RU2810693C1 - Method for determining vertical angle of underwater object - Google Patents
Method for determining vertical angle of underwater object Download PDFInfo
- Publication number
- RU2810693C1 RU2810693C1 RU2023112564A RU2023112564A RU2810693C1 RU 2810693 C1 RU2810693 C1 RU 2810693C1 RU 2023112564 A RU2023112564 A RU 2023112564A RU 2023112564 A RU2023112564 A RU 2023112564A RU 2810693 C1 RU2810693 C1 RU 2810693C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- sonar
- distance
- vertical
- measuring
- detected
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 16
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 7
- 238000007654 immersion Methods 0.000 description 3
- 230000003068 static effect Effects 0.000 description 3
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 2
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к области гидроакустики и может быть использовано для построения навигационных гидроакустических станций освещения ближней обстановки, повышения их эффективности и расширения объема решаемых задач.The invention relates to the field of hydroacoustics and can be used to construct navigation hydroacoustic stations for illuminating near-field environments, increasing their efficiency and expanding the scope of tasks to be solved.
Известен метод измерения углового положения обнаруженного морского объекта с использованием гидролокатора, установленного на движущемся носителе, описанный в работе [Сташкевич А.П. Акустика океана. - 1966.].There is a known method for measuring the angular position of a detected marine object using a sonar mounted on a moving carrier, described in [Stashkevich A.P. Ocean acoustics. - 1966.].
Гидролокатор производит излучение зондирующего сигнала в момент времени t1, принимает эхосигнал и измеряет временную задержку между моментами излучения зондирующего сигнала и приема эхосигнала, определяет на момент времени t1 дистанцию D1 до объекта по величине временной задержки и известной скорости распространения звука. После чего определяют угол между направлением движения носителя и направлением на объект в вертикальной плоскости по положению характеристики направленности. Угол в вертикальной плоскости определяется при измерении амплитуды эхосигнала при сканировании характеристики направленности по вертикали по нескольким последовательным излучениям. За измеренное значение угла принимается угол, при котором амплитуда эхосигнала имеет максимальное значение. Определение направления на объект производится по величине максимальной амплитуды эхосигнала по результатам выбора последовательных измерений. Таким образом необходима гидроакустическая антенна, развитая в вертикальном направлении, и имеющая узкую характеристика направленности антенны в вертикальной плоскости, изменение положения характеристики направленности, которое достигается поворотом антенны, измерение амплитуды эхосигнала, выбор эхосигнала с максимальной амплитудой, определение направление положения объекта по углу, которому соответствует максимальная амплитуда эхосигнала.The sonar emits a probing signal at time t 1 , receives an echo signal and measures the time delay between the moments of emission of the probing signal and reception of the echo signal, determines at time t 1 the distance D 1 to the object based on the time delay and the known speed of sound propagation. Then the angle between the direction of movement of the carrier and the direction towards the object in the vertical plane is determined by the position of the directivity characteristic. The angle in the vertical plane is determined by measuring the amplitude of the echo signal while scanning the vertical directional characteristic over several successive emissions. The measured angle value is taken to be the angle at which the amplitude of the echo signal has its maximum value. The direction to the object is determined by the maximum amplitude of the echo signal based on the results of selecting successive measurements. Thus, a hydroacoustic antenna is required, developed in the vertical direction, and having a narrow directivity characteristic of the antenna in the vertical plane, changing the position of the directivity characteristic, which is achieved by rotating the antenna, measuring the amplitude of the echo signal, selecting the echo signal with the maximum amplitude, determining the direction of the object's position by the angle to which it corresponds maximum amplitude of the echo signal.
Недостатком данного способа является то, что определение направления прихода отраженного сигнала, осуществляется последовательным поворотом антенны с узкой характеристикой направленности по вертикали и измерении амплитуды принятого эхосигнала по серии последовательных измерений и принятию решения при определении максимальной амплитуды эхосигнала.The disadvantage of this method is that the determination of the direction of arrival of the reflected signal is carried out by sequentially rotating the antenna with a narrow vertical directional characteristic and measuring the amplitude of the received echo signal through a series of successive measurements and making a decision when determining the maximum amplitude of the echo signal.
Известен способ определения глубины погружения объекта [Тимошенков В.Г. Патент РФ №2660292 от 05.07.2018. Способ определения глубины погружения объекта. МПК G01S 15/58], в котором изложена процедура определения вертикального угла положения этого объекта. В соответствии с этим способом производят излучение зондирующего сигнала, прием эхосигнала от объекта, измерение временной задержки между моментами излучения зондирующего сигнала и приема эхосигнала, определение дистанции D до объекта по величине временной задержки и известной скорости распространения звука, измерение направления на объект в вертикальной плоскости, при этом измеряют глубину погружения гидролокатора Нгл., эхосигнал принимают одновременно вертикальной линейной антенной, формирующей статический веер узких характеристик направленности (ХН) в вертикальной плоскости и широкие ХН в горизонтальной плоскости, и горизонтальной линейной антенной, формирующей статический веер узких ХН в горизонтальной плоскости и широкие ХН в вертикальной плоскости, имеющих общий фазовый центр, определяют помеху по первому циклу приема входной информации всеми характеристиками направленности, выбирают порог обнаружения, определяют эхосигналы, превысившие порог по каждой характеристике направленности, измеряют дистанцию до объекта Dгор по горизонтальным ХН, в которых произошло превышение порога, измеряют дистанцию Dверт по вертикальным ХН в которых произошло превышение порога, определяют номер вертикальной пространственной ХН, для которой соблюдается неравенство Dверт < Dгор. + Нгл, а вертикальный угол положения обнаруженного подводного объекта определяют по положению этой характеристики.There is a known method for determining the immersion depth of an object [Timoshenkov V.G. RF Patent No. 2660292 dated 07/05/2018. A method for determining the immersion depth of an object. IPC G01S 15/58], which sets out the procedure for determining the vertical angle of the position of this object. In accordance with this method, a probing signal is emitted, an echo signal is received from an object, the time delay is measured between the moments of emission of the probing signal and the echo signal is received, the distance D to the object is determined by the value of the time delay and the known speed of sound propagation, the direction to the object is measured in the vertical plane, At the same time, the immersion depth of the sonar H ch is measured. , the echo signal is received simultaneously by a vertical linear antenna, forming a static fan of narrow directional characteristics (CN) in the vertical plane and wide CNs in the horizontal plane, and a horizontal linear antenna, forming a static fan of narrow CNs in the horizontal plane and wide CNs in the vertical plane, having a common phase center, determine the interference in the first cycle of receiving input information with all directional characteristics, select a detection threshold, determine echo signals that exceed the threshold for each directional characteristic, measure the distance to the object D mountains along the horizontal CNs in which the threshold was exceeded, measure the distance D vert along the vertical The CNs in which the threshold was exceeded determine the number of the vertical spatial CN for which the inequality Dvert < Dhorizon is observed. + N gl , and the vertical angle of the position of the detected underwater object is determined by the position of this characteristic.
Недостатком этого способа является то, что необходима антенн, которая формирует статический веер характеристик направленности по вертикали, что требует существенных материальных и технологических затрат. Большинство существующих гидролокаторов таких возможностей не имеет.The disadvantage of this method is that it requires an antenna that forms a static fan of vertical directional characteristics, which requires significant material and technological costs. Most existing sonars do not have such capabilities.
Задачей изобретения является упрощение процедуры измерений вертикального углового положения обнаруженного объекта.The objective of the invention is to simplify the procedure for measuring the vertical angular position of a detected object.
Техническим результатом от использования изобретения является определение углового положение обнаруженного объекта при использовании ненаправленной или слабонаправленной антенны в вертикальной плоскости, не требующей развитого вертикального размера, а также сокращение времени измерений положения обнаруженного объекта по вертикали.The technical result of the use of the invention is to determine the angular position of a detected object when using an omnidirectional or weakly directional antenna in a vertical plane, which does not require a developed vertical dimension, as well as reducing the time of measuring the vertical position of a detected object.
Технический результат достигается тем, что в способ содержащий излучение зондирующих сигналов, прием отраженных от обнаруженного морского объекта эхосигналов, измерение дистанции Д, гидролокатором, установленным на движущемся носителе, и определение вертикального угла положения подводного объекта введены новые признаки, а именно прием эхосигнала осуществляют гидроакустической антенной с всенаправленной или слабо направленной характеристикой направленности, измеряют горизонтальную скорость движения носителя гидролокатора V, измеряют время излучения первого зондирующего сигнала T1 и дистанцию Д1, измеряют время излучения второго зондирующего сигнала Т2 и дистанцию Д2, определяют путь VΔT, пройденный гидролокатором за время (T2-T1)=ΔT, а вертикальный угол положения обнаруженного морского объекта определяют как где S - площадь треугольника со сторонами Д1, Д2 и VΔT, , где The technical result is achieved by the fact that new features have been introduced into the method containing the emission of sounding signals, the reception of echo signals reflected from a detected marine object, the measurement of distance D by a sonar mounted on a moving carrier, and the determination of the vertical angle of the position of an underwater object, namely, the echo signal is received by a hydroacoustic antenna with an omnidirectional or weakly directional characteristic, measure the horizontal speed of the sonar carrier V, measure the emission time of the first probing signal T 1 and distance D 1 , measure the emission time of the second probing signal T 2 and distance D 2 , determine the path VΔT traversed by the sonar during the time (T 2 -T 1 )=ΔT, and the vertical angle of the position of the detected marine object is determined as where S is the area of a triangle with sides D 1 , D 2 and VΔT, , Where
Поясним достижение технического результатаLet us explain the achievement of a technical result
Существо предлагаемого технического решения можно рассмотреть с помощью фиг. 1. Гидролокатор излучает зондирующий сигнал в точке А в момент T1 и определяется дистанция Д1. Затем гидролокатор перемещается в точку К, пройдя расстояние равное VΔT, снова излучит зондирующий сигнал, после чего измеряется дистанция Д2 в момент Т2. По этим данным может быть определена площадь треугольника АКС равная , где . С другой стороны площадь этого же треугольника можно определить по произведению сторон АС, что соответствует Д1, и АК, что соответствует VΔT, и синусу угла между ними sin Q0. S=2Д1 VΔT sin Q0. Приравняв эти две площади можно определить синус угла между ними что однозначно определяет значение угла Q0, которое соответствует угловому положению обнаруженного объекта по вертикали.The essence of the proposed technical solution can be considered using Fig. 1. The sonar emits a sounding signal at point A at time T 1 and the distance D 1 is determined. Then the sonar moves to point K, having covered a distance equal to VΔT, it will again emit a probing signal, after which the distance D 2 at the moment T 2 is measured. From these data, the area of the triangle AKS can be determined equal to , Where . On the other hand, the area of the same triangle can be determined by the product of the sides AC, which corresponds to D 1 , and AK, which corresponds to VΔT, and the sine of the angle between them sin Q 0 . S=2D 1 VΔT sin Q 0 . By equating these two areas, you can determine the sine of the angle between them which uniquely determines the value of the angle Q 0 , which corresponds to the vertical angular position of the detected object.
Сущность изобретения поясняется фиг. 1 и фиг. 2, где на фиг. 1 приведено пояснение к определению вертикального угла обнаруженного гидролокатором объекта, на фиг. 2. - блок сема устройства, реализующего предлагаемый способ.The essence of the invention is illustrated in Fig. 1 and fig. 2, where in FIG. 1 provides an explanation for determining the vertical angle of an object detected by a sonar; FIG. 2. - block of the device that implements the proposed method.
Устройство (фиг. 2) содержит гидролокатор 1 соединенный с спецпроцессором 2. Спецпроцессор 2 содержит последовательно соединенные систему 3 формирования горизонтальных характеристик направленности, блок 4 измерения дистанции, блок 5 памяти измеренных параметров, блок 6 определения площади, блок 7 определения вертикального угла, также содержит блок 8 измерения пройденного пути. Устройство (фиг. 2) кроме этого содержит блок 10 измерения собственной скорости, который через блок 9 управления и отображения и соединен с гидролокатором 1. При этом второй выход блока 9 через блок 8 соединен со вторым входом блока 6, а выход блока 7 соединен с блоком 9 управления и отображения.The device (Fig. 2) contains a sonar 1 connected to a special processor 2. The special processor 2 contains a series-connected system 3 for generating horizontal directional characteristics, a distance measurement unit 4, a memory unit 5 of measured parameters, an area determination unit 6, a vertical angle determination unit 7, and also contains block 8 measuring the distance traveled. The device (Fig. 2) also contains a block 10 for measuring its own speed, which is connected to the sonar 1 through a control and display block 9. In this case, the second output of block 9 is connected through block 8 to the second input of block 6, and the output of block 7 is connected to control and display unit 9.
Гидролокатор 1 является известным устройством. Блок 2 цифровой спецпроцессор являются известными устройствами, которые предназначены для осуществления конкретных алгоритмов обработки с использованием аппаратных решений и жесткой логикой вычислений. Их применение повышает быстродействие цифровых вычислительных систем в несколько раз, и в большинстве случаев сокращает аппаратные затраты. Описания спецпроцессоров приведены в книге [Корякин Ю.А. Смирнов С.А. Яковлев Г.В. «Корабельная гидроакустическая техника». СПб. Наука. - 2004]. Там же приведено описание гидроакустических комплексов, построенных на основе спецпроцессоров [стр. 296., стр. 328]. С использованием этих же процессоров могут быть реализованы все введенные блоки предлагаемого изобретения.The sonar 1 is a known device. Block 2 digital special processor are well-known devices that are designed to implement specific processing algorithms using hardware solutions and rigid computing logic. Their use increases the performance of digital computing systems several times, and in most cases reduces hardware costs. Descriptions of special processors are given in the book [Koryakin Yu.A. Smirnov S.A. Yakovlev G.V. "Ship hydroacoustic technology." SPb. The science. - 2004]. There is also a description of hydroacoustic systems built on the basis of special processors [p. 296., p. 328]. Using the same processors, all introduced blocks of the proposed invention can be implemented.
Блоки 3, 4, 5, 6, 7, 8 могут быть реализованы с использованием цифровой обработки на основе пакетов расширения «Матлаб», которые обеспечивают последовательную процедуру вычисления заданных алгоритмов, рассмотрены в пособии [Сергиенко А.Б. Цифровая обработка сигналов. - БХВ-Санкт Петербург, 2011].Blocks 3, 4, 5, 6, 7, 8 can be implemented using digital processing based on Matlab extension packages, which provide a sequential procedure for calculating specified algorithms, discussed in the manual [Sergienko A.B. Digital signal processing. - BHV-St. Petersburg, 2011].
С помощью устройства (фиг. 2) предлагаемый способ может быть реализован следующим образом.Using the device (Fig. 2), the proposed method can be implemented as follows.
С блока управления и отображения 9 подается сигнал на гидролокатор 1, который формирует и излучает зондирующий сигнал. Отраженный эхосигнал принимается антенной гидролокатора и передается в спецпроцессор 2, где в блоке 3 формируются система горизонтальных характеристик направленности, что обеспечивает обнаружение всех эхосигналов в горизонтальном направлении. С выхода пространственных каналов эхосигналы поступают в блок 4 измерения дистанции, где производится обнаружение эхосигналов превысивших порог и измерение дистанции по времени между излучением зондирующего сигнала и временем превышением выбранного порога. Полученная оценка дистанции передается в блок 5 памяти, где запоминается оценка дистанции и пространственный канал по горизонтали при каждом измерении. Гидролокатор 1 работает с известным временем излучения, поэтому эхосигналы принятые гидролокатором автоматически будут поступать в блок памяти 5 и передаваться в блок определения площади 6. На второй вход блока 6 из блока 8 поступает значение пройденного расстояния между излученными зондирующими сигналами. Для этой цели в блоке 10 производится измерение собственной скорости, которое передается через блок управления и отображения в блок 8 при каждом излучении зондирующего сигнала. Таким образом, в блоке 7 производится определение вертикального угла пространственного положения обнаруженного объекта, которое передается в блок 9 управления и отображения.From the control and display unit 9 a signal is sent to the sonar 1, which generates and emits a sounding signal. The reflected echo signal is received by the sonar antenna and transmitted to special processor 2, where a system of horizontal directional characteristics is formed in block 3, which ensures the detection of all echo signals in the horizontal direction. From the output of the spatial channels, the echo signals enter the distance measurement block 4, where echo signals that exceed the threshold are detected and the time distance between the emission of the probing signal and the time the selected threshold is exceeded is measured. The resulting distance estimate is transferred to memory block 5, where the distance estimate and the horizontal spatial channel are stored for each measurement. Sonar 1 operates with a known emission time, so echo signals received by the sonar will automatically enter memory block 5 and be transmitted to area determination block 6. The second input of block 6 from block 8 receives the value of the distance traveled between the emitted sounding signals. For this purpose, unit 10 measures its own speed, which is transmitted through the control and display unit to unit 8 each time a probing signal is emitted. Thus, in block 7, the vertical angle of the spatial position of the detected object is determined, which is transmitted to control and display block 9.
Измерения собственной скорости движения осуществляется известными современными измерителями, погрешность измерения собственной скорости составляет величину меньше 0,01 м/с. [Богородский А.В., Островский Д.Б. Гидроакустические навигационные и поисково-обследовательские средства // С-Пб.: Издательство СПб ГЭТУ «ЛЭТИ. - 2009. - 48 с.].Self-speed measurements are carried out with well-known modern meters; the error in measuring self-speed is less than 0.01 m/s. [Bogorodsky A.V., Ostrovsky D.B. Hydroacoustic navigation and search and survey aids // St. Petersburg: Publishing house of St. Petersburg State Technical University “LETI. - 2009. - 48 p.].
Таким образом, по нескольким последовательным излучениям гидролокатора может быть реализована процедура измерения вертикального угла положения обнаруженного объекта в пространстве.Thus, using several successive sonar emissions, a procedure for measuring the vertical angle of the position of a detected object in space can be implemented.
Claims (1)
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2810693C1 true RU2810693C1 (en) | 2023-12-28 |
Family
ID=
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2516602C1 (en) * | 2012-12-25 | 2014-05-20 | Открытое акционерное общество "Концерн "Океанприбор" | Method to determine depth of object submersion |
| RU2527136C1 (en) * | 2013-02-19 | 2014-08-27 | Региональный некоммерческий фонд поддержки и развития петербургской науки, культуры и спорта | Method of measuring depth of object using sonar |
| RU2593651C1 (en) * | 2015-06-09 | 2016-08-10 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки институт океанологии им. П.П. Ширшова Российской академии наук | Hydroacoustic method for location of autonomous underwater vehicles |
| RU2625041C1 (en) * | 2016-06-01 | 2017-07-11 | Акционерное Общество "Концерн "Океанприбор" | Method for measuring object immersion depth |
| RU2654365C1 (en) * | 2017-03-28 | 2018-05-17 | Акционерное Общество "Концерн "Океанприбор" | Device for obtaining information on noisy object in sea |
| RU2660292C1 (en) * | 2017-08-29 | 2018-07-05 | Акционерное Общество "Концерн "Океанприбор" | Method for determining object immersion depth |
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2516602C1 (en) * | 2012-12-25 | 2014-05-20 | Открытое акционерное общество "Концерн "Океанприбор" | Method to determine depth of object submersion |
| RU2527136C1 (en) * | 2013-02-19 | 2014-08-27 | Региональный некоммерческий фонд поддержки и развития петербургской науки, культуры и спорта | Method of measuring depth of object using sonar |
| RU2593651C1 (en) * | 2015-06-09 | 2016-08-10 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки институт океанологии им. П.П. Ширшова Российской академии наук | Hydroacoustic method for location of autonomous underwater vehicles |
| RU2625041C1 (en) * | 2016-06-01 | 2017-07-11 | Акционерное Общество "Концерн "Океанприбор" | Method for measuring object immersion depth |
| RU2654365C1 (en) * | 2017-03-28 | 2018-05-17 | Акционерное Общество "Концерн "Океанприбор" | Device for obtaining information on noisy object in sea |
| RU2660292C1 (en) * | 2017-08-29 | 2018-07-05 | Акционерное Общество "Концерн "Океанприбор" | Method for determining object immersion depth |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2634787C1 (en) | Method of detecting local object against background of distributed interference | |
| US8400875B2 (en) | Active sonar system and active sonar method using a pulse sorting transform | |
| RU2346295C1 (en) | Active sonar | |
| RU2451300C1 (en) | Hydroacoustic navigation system | |
| RU2350983C2 (en) | Method for determination of object submersion depth | |
| RU75061U1 (en) | ACTIVE HYDROLOCATOR | |
| RU2810693C1 (en) | Method for determining vertical angle of underwater object | |
| RU2581416C1 (en) | Method of measuring sound speed | |
| RU2658528C1 (en) | Method of measuring target speed with echo-ranging sonar | |
| RU117018U1 (en) | NAVIGATING HYDROACOUSTIC STATION | |
| RU2545068C1 (en) | Measurement method of changes of heading angle of movement of source of sounding signals | |
| RU75060U1 (en) | ACOUSTIC LOCATION SYSTEM OF NEAR ACTION | |
| RU178905U1 (en) | MULTI-BEAM SCIENTIFIC ECHO SOUNDER FOR ACCOUNTING WATER BIORESOURCES | |
| RU2510608C1 (en) | Method of measuring thickness of ice from underwater vehicle | |
| RU2660292C1 (en) | Method for determining object immersion depth | |
| RU2590932C1 (en) | Hydroacoustic method of measuring depth of immersion of fixed object | |
| RU2715409C1 (en) | Method of determining current coordinates of a target in bistatic sonar mode | |
| RU2625041C1 (en) | Method for measuring object immersion depth | |
| RU2625716C1 (en) | Method of measuring sound on route | |
| RU2478983C1 (en) | Method for detection of splashing-down object submersion depth | |
| RU2516602C1 (en) | Method to determine depth of object submersion | |
| RU2515419C1 (en) | Method of measuring change in course angle of probing signal source | |
| RU2789811C1 (en) | Method for measuring the depth of immersion of an object | |
| RU2654366C1 (en) | Active sonar | |
| RU2758586C1 (en) | Automatic detection and classification system |