеющиеся в непосредственной близости неровности, в связи с чем увеличение остроты направленного действия ИПИА приведет к более точному отображению сложного профиля дна на регистраторе.moreover, in this direction, the section of the inclined bottom can “acoustically illuminate” the additional lobe of the XH, which indicates the relevance of reducing the level of lateral radiation of the ISIA echo sounders. From relation (11) it can be seen that an increase in the sharpness of the directional action of the echo sounder PIIA (i.e., a decrease ) leads to a decrease . When the vessel passes through water areas with a strongly dissected bottom, the depth measurement error will also depend on the bottom profile: when the vessel moves, a band of the bottom surface with a width of , within which the nearest bottom areas are recorded, which masks the irregularities in the immediate vicinity, in connection with which an increase in the sharpness of the directional action of the PSIA will lead to a more accurate display of the complex bottom profile on the recorder.

Таким образом, по мере движения судна со скоростью по заданному курсу непрерывно вырабатывают в приемном тракте аппаратуры на каждом из фазосвязанных сигналов кратных частот по пар амплитудно-временных зависимостей электрических сигналов и , визуализирующих акустические контакты с неровностями границы раздела «вода - дно», которые пропорциональны распределению глубин акватории под носовой и кормовой частями его корпуса. Эти функции идентичны друг другу и могут быть зарегистрированы оператором на любой из рабочих частот в зависимости от конкретных условий навигации, но сдвинуты во времени на величины - транспортных запаздываний - . Для определения величин промежутков времени видеоимпульсные электрические сигналы и , соответствующие эхосигналам какой-либо одной выбранной оператором в качестве рабочей спектральной компоненты из набора частот , ,…., эхолотных систем поступают на два входа перемножающего устройства 29, причем сигнал от кормовой ИПИА - через блок регулируемой задержки времени 28. С интегратора 30 сигнал, пропорциональный коэффициенту взаимной корреляции сигналов и , поступает на экстремальный регулятор 32 и на измерительный прибор 31. Управляющий сигнал с экстремального регулятора 32 воздействует на блок регулируемой задержки 28, устанавливающий такую задержку , чтобы на измерительном приборе 31 поддерживался максимум сигнала, т.е. максимум коэффициента корреляции. По величине введенной задержки определяется скорость судна, измеренная на нескольких частотах Thus, as the vessel moves at a speed at a given rate are continuously generated in the receiving path of the equipment at each of the phase-coupled signals of multiple frequencies By pairs of amplitude-time dependences of electrical signals And , visualizing acoustic contacts with irregularities of the "water - bottom" interface, which are proportional to the distribution of the depths of the water area under the bow and stern parts of its hull. These functions are identical to each other and can be registered by the operator on any of the operating frequencies. depending on the specific conditions of navigation, but shifted in time by the values - transport delays - . To determine the values of time intervals video pulse electrical signals And , corresponding to the echo signals of any one selected by the operator as a working spectral component from a set of frequencies , , …., echo sounding systems are fed to two inputs of the multiplying device 29, and the signal from the stern IPIA is through the adjustable time delay unit 28. From the integrator 30, the signal is proportional to the coefficient cross-correlation of signals And , is supplied to the extreme controller 32 and to the measuring device 31. The control signal from the extreme controller 32 acts on the adjustable delay block 28, which sets such a delay so that the maximum signal is maintained on the measuring device 31, i.e. coefficient maximum correlations. The value of the entered delay determines the speed of the ship, measured at several frequencies

Для многочастотного корреляционного гидроакустического лага имеется возможность увеличения точностных характеристик и выбора оптимального значения относительной флуктуационной погрешности измерения путевой скорости , определяемой соотношением (1), за счет регулировки величины важного параметра - - ширины пика взаимокорреляционной функции, что может быть необходимо при маневрировании судна с малыми скоростями движения в узкостях, на акватории гавани и т.д. Следует отметить, что использование обратимой интерференционной антенны РПА «Таймень» в качестве ИПИА многочастотного корреляционного гидроакустического лага может обеспечить снижение относительной флуктуационной погрешности измерения путевой скорости за счет того, что в силу описанных выше закономерностей имеется возможность регулировки величины параметра - - ширины пика взаимокорреляционной функции для соответствующей спектральной компоненты полигармонического сигнала (при использовании более высокочастотного сигнала числитель уменьшается быстрее, чем знаменатель , что вызывает уменьшение самого отношения), где - длина волны используемого ультразвукового сигнала (изменяется в раз), - угловая ширина результирующего основного лепестка ХН ИПИА (излучение - «нелинейный» режим, прием - «линейный» режим). For a multi-frequency correlation hydroacoustic lag, it is possible to increase the accuracy characteristics and select the optimal value of the relative fluctuation error of ground speed measurement determined by relation (1), by adjusting the value of an important parameter - - the width of the peak of the cross-correlation function, which may be necessary when maneuvering the vessel at low speeds in narrow places, in the waters of the harbor, etc. It should be noted that the use of the reversible interference antenna of the RPA "Taimen" as a multi-frequency correlation hydroacoustic lag IPIA can provide a reduction in the relative fluctuation error of the ground speed measurement. due to the fact that, due to the laws described above, it is possible to adjust the value of the parameter - - peak width of the cross-correlation function for the corresponding spectral component of the polyharmonic signal (when using a higher frequency signal, the numerator decreases faster than the denominator , which causes a decrease in the ratio itself ) , where is the wavelength of the ultrasonic signal used (varies with once), is the angular width of the resulting main lobe of the HN IPIA (radiation - "nonlinear" mode, reception - "linear" mode).

Рассмотрим еще один пример. Относительная погрешность в измерении путевой скорости из-за вертикальных перемещений судна на качке при амплитудном детектировании описывается соотношением (см. Букатый В.М., Дмитриев В.И. Гидроакустические лаги. М.: Пищевая промышленность, 1980, с.143-157)Let's consider one more example. The relative error in measuring the ground speed due to the vertical movements of the vessel on the roll with amplitude detection is described by the relation

где - среднее значение размаха вертикальных перемещений судна, - период вертикальных колебаний судна. Из (13) видно, что при амплитудном детектировании относительная погрешность в измерении путевой скорости из-за вертикальных перемещений судна на качке растет с увеличением размаха вертикальных перемещений и с уменьшением путевой скорости судна и периода качки, но уменьшается при более узком основном лепестке ХН ИПИА. Where - the average value of the range of vertical movements of the vessel, - the period of vertical oscillations of the vessel. It can be seen from (13) that, with amplitude detection, the relative error in measuring the ground speed due to the vertical movements of the ship on the roll increases with an increase in the range of vertical movements and with a decrease in the ground speed of the ship and the roll period, but decreases with a narrower main lobe of the SI SIAA.

Выше описан режим работы корреляционного гидроакустического лага для измерения абсолютной путевой скорости судна, т.е. относительно дна моря, причем на больших глубинах устройство может работать в относительном режиме, носителем информации в котором является объемная реверберация. С этой целью оператор задает стратификацию по вертикали совокупностей рассеивателей, размещенных в водной среде на 1, 2, …, , .., горизонтах глубин, осуществляя в приемных трактах эхолотных систем (стробируемые усилители 17, 18, … 19 и 14, 15, … 16), на фазосвязанных сигналах кратных частот стробирование соответствующих электрических сигналов, установив одинаковые величины - ширины строба , их исходного расположения относительно дна, скорости и последовательности перемещения строба. В результате вырабатываются в приемном тракте аппаратуры на каждом из фазосвязанных сигналов кратных частот по пар амплитудно-временных зависимостей электрических сигналов, визуализирующих акустические контакты с совокупностями рассеивателей, находящимися в отдельных 1, 2, …, , .., слоях при разделении водной среды на 1, 2, …, , .., горизонтов глубин, например, для -го горизонта глубины и , пропорциональных случайному распределению совокупностей рассеивателей в -том слое под носовой и кормовой частями корпуса движущегося со скоростью судна относительно -го слоя (горизонта). Для них осуществляют аналогичные операции с использованием описанных выше блоков и связей, т.е. измеряют для пар идентичных друг другу, но сдвинутых в парах во времени, амплитудно-временных зависимостей электрических сигналов, например, для -го горизонта глубины и , величины значений транспортных запаздываний , измерив которые, рассчитывают значений скорости движения судна = относительно -го слоя (горизонта). Это дает возможность осуществить расчет значений скорости течения в -том слое (горизонте глубин) как разность значений скоростей движения судна относительно -го слоя (горизонта глубин) и скоростей движения судна относительно дна, где знак «+» соответствует попутному, знак «-» - встречному направлению течения в -том слое (горизонте глубины) водоема соответственно относительно вектора скорости движения судна. The mode of operation of the correlation hydroacoustic log for measuring the absolute ground speed of the vessel is described above, i.e. relative to the bottom of the sea, and at great depths the device can operate in a relative mode, the information carrier in which is volumetric reverberation. To this end, the operator sets the vertical stratification of the sets of scatterers placed in the aquatic environment by 1, 2, ...,, .., depth horizons, carried out in the receiving paths of echo sounding systems (strobe amplifiers 17, 18, ... 19 and 14, 15, ... 16), on phase-coupled signals of multiple frequencies strobe of the corresponding electrical signals by setting the same values - the width of the strobe, their initial location relative to the bottom, the speed and sequence of the gate movement. As a result, are produced in the receiving path of the equipment at each of the phase-coupled signals of multiple frequencies By pairs of amplitude-time dependences of electrical signals visualizing acoustic contacts with sets of scatterers located in separate 1, 2, ...,, .., layers when dividing the aquatic environment into 1, 2, ...,, .., depth horizons, for example, forth depth horizon And, proportional to the random distribution of sets of scatterers in- that layer under the bow and stern parts of the hull moving at a speed vessel regardingth layer (horizon). For them, similar operations are carried out using the blocks and links described above, i.e. measure for pairs of identical to each other, but shifted in pairs in time, amplitude-time dependences of electrical signals, for example, forth depth horizon And, quantities transport delay values, having measured which, they calculate vessel speed values= relativelyth layer (horizon). This makes it possible to calculate speed values currents in-that layer (depth horizon) as the difference between the values ship's speed relative to-th layer (depth horizon) and velocities vessel relative to the bottom, where the sign "+" corresponds to the passing, the sign "-" - to the opposite direction of the current in-th layer (depth horizon) of the reservoir, respectively, relative to the velocity vector of the vessel.

Однако в специфических условиях эксплуатации (маневрирование как на рейде, так и в порту, обеспечение шлюзования и швартовки) работоспособность устройства, реализующего предлагаемый способ, вследствие применения только описанной выше обработки лишь амплитудных характеристик эхосигналов кратных частот может быть нарушена. Дело в том, что на акваториях «рукотворных» водных путей (судоходные каналы внутренней транспортной системы рек, озер, водохранилищ и т.д., искусственные каналы и фарватеры гаваней) практически отсутствуют неровности рельефа донной поверхности за счет проведения дноуглубительных работ, а сигналы объемной реверберации также не обеспечивают четкое разделение тонкой структуры водной среды по слоям за счет амплитудных признаков, в то время как различие акустических сопротивлений совокупностей рассеивателей сохранено. В данных условиях эксплуатации в устройстве предусмотрена возможность регистрации изменения такого информативного параметра облучаемых участков поверхностей совокупностей рассеивателей в слоях водной среды на трассе движения судна как их акустическое сопротивление. Таким образом, расширение эксплуатационных возможностей предлагаемого способа, позволяющего определять глубины акваторий и скорость судна (абсолютную и относительную) при движении на естественных и искусственных транспортных водных путях, может быть достигнуто за счет соответствующей обработки фазовых характеристик эхосигналов кратных частот. However, in specific operating conditions (maneuvering both in the roadstead and in the port, providing locking and mooring), the operability of the device that implements the proposed method, due to the use of only the above-described processing of only the amplitude characteristics of echo signals of multiple frequencies may be broken. The fact is that in the water areas of “man-made” waterways (navigable channels of the internal transport system of rivers, lakes, reservoirs, etc., artificial channels and fairways of harbors), there are practically no uneven topography of the bottom surface due to dredging, and volumetric reverberation signals also do not provide a clear separation of the fine structure of the aquatic environment into layers due to amplitude features, while the difference in acoustic impedance of scatterer sets is preserved. Under these operating conditions, the device provides for the possibility of registering a change in such an informative parameter of the irradiated areas of the surfaces of the sets of diffusers in the layers of the aquatic environment on the route of the ship as their acoustic impedance. Thus, the expansion of the operational capabilities of the proposed method, which makes it possible to determine the depths of water areas and the speed of the vessel (absolute and relative) when moving on natural and artificial transport waterways, can be achieved by appropriate processing of the phase characteristics of echo signals of multiple frequencies.

Рассмотрим основы работоспособности фазового приемного тракта устройства, реализующего заявляемый способ, основанные на применении следующего способа получения фазочастотной характеристики (ФЧХ) границы раздела, реализуемого с использованием двух когерентных гармонических акустических сигналов и кратных частот и , отличающихся по частоте в целое число раз или , с помощью которых эхолотная система облучает поверхность (см. Волощенко В.Ю., Тимошенко В.И. Параметрические гидроакустические средства ближнего подводного наблюдения. (Ч.1). - Таганрог: Изд-во ТТИ ЮФУ, 2009.-294 с., стр.204 - 206). Пусть в среду лоцирования антенной эхолотной системы излучаются два акустических сигнала Let us consider the basics of the operability of the phase receiving path of a device that implements the proposed method, based on the use of the following method for obtaining a phase-frequency characteristic (PFC) of the interface, implemented using two coherent harmonic acoustic signals And multiple frequencies And , differing in frequency by an integer number of times or , with the help of which the echo sounding system irradiates the surface (see Voloshchenko V.Yu., Timoshenko V.I. Parametric hydroacoustic means of short-range underwater observation. (Part 1). - Taganrog: Publishing House of TTI SFU, 2009.-294 p., pp. 204 - 206). Let two acoustic signals

где и - начальные фазы и циклические частоты для соответствующих акустических сигналов. Если отражающая поверхность находится на удалении , то через время к приемной антенне (без учета затухания и расширения фронта волны) поступят эхосигналы: Where And - initial phases and cyclic frequencies for the corresponding acoustic signals. If the reflective surface is far away , then in time to the receiving antenna (without attenuation and expansion of the wave front) echo signals will arrive:

где и - волновые числа для соответствующих сигналов с частотами и ; - скорость звука в воде; и - величины модулей коэффициентов отражения и приобретаемого фазового сдвига для звукового давления акустических сигналов при отражении от облучаемой поверхности. После обработки в приемных трактах локационного устройства фазосвязанных эхосигналов и (фильтрация, усиление, приведение к одной частоте, фазовое детектирование) можно получить информацию о фазовой характеристике отражающей поверхности цели, определяя фазу одного из эхосигналов путем сравнения с другим эхосигналом, используемым в качестве опорного. Так, например, разность фаз, приведенных к одинаковой частоте фазосвязанных сигналов () кратных частот и , будет равна: Where And - wave numbers for the corresponding signals with frequencies And ; - speed of sound in water; And - magnitudes of the moduli of the reflection coefficients and the acquired phase shift for the sound pressure of acoustic signals upon reflection from the irradiated surface. After processing in the receiving paths of the location device of phase-coupled echo signals And (filtering, amplification, reduction to one frequency, phase detection) it is possible to obtain information about the phase characteristic of the reflective surface of the target by determining the phase of one of the echo signals by comparison with another echo signal used as a reference. So, for example, the phase difference reduced to the same frequency of phase-coupled signals ( ) multiples of frequencies And , will be equal to:

т.е. разность фаз приобретенных при отражении фазовых сдвигов не зависит ни от времени распространения сигналов, ни от расстояния до отражающего объекта, а определяется только соотношением акустических сопротивлений поверхности объекта и среды лоцирования. При облучении акустически «жестких» объектов (выход плотных коренных пород, каменистое дно в море) акустическое сопротивление которого больше, чем акустическое сопротивление среды распространения , отражение акустических сигналов и кратных частот происходит без фазового сдвига на радиан, т.е. и . В случае отражения от акустически «мягких» объектов (насыщенный пузырьками газа верхний слой речного грунта) акустическое сопротивление которых меньше, чем акустическое сопротивление среды распространения , отражение акустических сигналов и кратных частот происходит с фазовым сдвигом на радиан, т.е. и .those. the phase difference of the phase shifts acquired during reflection does not depend on time propagation of signals, nor from distance to the reflecting object, but is determined only by the ratio of the acoustic impedance of the surface of the object and the location environment. When irradiating acoustically "hard" objects (outcrop of dense bedrock, rocky bottom in the sea), acoustic resistance which is greater than the acoustic resistance of the propagation medium , reflection of acoustic signals And multiple frequencies occurs without a phase shift by radian, i.e. And . In the case of reflection from acoustically “soft” objects (the upper layer of river soil saturated with gas bubbles), the acoustic resistance which is less than the acoustic resistance of the propagation medium , reflection of acoustic signals And multiple frequencies occurs with a phase shift of radian, i.e. And .

В устройстве, реализующем предлагаемый способ, как в носовой (Н), так и в кормовой (К) эхолотных системах в качестве фазосвязанных сигналов кратных частот используются сигнал накачки с частотой и сформировавшаяся в нелинейной водной среде вторая гармоника с частотой . Рассмотрим работу фазового приемного тракта устройства, реализующего предлагаемый способ, например, в приемном тракте носовой (Н) эхолотной системы (фиг.1) после фильтрации (полосовой фильтр 11, частота и полосовой фильтр 12, частота ) и усиления ( усилитель 17, частота и усилитель 18, частота ) выделяются - электрический сигнал c частотой , который после удвоителя частоты 40 () подают на первый вход фазового детектора 44, а также электрический сигнал с частотой через фазовращатель 42 подается на второй вход фазового детектора 44, выход которого соединен с дополнительным входом -входового аналогового ключа 27. Выход -входового аналогового ключа 27 соединен как с индикатором 35, так и с регистратором 36, а также через блок регулируемой задержки времени 28 с первым входом перемножителя 29. На управляющий вход фазовращателя 42 подается электрический сигнал с соответствующего выхода блока формирования управляющих напряжений 38, который запускается синхроимпульсом с дополнительного выхода блока управления 37. Характеристики разнополярного электрического сигнала , формируемого на выходе фазового детектора 44 и подаваемого через блок регулируемой задержки времени 28 на первый вход перемножителя 29, пропорциональны изменению такого информативного параметра облучаемых участков совокупностей рассеивателей, находящихся в выделенном слое на заданном горизонте глубины под носовой эхолотной системой на трассе движения судна, как акустическое сопротивление совокупностей рассеивателей, причем при лоцировании «акустически мягких», а (насыщенный пузырьками газа планктон, < ) сигнал будет иметь отрицательную полярность, а для «акустически жесткой» (насыщенный взвешенными частицами объем, > ) - положительную, а для областей с промежуточными значениями акустического сопротивления электрический сигнал будет иметь флюктуирующую как амплитуду, так и полярность.In the device that implements the proposed method, both in the bow (N) and stern (S) echo sounding systems, as phase-coupled signals of multiple frequencies, a pump signal with a frequency and the second harmonic formed in a nonlinear water medium with a frequency . Consider the operation of the phase receiving path of the device that implements the proposed method, for example, in the receiving path of the nasal (H) echo sounding system (figure 1) after filtering (bandpass filter 11, frequency and bandpass filter 12, frequency ) and amplification ( amplifier 17, frequency and amplifier 18, frequency ) stand out - electrical signal with frequency , which after frequency doubler 40 ( ) is fed to the first input of the phase detector 44, as well as an electrical signal with frequency through the phase shifter 42 is fed to the second input of the phase detector 44, the output of which is connected to an additional input - input analog key 27. Exit -input analog switch 27 is connected both to the indicator 35 and to the recorder 36, and also through the adjustable time delay unit 28 with the first input of the multiplier 29. The control input of the phase shifter 42 is supplied with an electrical signal from the corresponding output of the control voltage generation unit 38, which is triggered by a sync pulse from the additional output of the control unit 37. Characteristics of a bipolar electrical signal , formed at the output of the phase detector 44 and fed through the adjustable time delay unit 28 to the first input of the multiplier 29, are proportional to the change in such an informative parameter of the irradiated areas of the scatterer sets located in the selected layer at a given depth horizon under the bow echo sounder system on the ship’s route, as the acoustic resistance of the scatterer sets, and when scanning “acoustically soft”, a (plankton saturated with gas bubbles, < ) the signal will have a negative polarity, and for "acoustically hard" (volume saturated with suspended particles, > ) is positive, and for regions with intermediate values of acoustic impedance, the electrical signal will have fluctuating both amplitude and polarity.

Работа фазового приемного тракта многочастотного корреляционного лага в приемном тракте кормовой (К) эхолотной системы осуществляется аналогичным образом: - после фильтрации (полосовой фильтр 8, частота и полосовой фильтр 9, частота ) и усиления (усилитель 14, частота и усилитель 15, частота ) выделяются - электрический сигнал c частотой , который после удвоителя частоты 39 () подают на первый вход фазового детектора 43, а также электрический сигнал с частотой через фазовращатель 41 подается на второй вход фазового детектора 43, выход которого соединен с дополнительным входом -входового аналогового ключа 26. Выход -входового аналогового ключа 26 соединен как с индикатором 33, так и с регистратором 34, а также со вторым входом перемножителя 29. На второй вход перемножителя 29 поступает разнополярный электрический сигнал , формируемый на выходе фазового детектора 43, который пропорционален изменению такого информативного параметра облучаемых участков совокупностей рассеивателей, находящихся под кормовой эхолотной системой на трассе движения судна, как акустическое сопротивление. Отметим, что электрический сигнал , формируемый на выходе фазового детектора 44 кормовой эхолотной системой на трассе движения судна, будет запаздывать на промежуток времени относительно электрического сигнала , уже сформированного на выходе фазового детектора 43 носовой эхолотной системой на трассе движения судна. Таким образом, по мере движения судна по заданному курсу непрерывно определяются две амплитудно-временные зависимости электрических сигналов и , визуализирующих акустические контакты и сопротивления совокупностей рассеивателей, находящихся в отдельных 1, 2, …, , …, слоях при разделении водной среды на 1, 2, …, , …, горизонтов глубин, например, для -го горизонта глубины и , пропорциональных случайному распределению значения акустического сопротивления (мягкого или жесткого относительно водной среды) совокупностей рассеивателей в -том слое под носовой и кормовой частями корпуса движущегося со скоростью судна относительно -го слоя (горизонта). The operation of the phase receiving path of the multifrequency correlation lag in the receiving path of the stern (K) echo sounding system is carried out in a similar way: - after filtering (bandpass filter 8, frequency and bandpass filter 9, frequency ) and amplification (amplifier 14, frequency and amplifier 15, frequency ) stand out - electrical signal with frequency , which after frequency doubler 39 ( ) is fed to the first input of the phase detector 43, as well as an electrical signal with frequency through the phase shifter 41 is fed to the second input of the phase detector 43, the output of which is connected to an additional input - input analog key 26. Output - input analog switch 26 is connected both to the indicator 33 and to the recorder 34, as well as to the second input of the multiplier 29. A bipolar electrical signal is supplied to the second input of the multiplier 29 , formed at the output of the phase detector 43, which is proportional to the change in such an informative parameter of the irradiated areas of the sets of scatterers located under the stern echo sounding system on the ship's route, as acoustic resistance. Note that the electrical signal , formed at the output of the phase detector 44 by the stern echo sounding system on the route of the vessel , will be delayed by a period of time relative to electrical signal , already formed at the output of the phase detector 43 by the bow echo sounding system on the ship's route. Thus, as the vessel moves along a given course, two amplitude-time dependences of electrical signals are continuously determined And , visualizing acoustic contacts and resistances of diffuser sets located in separate 1, 2, ..., , …, layers when dividing the aquatic environment into 1, 2, ..., , …, depth horizons, for example, for th depth horizon And , proportional to the random distribution of the value of acoustic resistance (soft or hard relative to the water environment) of sets of scatterers in - that layer under the bow and stern parts of the hull moving at a speed vessel with regard to th layer (horizon).

На фиг.3 в верхней части не изображено движущееся судно-носитель гидроакустической аппаратуры, а также многочастотные пучки от его эхолотных систем, но предполагается его движение слева направо, как на фиг.1. Уточним, что на фиг.1 в водной среде схематично изображена ее стратифицированная структура, в слоях которой расположены совокупности рассеивателей, пассивно переносимые течениями. Более подробно на фиг.3. схематично изображены: а) неподвижный отдельный слой водного объема (отмечено горизонтальными штрихами), содержащий совокупности рассеивателей - «акустически мягкую» (слева, область заполненная точками, насыщенный пузырьками газа планктон, < ), «акустически жесткую» (справа, область заполненная штриховкой, насыщенный взвешенными частицами объем, > ). Результаты обработки фазосвязанных сигналов кратных частот - первой и второй гармоник - в фазовом приемном тракте движущегося слева направо судна представлены фиг.3 б) в виде двух зависимостей видеоимпульсных информационных электрических сигналов и от времени t, пропорциональные распределению акустического сопротивления совокупностей рассеивателей в этом слое. Носовая эхолотная система судна - носителя первой облучает как «акустически мягкую» (отрицательный видеоимпульс), так и «акустически жесткую» (положительный видеоимпульс) совокупности рассеивателей, пространственно разнесенные в слое. Затем кормовая эхолотная система также облучает эти же совокупности рассеивателей, в результате чего получим ту же самую последовательность видеоимпульсов, но смещенную по оси времени вправо, за счет запаздывания кормовой эхолотной системы движущегося судна.Figure 3 in the upper part does not show a moving vessel carrier of hydroacoustic equipment, as well as multi-frequency beams from its echo sounding systems, but it is assumed to move from left to right, as in figure 1. Let us clarify that in figure 1 in the aquatic environment its stratified structure is schematically depicted, in the layers of which there are sets of scatterers passively carried by currents. More details in Fig.3. schematically depicted: a) a fixed separate layer of the water volume (marked with horizontal strokes), containing sets of scatterers - “acoustically soft” (on the left, an area filled with dots, plankton saturated with gas bubbles, < ), “acoustically hard” (on the right, the area filled with shading, volume saturated with suspended particles, > ). The results of processing phase-related signals of multiple frequencies - the first and second harmonics - in the phase receiving path of a vessel moving from left to right are shown in Fig.3 b) in the form of two dependencies of video-pulse information electrical signals And on time t, which are proportional to the distribution of acoustic resistance of sets of scatterers in this layer. The bow echo sounding system of the ship-carrier first irradiates both "acoustically soft" (negative video pulse) and "acoustically hard" (positive video pulse) sets of scatterers spatially separated in the layer. Then the stern echo sounding system also irradiates the same sets of scatterers, as a result of which we get the same sequence of video pulses, but shifted along the time axis to the right, due to the delay of the stern echo sounding system of the moving vessel.

В дальнейшем оператор измеряет для двух идентичных друг другу, но сдвинутых в парах во времени, амплитудно-временных зависимостей электрических сигналов и , визуализирующих акустические контакты, и сопротивления совокупностей рассеивателей, например, для -го горизонта глубины и , величину значения транспортного запаздывания , определив которую, рассчитывают значение скорости движения судна = относительно -го слоя (горизонта).In the future, the operator measures for two identical to each other, but shifted in pairs in time, the amplitude-time dependences of electrical signals And , visualizing acoustic contacts, and the resistance of diffuser sets, for example, for th depth horizon And , the value of the transport delay , having determined which, the value of the speed of the ship is calculated = relatively th layer (horizon).

Для определения величины промежутка времени видеоимпульсные электрические сигналы и , подают на два входа перемножающего устройства 29, причем сигнал от носовой ПИА - через блок регулируемой задержки времени 28. С интегратора 30 сигнал, пропорциональный коэффициенту взаимной корреляции данных сигналов, поступает на экстремальный регулятор 32 и на измерительный прибор 31. Управляющий сигнал с экстремального регулятора 32 воздействует на блок регулируемой задержки 28, устанавливающий такую задержку , чтобы на измерительном приборе 31 поддерживался максимум сигнала, т.е. максимум коэффициента корреляции. По величине введенной задержки определяется абсолютная скорость судна, измеренная на фазосвязанных акустических сигналах кратных частот To determine the value of the time interval video pulse electrical signals And , is fed to two inputs of the multiplying device 29, and the signal from the nasal FIA is through the adjustable time delay unit 28. From the integrator 30, a signal proportional to the coefficient cross-correlation of these signals, is fed to the extreme controller 32 and to the measuring device 31. The control signal from the extreme controller 32 acts on the adjustable delay block 28, which sets such a delay so that the maximum signal is maintained on the measuring device 31, i.e. coefficient maximum correlations. The magnitude of the introduced delay determines the absolute speed of the ship, measured on phase-coupled acoustic signals of multiple frequencies

Аналогичным образом, можно осуществить измерения, например, для -го горизонта глубины и , величину значения транспортного запаздывания , измерив которую, рассчитывают значение скорости движения судна = относительно -го слоя (горизонта).Similarly, measurements can be made, for example, for th depth horizon And, the value of the transport delay, by measuring which, calculate the value of the ship's speed= relativelyth layer (horizon).

Таким образом, устройство, реализующее предлагаемый способ, позволяет оператору вычислить значения средних арифметических величин скоростей: 1)абсолютного движения судна, т.е. относительно дна, 2)относительного движения судна, т.е. относительно 1, 2, …, , …, слоев, 3)пассивного переноса совокупностей рассеивателей, находящихся в отдельных 1, 2, …, , …, слоях при разделении водной среды на 1, 2, …, , .., горизонтов глубин.Thus, the device that implements the proposed method allows the operator to calculate the values of the arithmetic mean values of speeds: 1) the absolute movement of the vessel, i.e. relative to the bottom, 2) the relative movement of the vessel, i.e. with respect to 1, 2, …, , …, layers, 3) passive transfer of sets of scatterers located in separate 1, 2, ..., , …, layers when dividing the aquatic environment into 1, 2, ..., , .., depth horizons.

Кроме того осуществляется отображение, регистрация и документация результатов измерений детальной структуры распределения глубин водоема в реальном масштабе времени на ходу судна-носителя аппаратуры, а также параметров течений в слоях тонкой структуры статистически неоднородной водной среды в виде вертикального профиля скорости течения в k слоях стратифицированного водного объема, спроецированного на диаметральную плоскость судна.In addition, the display, registration and documentation of the results of measurements of the detailed structure of the distribution of the depths of the reservoir in real time on the move of the ship carrying the equipment, as well as the parameters of the currents in the layers of the fine structure of a statistically inhomogeneous aquatic environment in the form of a vertical profile of the current velocity in k layers of a stratified water volume projected onto the diametrical plane of the vessel.

Claims (32)

1. Корреляционный способ измерения параметров тонкой структуры водной среды, заключающийся в том, что 1. Correlation method for measuring the parameters of the fine structure of the aquatic environment, which consists in the fact that - размещают на расстоянии в диаметральной плоскости судна, в частности в носовой и кормовой частях днища, две измерительные параметрические излучающие антенны ИПИА эхолотных систем, включающих заданное количество электроакустических преобразователей ЭАП, причем обе ИПИА ориентированы акустическими осями вертикально вниз, имеют одинаковые волновые размеры, а облучаемые ультразвуковыми волнами УЗ области дна под носом и кормой судна не перекрываются; - placed at a distance in the diametrical plane of the ship, in particular in the fore and aft parts of the bottom, two measuring parametric radiating antennas of the RTSI of echo sounding systems, including a given number of electroacoustic transducers of the EAP, with both RTIAs oriented vertically down with acoustic axes, have the same wave sizes, and the areas of the bottom under the bow and stern of the vessel irradiated by ultrasonic waves do not overlap; - обеспечивают работоспособность в режимах излучения/приема каждого ЭАП за счет использования обратного/прямого пьезоэлектрических эффектов с заданной резонансной частотой ; - provide operability in the modes of emission / reception of each EAP through the use of reverse / direct piezoelectric effects with a given resonant frequency ; - генерируют в излучающем тракте аппаратуры электрические колебания, которые преобразуют в кратковременные амплитудно-импульсные модулированные колебания, огибающая которых повторяет форму импульсов прямоугольной формы, а посылка содержит в себе несущую частоту ; - generate electrical oscillations in the radiating path of the equipment, which are converted into short-term amplitude-pulse modulated oscillations, the envelope of which repeats the shape of rectangular pulses, and the package contains a carrier frequency ; - преобразуют с помощью прямого пьезоэффекта пьезоэлементов ЭАП носовой и кормовой ИПИА амплитудно-импульсные модулированные колебания в периодические посылки УЗ волн с заданной длительностью, обеспечивая передачу частицам водной среды акустической энергии за счет распространения колебаний с циклической частотой и формируя за счет интерференции в водной среде под носовой и кормовой частями корпуса движущегося со скоростью судна УЗ облучающие пучки;- using the direct piezoelectric effect of the EAP piezoelectric elements, the bow and stern IPIA are converted into amplitude-pulse modulated oscillations into periodic bursts of ultrasonic waves with a given duration, ensuring the transmission of acoustic energy to the particles of the aquatic environment due to the propagation of oscillations with a cyclic frequency and forming due to interference in the aquatic environment under the bow and stern parts of the hull moving at speed ships ultrasonic irradiating beams; - осуществляют акустические контакты с участками поверхностей: совокупностей рассеивателей водной среды, в 1, 2,…,, .., слоях которой они случайным образом и статистически неоднородно распределены, при этом каждая совокупность рассеивателей в любом из слоев обладает собственным набором характеристик на i-том горизонте глубины, которые включают количество структурных элементов , их линейный размер , отражательную способность и акустическое сопротивление , отличающееся от аналогичного параметра водной среды, а также нейтральной плавучестью, вследствие чего совокупности рассеивателей пассивно переносятся водными массами с различными линейными скоростями течений относительно дна,- carry out acoustic contacts with surface areas: sets of diffusers of the aquatic environment, in 1, 2, ..., , .., layers of which they are randomly and statistically inhomogeneously distributed, while each set of scatterers in any of layers has its own set of characteristics on the i -th depth horizon, which include the number of structural elements , their linear size , reflectivity and acoustic impedance , which differs from the similar parameter of the aquatic environment, as well as by neutral buoyancy, as a result of which sets of scatterers are passively transferred by water masses with different linear current velocities relative to the bottom границы раздела «вода - дно» со случайным распределением донных неровностей, причем эти поверхности участков находятся в данный момент времени под носовой и кормовой ИПИА эхолотных систем, т.е. носовой (Н) и кормовой (К) частями движущегося судна со скоростью относительно дна, что обеспечивает одновременное формирование двух пространственно-временных зависимостей информационных сигналов - объемных реверберационных процессов и запаздывающих эхосигналов, квадраты огибающих которых будет содержать спектр частот, а их огибающие будет флуктуировать хаотическим образом; the “water-bottom” interface with a random distribution of bottom irregularities, and these surfaces of the sections are at a given time under the bow and stern IPIA of the echo sounding systems, i.e. bow (H) and stern (K) parts of a moving vessel with a speed relative to the bottom, which ensures the simultaneous formation of two space-time dependences of information signals - volumetric reverberation processes and delayed echo signals, the squares of the envelopes of which will contain the frequency spectrum, and their envelopes will fluctuate in a chaotic manner; - преобразуют с помощью прямого пьезоэффекта пьезоэлементов ЭАП носовой и кормовой ИПИА движущегося со скоростью судна две пространственно-временные зависимости информационных сигналов, в частности амплитуд эхосигналов от обоих облучаемых участков границы раздела «вода - дно» со случайными и различными распределениями донных неровностей, в соответствующие электрические сигналы, поступающие на вход приемного тракта аппаратуры;- convert using the direct piezoelectric effect of the piezoelectric elements of the EAP bow and stern IPIA moving at a speed ship two spatio-temporal dependences of information signals, in particular the amplitudes of echo signals from both irradiated sections of the "water - bottom" interface with random and different distributions of bottom irregularities, into the corresponding electrical signals entering the input of the receiving path of the equipment; - определяют по мере движения судна по заданному курсу две амплитудно-временные зависимости электрических сигналов и , визуализирующих акустические контакты с неровностями границы раздела «вода - дно», пропорциональных распределению глубин акватории под носовой и кормовой частями корпуса движущегося со скоростью судна, причем эти функции идентичны друг другу, но сдвинуты во времени на величину ;- determine as the vessel moves along a given course, two amplitude-time dependences of electrical signals And , visualizing acoustic contacts with irregularities of the "water - bottom" interface, proportional to the distribution of the depths of the water area under the bow and stern parts of the hull moving at speed ship, and these functions are identical to each other, but shifted in time by an amount ; - определяют величину коэффициента взаимной корреляции для несовпадающих в данный момент времени зависимостей электрических сигналов и , пропорциональных распределению глубин акватории под носовой и кормовой частями корпуса по курсу движения судна, что позволяет вычислить скорость движения судна ;- determine the value of the cross-correlation coefficient for the dependencies of electrical signals that do not match at a given time And , proportional to the distribution of depths of the water area under the bow and stern parts of the hull along the course of the vessel, which makes it possible to calculate the speed of the vessel ; отличающийся тем, чтоcharacterized in that - задают для обеих ИПИА эхолотных систем критерий соответствия их волновых размеров интервалу значений- set for both IPIA echo sounding systems the criterion of compliance of their wave sizes with the range of values где - диаметр антенны, - длина волны УЗ с частотой , распространяющегося со скоростью в воде, - амплитуда звукового давления в Паскалях у поверхности ИПИА в режиме излучения; Where - antenna diameter, - ultrasonic wavelength with frequency , propagating at a speed in water, - the amplitude of the sound pressure in Pascals near the surface of the IPIA in the radiation mode; - генерируют с помощью излучающего тракта аппаратуры электрические колебания с частотой , поступающие на две ИПИА эхолотных систем в режиме излучения;- generate with the help of the radiating path of the equipment electrical oscillations with a frequency , coming to two IRDA echo sounding systems in the radiation mode; - преобразуют с помощью прямого пьезоэффекта пьезоэлементов ЭАП двух ИПИА эхолотных систем амплитудно-импульсные модулированные колебания в периодические посылки мощных УЗ волн с необходимой длительностью, обеспечивая передачу частицам водной среды акустической энергии, достаточной для проявления нелинейных упругих свойств водной среды под носовой и кормовой частями корпуса движущегося со скоростью судна, что формирует в водной среде две параметрические излучающие антенны ПИА, в объемах которых распределены нелинейные источники генерируемых спектральных компонент;- using the direct piezoelectric effect of the piezoelectric elements of the EAP of two EPIA echo sounding systems, amplitude-pulse modulated oscillations are converted into periodic bursts of powerful ultrasonic waves with the required duration, ensuring the transmission of acoustic energy to the particles of the aquatic environment, sufficient to manifest the nonlinear elastic properties of the aquatic environment under the bow and stern parts of the hull moving at speed vessel, which forms in the aquatic environment two parametric radiating PIA antennas, in the volumes of which the nonlinear sources of the generated spectral components are distributed; - генерируют посредством обеих ПИА в водной среде два полигармонических пучка УЗ фазосвязанных сигналов с кратными частотами , где - порядковый номер гармоники, причем акустические поля гармоник соосны, их волновые векторы ориентированы вертикально вниз, а с ростом номера гармоники пучки имеют уменьшающиеся величины поперечного сечения;- generate two polyharmonic beams of ultrasonic phase-coupled signals with multiple frequencies by means of both PIAs in the aquatic environment , Where - the serial number of the harmonic, and the acoustic fields of the harmonics are coaxial, their wave vectors are oriented vertically downwards, and as the harmonic number increases, the beams have decreasing cross sections; - устанавливают на УЗ фазосвязанных сигналах с кратными частотами акустические контакты с участками поверхностей: - set on ultrasonic phase-coupled signals with multiple frequencies acoustic contacts with surface areas: совокупностей рассеивателей водной среды, в 1, 2,…,, .., слоях которой они случайным образом и статистически неоднородно распределены, каждая совокупность рассеивателей в любом из слоев обладает «уникальным» набором характеристик, в частности, на i-том горизонте глубины - количество структурных элементов , их линейный размер , отражательная способность и акустическое сопротивление , sets of diffusers of the aquatic environment, in 1, 2, ...,,.., layers of which they are randomly and statistically inhomogeneously distributed, each set of scatterers in any of layers has a "unique" set of characteristics, in particular, oni-volume depth horizon - the number of structural elements, their linear size, reflectivity and acoustic impedance, границы раздела «вода - дно» со случайным распределением донных неровностей, причем эти поверхности участков находятся в данный момент времени под носовой и кормовой ИПИА эхолотных систем, т.е. носовой (Н) и кормовой (К) частями движущегося судна со скоростью () относительно -го слоя, что обеспечивает формирование носовых и кормовых информационных сигналов, которые несут как амплитудную, так и фазовую информацию об участках поверхностей, позволяя судить об их отражательной способности и акустическом сопротивлении, а также об их глубине нахождения; the “water-bottom” interface with a random distribution of bottom irregularities, and these surfaces of the sections are at a given time under the bow and stern IPIA of the echo sounding systems, i.e. bow (H) and stern (K) parts of a moving ship with a speed ( ) relatively layer, which ensures the formation bow and stern information signals that carry both amplitude and phase information about surface areas, making it possible to judge their reflectivity and acoustic resistance, as well as their depth; - преобразуют с помощью прямого пьезоэффекта пьезоэлементов ЭАП носовой и кормовой ИПИА носовых и кормовых информационных сигналов от участков поверхностей совокупностей рассеивателей водной среды, которые движутся с различными скоростями течений на 1, 2,…,, .., горизонтах глубин и находятся в данный момент времени под носовой (Н) и кормовой (К) частями движущегося со скоростью () судна относительно i-го слоя, и границы раздела «вода - дно» со случайным распределением донных неровностей в соответствующие электрические сигналы, поступающие на вход приемного тракта аппаратуры;- convert using the direct piezoelectric effect of the piezoelectric elements of the EAP bow and stern IPIA bow and stern information signals from surface areas of sets of scatterers of the aquatic environment that move at different speeds currents on 1, 2,…, , .., depth horizons and are currently under the bow (H) and stern (K) parts of the moving with speed ( ) vessel relative to the i -th layer, and the "water - bottom" interface with a random distribution of bottom irregularities into the corresponding electrical signals arriving at the input of the receiving path of the equipment; - осуществляют вертикальную пространственную стратификацию совокупностей рассеивателей водной среды на 1, 2,…,, .., горизонтов глубин, производя в приемных трактах эхолотных систем на фазосвязанных сигналах кратных частот стробирование соответствующих электрических сигналов, установив одинаковые величины - ширины строба , их исходного расположения относительно дна, скорости и последовательности перемещения строба;- carry out vertical spatial stratification of sets of scatterers of the aquatic environment into 1, 2, ..., , .., depth horizons, producing in the receiving paths of echo sounding systems on phase-coupled signals of multiple frequencies strobe of the corresponding electrical signals by setting the same values - the width of the strobe , their initial location relative to the bottom, the speed and sequence of the gate movement; - вырабатывают в приемном тракте аппаратуры на каждом из фазосвязанных сигналов кратных частот по пар амплитудно-временных зависимостей электрических сигналов и , визуализирующих акустические контакты с неровностями границы раздела «вода - дно», которые пропорциональны распределению глубин акватории под носовой и кормовой частями корпуса движущегося со скоростью судна;- are generated in the receiving path of the equipment on each of the phase-coupled signals of multiple frequencies By pairs of amplitude-time dependences of electrical signals And , visualizing acoustic contacts with irregularities of the "water - bottom" interface, which are proportional to the distribution of the depths of the water area under the bow and stern parts of the hull moving at speed vessel; - измеряют для пар идентичных друг другу, но сдвинутых в парах во времени амплитудно-временных зависимостей электрических сигналов и , величины значений транспортных запаздываний для определения значений скорости движения судна относительно дна;- measure for pairs of amplitude-time dependences of electrical signals that are identical to each other, but shifted in pairs in time And , quantities transport delay values for determining vessel speed values relative to the bottom; - вырабатывают в приемном тракте аппаратуры на каждом из фазосвязанных сигналов кратных частот по пар амплитудно-временных зависимостей электрических сигналов, визуализирующих акустические контакты с совокупностями рассеивателей, находящимися в отдельных 1, 2,…,, .., слоях при разделении водной среды на 1, 2,…,, .., горизонтов глубин, например, для i-го горизонта глубины и , пропорциональных случайному распределению совокупностей рассеивателей в i-том слое под носовой и кормовой частями корпуса движущегося со скоростью судна относительно i-го слоя;- are generated in the receiving path of the equipment on each of the phase-coupled signals of multiple frequencies By pairs of amplitude-time dependences of electrical signals, visualizing acoustic contacts with sets of scatterers located in separate 1, 2, ..., , .., layers when dividing the aquatic environment into 1, 2, ..., , .., depth horizons, for example, for the i -th depth horizon And , proportional to the random distribution of sets of scatterers in the i -th layer under the bow and stern parts of the hull moving at speed vessel relative to the i -th layer; - измеряют для пар идентичных друг другу, но сдвинутых в парах во времени, амплитудно-временных зависимостей электрических сигналов, например, для i-го горизонта глубины и , величины значений транспортных запаздываний , для определения значений скорости движения судна = относительно i-го слоя;- measure for pairs of identical to each other, but shifted in pairs in time, amplitude-time dependences of electrical signals, for example, for the i -th depth horizon And , quantities transport delay values , for determining vessel speed values = relative to the i -th layer; - вычисляют значений скорости течения в i-том слое как разность значений скоростей движения судна относительно i-го слоя и скоростей движения судна относительно дна, где знак «+» соответствует попутному, знак «-» - встречному направлению течения в i-том слое водоема соответственно относительно вектора скорости движения судна;- calculate speed values flow in the i -th layer as the difference between the values ship speeds relative to the i -th layer and speeds vessel relative to the bottom, where the sign "+" corresponds to the passing, the sign "-" - the opposite direction of the current in the i -th layer of the reservoir, respectively, relative to the speed vector of the vessel; - вырабатывают в приемном тракте аппаратуры на двух фазосвязанных сигналах кратных частот по две амплитудно-временные зависимости электрических сигналов, визуализирующих акустические контакты и сопротивления совокупностей рассеивателей, находящихся в отдельных 1, 2,…,, .., слоях при разделении водной среды на 1, 2,…,, .., горизонтов глубин, например, для i-го горизонта глубины и , пропорциональных случайному распределению значения акустического сопротивления совокупностей рассеивателей в i-том слое под носовой и кормовой частями корпуса движущегося со скоростью судна относительно i-го слоя;- are generated in the receiving path of the equipment on two phase-coupled signals of multiple frequencies two amplitude-time dependences of electrical signals visualizing acoustic contacts and resistances of scatterer sets located in separate 1, 2, ..., , .., layers when dividing the aquatic environment into 1, 2, ..., , .., depth horizons, for example, for the i -th depth horizon And , proportional to the random distribution of the value of the acoustic resistance of the sets of scatterers in the i -th layer under the bow and stern parts of the hull moving at speed vessel relative to the i -th layer; - измеряют для двух идентичных друг другу, но сдвинутых в парах во времени, амплитудно-временных зависимостей электрических сигналов, визуализирующих акустические контакты и сопротивления совокупностей рассеивателей, например, для i-го горизонта глубины и , величину значения транспортного запаздывания , для определения скорости движения судна = относительно i-го слоя;- measured for two identical to each other, but shifted in pairs in time, amplitude-time dependences of electrical signals, visualizing acoustic contacts and resistance of sets of scatterers, for example, for the i -th depth horizon And , the value of the transport delay , to determine the speed of the vessel = relative to the i -th layer; - вычисляют значения средних арифметических величин скоростей абсолютного движения судна относительно дна, относительного движения судна относительно 1, 2,…,, .., слоев, пассивного переноса совокупностей рассеивателей, находящихся в отдельных 1, 2,…,, .., слоях при разделении водной среды на 1, 2,…,, .., горизонтов глубин;- calculate the values of the arithmetic mean values of the velocities of the absolute movement of the vessel relative to the bottom, the relative movement of the vessel relative to 1, 2, ..., , .., layers, passive transfer of sets of scatterers located in separate 1, 2, ..., , .., layers when dividing the aquatic environment into 1, 2, ..., , .., depth horizons; - осуществляют отображение, регистрацию и документирование результатов измерений детальной структуры распределения глубин водоема в реальном масштабе времени на ходу судна-носителя аппаратуры, абсолютной скорости движения судна-носителя, параметров течений в слоях тонкой структуры статистически неоднородной водной среды, который представлен в виде вертикального профиля скорости течения в k слоях стратифицированного водного объема, спроецированного на диаметральную плоскость судна.- display, register and document the results of measurements of the detailed structure of the distribution of the depths of the reservoir in real time on the course of the ship-carrier of the equipment, the absolute speed of the ship-carrier, the parameters of the currents in the layers of the fine structure of a statistically inhomogeneous aquatic environment, which is presented in the form of a vertical profile of the flow velocity in k layers of a stratified water volume projected onto the diametrical plane of the vessel. 2. Корреляционный способ по п.1, отличающийся тем, что используют ЭАП, каждый из которых снабжен пьезоэлементом простой геометрической формы, узлами экранировки, гидро-, электро- и шумоизоляции.2. Correlation method according to claim 1, characterized in that EAP is used, each of which is equipped with a piezoelectric element simple geometric shape,screening units, hydro-, electrical and sound insulation.
RU2022130046A 2022-11-18 Correlation method for measuring the parameters of the aquatic environment fine structure RU2799974C1 (en)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2799974C1 true RU2799974C1 (en) 2023-07-14

Family

ID=

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4188610A (en) * 1977-08-29 1980-02-12 Hydroacoustics, Inc. Method of and apparatus for the generation and transmission of signals for echolocation and other signalling purposes, such as in geophysical exploration
RU2010456C1 (en) * 1992-03-25 1994-03-30 Научно-производственное объединение "Всесоюзный научно-исследовательский институт физико-технических и радиотехнических измерений" Method of measurement of sound pressure level of underwater acoustic source in natural water reservoir and reference signal transducer for its implementation
RU2474794C1 (en) * 2011-06-15 2013-02-10 Учреждение Российской академии наук Специальное конструкторское бюро средств автоматизации морских исследований Дальневосточного отделения РАН (СКБ САМИ ДВО РАН) Method for parametric reception of waves of different physical nature in marine environment
RU2563332C2 (en) * 2013-07-15 2015-09-20 Открытое акционерное общество "Государственный научно-исследовательский навигационно-гидрографический институт" (ОАО "ГНИНГИ") Navigation method for autonomous unmanned underwater vehicle
RU2602995C2 (en) * 2014-12-22 2016-11-20 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Специальное конструкторское бюро средств автоматизации морских исследований Дальневосточного отделения Российской академии наук Method of formation and spatial development of luminal parametric antenna in the marine environment
RU2664456C2 (en) * 2016-11-22 2018-08-20 Геннадий Петрович Бендерский Ultrasonic method of measuring the velocity of flow and water expenditure in open water

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4188610A (en) * 1977-08-29 1980-02-12 Hydroacoustics, Inc. Method of and apparatus for the generation and transmission of signals for echolocation and other signalling purposes, such as in geophysical exploration
RU2010456C1 (en) * 1992-03-25 1994-03-30 Научно-производственное объединение "Всесоюзный научно-исследовательский институт физико-технических и радиотехнических измерений" Method of measurement of sound pressure level of underwater acoustic source in natural water reservoir and reference signal transducer for its implementation
RU2474794C1 (en) * 2011-06-15 2013-02-10 Учреждение Российской академии наук Специальное конструкторское бюро средств автоматизации морских исследований Дальневосточного отделения РАН (СКБ САМИ ДВО РАН) Method for parametric reception of waves of different physical nature in marine environment
RU2563332C2 (en) * 2013-07-15 2015-09-20 Открытое акционерное общество "Государственный научно-исследовательский навигационно-гидрографический институт" (ОАО "ГНИНГИ") Navigation method for autonomous unmanned underwater vehicle
RU2602995C2 (en) * 2014-12-22 2016-11-20 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Специальное конструкторское бюро средств автоматизации морских исследований Дальневосточного отделения Российской академии наук Method of formation and spatial development of luminal parametric antenna in the marine environment
RU2664456C2 (en) * 2016-11-22 2018-08-20 Геннадий Петрович Бендерский Ultrasonic method of measuring the velocity of flow and water expenditure in open water

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Sounding High-resolution sub-bottom profiling using parametric acoustics
US5050133A (en) Marine current determination
RU75062U1 (en) DOPPLER LOCATION SYSTEM
RU83140U1 (en) PARAMETRIC ECHO-PULSE LOCATOR
US20220236437A1 (en) Method and system for determining top and bottom depth of an under water mud layer
RU2799974C1 (en) Correlation method for measuring the parameters of the aquatic environment fine structure
RU166051U1 (en) CORRELATION LAG
RU75060U1 (en) ACOUSTIC LOCATION SYSTEM OF NEAR ACTION
RU153808U1 (en) PARAMETRIC ECHO DEDOMETER
RU2795577C1 (en) Multi-frequency correlation method for measuring current velocity
Kozaczka et al. Processing data on sea bottom structure obtained by means of the parametric sounding
US5402393A (en) Non-invasive acoustic velocimetric apparatus and method
Voloshchenko et al. Seadrome: unmanned amphibious aerial vehicle sonar equipment for landing-takeoff and water area navigation
WO2003102624A1 (en) Resampling sonar echo time series primarily for seabed sediment classification
RU168083U1 (en) ACOUSTIC WAVE GRAPH
RU98254U1 (en) MULTI-FREQUENCY CORRELATION HYDROACOUSTIC LAG
RU2801053C1 (en) Acoustic method for measuring motion parameters of the layered marine environment
RU2090984C1 (en) Hydrophone sensitivity measurements on board sea-going ships by method of comparison in low-frequency range
RU79187U1 (en) MULTI-LEVEL PULSE DOPLER NAVIGATION SYSTEM
Williams Forward scattering from a rippled sand/water interface: Modeling, measurements, and determination of the plane wave, flat surface reflection coefficient
RU2721307C1 (en) Acoustic method and apparatus for measuring sea-wave parameters
Mărgăritescu et al. Ultrasonic measuring system for deposition of sediments in reservoirs
Voloshchenko et al. The Underwater Ultrasonic Equipment with the Nonlinear Acoustics Effect’s Application
RU100838U1 (en) DEVICE FOR DETERMINING THE PARAMETERS OF BODIES LOCATED AT THE BOTTOM OF THE RESERVOIRS
Liang et al. An Ice Thickness Measurement Method based on Up-looking Sonar