Способ измерения глубины моря

 

Изобретение относится к области гидроакустики и может быть использовано в гидрографии для площадной съемки глубин дна. Цель изобретения - повышение точности измерения глубины и оперативное получение данных о глубинах дна. Цель достигается тем, что излучают из одной точки два зондирующих сигнала с различной чувствительностью к допплеровскому смещению частоты и определяют глубину по формуле Н R|V1 -(ARi/ARo)2 , где AR0 - C(Ki - KaXW A)cos a , V - скорость движения носителя, С - скорость звука в воде, А - длина волны зондирующего сигнала, а - угол между проекциями на плоскость вектора скорости движения носителя и направлением на деталь рельефа, AR - разность измеренных наклонных дальностей (парал локс), RI - наклонная дальность до детали рельефа, Ki, Kz - коэффициенты чувствительности зондирующих сигналов к допплеровскому смещению частоты. 5 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)5 G 01 S 15/42

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) t::-:Фар;4 Е."1

t .с; g

*" Ь :: j. C

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ПАТЕНТУ

/ (21) 4936056/22 (22) 14.05.91 (46) 30.08.93. Бюл. М 32 (71) Институт радиотехники и электроники

АН СССР (72) 8.И.Каевицер, В.П.Синило и А,В.Скнаря (73) Институт радиотехники и электроники (56) Патент США N. 4308599, кл. G 01 S

15/02, 1981.

Pranz- Lebel aloura1y апаИзй of Stereo

heit - looking radar Photogrammetric

Engineering апд Remote senpig U5, N 8, august, 1979, 1083 — 1096. (54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ГЛУБИНЫ МОРЯ (57) Изобретение относится к области гидроакуйики и может быть использовано в гидрографии для площадной съемки глубин дна. Цель изобретения — повышение точности измерения глубины и оперативное получение

Изобретение относится к области гидроакустики и может быть использовано в гидрографии для площадной съемки глубин дна.

Целью изобретения является улучшение точности измерения глубины и повышение оперативности получения данных о глубине дна.

Поставленная цель достигается тем, что в известном способе излучают одновременно из одной точки два зондирующих сигнала с различной чувствительностью к доппле-. ровскому смещению частоты, и определяют глубину моря по формуле: н Гх, v) =Ri s — (- -„— -),(s) .,..!Ы„„1838802 АЗ данных о глубинах дна. Цель достигается тем, что излучают из одной точки два зондирующих сигнала с различной чувствительностью к допплеровскому смещению частоты и определяют глубину по формуле

Н = R 1 — (ЛRi/ARo ), где ARo

=С(К1 - К2)(Ч/ А)сов а, V — скорость движения носителя, С вЂ” скорость звука в воде, il— длина волны зондирующего сигнала, а— угол между проекциями на плоскость вектора скорости движения носителя и направлением на деталь рельефа, Л R — разность измеренных наклонных дальностей (парал- локс), Ri — наклонная дальность до детали рельефа. К1, Кг — коэффициенты чувствительности зондирующих сигналов к допплеровскому смещению частоты, 5 ил. где ЛР =С(К1 — К2); сова, V

V — скорость движения носителя, С вЂ” скорость звука в воде, равная 1500 м/с, А- длина волны зондирующего сигнала, а — угол между проекциями на плоскость дна вектора скорости движения носителя и направления на деталь рельефа, ЬЙ вЂ” разность измеренных наклонных дальностей(параллакс), Ri — наклонная дальность до детали рельефа, К>, К вЂ” коэффициенты чувствительности зондирующих сигналов к допплеровскому смещению частоты.

00 (лЭ

С>

Ы

1838802

Справедливость формулы (1) следует из геометрических соотношений на рис.1, на котором показано взаимное расположение движущегося носителя (т.0) и детали элемента рельефа дна (т.А), 5

На рис,2 показана структурная схема устройства для реализации предложенного способа. Нэ рис.3 показаны зависимости величины параллакса A Rt при ровном дне для двух значений глубины Н (х,у), соответственно, 1000 м и 1100 м (графики 1 и 2) от расстояния до рассеивающего участка относительно подлокаторной точки на дне t (x,ó) и разности параллаксов (ARt.- ARz) (график 3) для различных участков дна (! (х,у)), рассчитанные для случая однонаправленного ЛЧМ и короткого тонального сигналов.

На фиг.4 и 5 представлены схемы блоков 6 и 7, соответственно. На рис.2:1 — первая приемопередающая антенна первого гид- 29 ролокатора бокового обзора, 2 — вторая приемопередающая антенна второго гидролокатора, 3 — первый гидролокатор бокового обзора, 4 — второй гидролокатор бокового обзора, 5 — высокостабильйый кварцевый генератор, 6 — вычислитель:раз- . ности наклонных дальностей (параллакса}, 7 . — вычислитель глубин, 8 — графопостроитель профилей глубин, 9 — блок установки величин постоянных параметров и ввода теку- 30 щих координат для вычисления глубин, 10— вход начальной установки.

Выход кварцевого генератора (5) соединен с первыми входами первого(3) и второго (4) гидролокаторов бокового обзора, вторые 35 входы которых также соединены между собой и являются входом начальной установки (10), а выходы первой(1) и второй(2) приемопередающих антенн через первый и второй гидролокаторы бокового обзора соединены, 40 соответственно, с первым и вторым входами вычислителя разности наклонных дальностей (6), выход которого соединен через вычислитель глубины (7) с графопостроителем профилей глубин (8), причем второй 45 вход вычислителя глубины (7) соединен с блоком установки величин постоянных параметров и ввода текущих координат (9).

Пример осуществления способа.

Зондирующие сигналы, сформирован- 50 ныев первом(3) и BTopGM(4) гидролокаторах бокового обзора, излучают в окружающее пространство, соответственно, первой (1) и второй (2) приемопередающими антеннами, диаграммы направленности которых повер- 55 нуты на угол а к линии движения носителя, Эхосигналы, рассеянные деталями рельефа дна, через первую (1) и вторую (2) приемопередэющие антенны .поступают, соответственно в первый (3) и второй (4) гидролокэторы бокового обзора, в которых вычисляют распределение мощности зхосигналов по дальности. Дальность до каждого элемента разрешения R) определяется временем распространения st акустического сигнала до него и обратно и чувствительностью сигнала к допплеровскому смещению частоты К согласно следующему выражению: (2} где К, например; для ЛЧМ зондирующего сигнала определяется наклоном большой полуоси эллипса функции неопределенности на плоскости (т, f} и его модуль равен

Ти —. В частности. для короткого тонального п и линейно-частотно-модулированного сигналов формулы (1) для определения глубин имеет следующий вид: где Ь R = + С вЂ” „. —,г- Cos а, Ти V

R) — наклонная дальность. измеренная по короткому тональному сигналу, ч — скорость звука в воде, равна 1500 м(с, С вЂ” длина волны зондирующего сигнала, а- угол между проекциями нэ плоскость дна вектора скорости движения носителя и направления на деталь рельефа, Л R — разность измеренных наклонных дальностей (параллакс), Т вЂ” длительность ЛЧМ сигнала, Fm — девиация частоты ЛЧМ сигнала, С выходов первого (3) и второго {4) гидролокаторов бокового обзора информация в цифровом виде поступает, соответственно, на первый и второй входы вычислителя разности наклонных дальностей (6), в котором рассчитываются параллакс для каждой детали акустического изображения дна.

Определение параллакса ЬR для каждой детали рельефа дна основана на определении разности измеренных наклонных дальностей до идентичных деталей рельефа дна в одних и тех же строках двух акустических изображениях дна. При этом в строке одного из акустических изображений по превышению отношения сигнал/шум выбранного порога обнаружения производят выделение контрастных деталей рельефа.

Затем по смещению максимума взаимнокорреляционной функции эхосигнэлов от

1838802 выбранной детали в обоих изображениях определяется ее параллакс AR.

Оценку точности измерения глубины дй ным способом произведем сравнением величины разности пэраллаксов Л Ri u

Ь kz соответствующим двум значениям величины Н (х,у), с разрешэющей способностью зондирующего сигналэ. На рис. 3 (график 1), показана зависимость величины параллакса AR> додеталей А(х,у), при ровной дне нэ глубине Н (х,у) =- Н (0,0) = 1000 м от диэпазонэ дальностей! (х,у) при а = 60, Т - 1 c Fm = 64 Гц, Ч = 5 м/с и il = 1,0 м для случая однонэправленного ЛЧМ и короткого тонального зондирующих сигналов, рассчитанная по следующей формуле:

ЬВ =+ cosy, ЧТи fo

Fm (4) С где f> =.1- несущая частота зондирующего сиГнэла, а величина cos p, как следует из рис. 1 (треугольники ОВА и 0CA), равна: (5) cos p—

Ь= =12 м

2 Fm

Таким образом, можно сделэть вывод, что для данных параметров сигнала и условий измерений, точность измерения глубин дэнным способом составляет = 100 м. Для увеличения точности можно использовать двэ ЛЧМ сигнала с различными напрэвленмями изменения частоты (растущая, пэдающэя). При этом точность измерения глубин улучшается в 2 раза. Дальнейшее увеличение точности связано с изменением параметров сигнала К и Л .

Н (О. О)+! (х, у)

Отклонения от регулярного хода графика 1, показанного нэ рис, 3, будут соответствовать колебаниям глубины относительно плоскости Н (0,0). Нэ грэфике 2 (рис.3) приведен ход изменения Л Р2 при увеличении гл бины Н (х,у) нэ 100 м для плоского днэ, а нй графике 3 — разность между значениями ЛЙ первого и второго графиков (ЬЯ1 - ЛВ2). Из графика 3 видно, что при изменении глубины на 100 м в диэпээоне Р от 300 м до 1800 м разность измеренных значений (ЛR1- ЛR2) (т.А и В) превышает рэзрешэющую способность сигнала, равную, например, при использовании ЛЧМ сигнала и импульсного сигнала

Величина параллэксэ в цифровом виде с выходэ вычислителя (6) поступает на первый вход вычислителя глубины (7), где по формуле (1) с учетом значений величин, вхо5 дящих в нее постоянных параметров и твкущих координат носителя, поступающих на второй вход вычислителя (7), производится расчет глубин, значения которых также в цифровом виде поступают нэ грэфопостро10 итель профилей глубин, где огображэются в координатах Н (х,у), либо с учетом координат носителя — в абсолютных географических координатах, Улучшение точности измерения глубин

15 в дайном способе достигается ээ счет того, что в нем вычисление глубины производится без учета разности координат носителя в точках измерения и устранения влияния изменения гидрологии нэ распространение

20 звука и рэвно двух-трехкратной величине, а повышение оперативности получения данных — за счет исключения времени перехода из одной точки измерения в другую.

Формула изобретения

25 Способ измерения глубины моря, основанный на излучении в бок и приеме зондирующего сигнэлэ с движущегося носителя, измерении наклонной дальности и определении глубины с учетом парэллэкса, о т л и30 ч а ю шийся тем, что, с целью повышения точности измерения глубины и оперативности получения данных о глубинах днэ, излучают. одновременно из одной точки двэ зондирующих сигнала с различной чуастви-

35 тельностью к допплеровскому смещению частоты зхосигналов и определяют глубину по следующей формуле

40 Н (Х, Y) =R 1 — (- =)

ЛР! 2 где h, R, = С (К) — К2 ) СНа, V

V — скорость движения носителя;

С - скорость звука в воде, равная 1500 м/с;

А — длина волны зондирующего сигнала; а — угол между проекциями на плоскость дна векторэ скорости движения носителя и направления на деталь рельефа;

Ь R — рэзность измеренных наклонных дальностей (параллакс), Ri — наклонная дальность до детали рельефа, К1, К2 — коэффициенты чувствительности зондирующих сигналов к допплеровскому смещению частоты.

1838802

goa1

AF МЯУЧУ ЯОО ЫОО 749YP000

Ф Л 4 - 4, гМ

3838802. 1838802

Составитель А,Зарубин

- Техред М.Моргентал Корректор И,Шулла.

Редактор

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Заказ 2925 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб.; 4/5

Способ измерения глубины моря Способ измерения глубины моря Способ измерения глубины моря Способ измерения глубины моря Способ измерения глубины моря Способ измерения глубины моря 

 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области разработки гидроакустических дальномерных средств и может быть использовано для определения местоположения подводных объектов, донных маяков ответчиков, подводных аппаратов,когда требуется повышенная точность дальномерной привязки

Изобретение относится к области гидролокации и предназначено для обнаружения подводных целей в прибрежных морских областях, а также в речных руслах, каналах, озерах

Изобретение относится к области гидролокации и предназначено для обнаружения подводных целей в водной среде и получения их акустического изображения

Изобретение относится к средствам подводной навигации и может быть использовано для навигационного обеспечения автономных подводных роботов (АПР) с неограниченным и произвольным районом работы. Способ обеспечения навигации автономного подводного робота, положение которого контролируется с борта обеспечивающего судна, при котором на борту автономного подводного робота счисляют траекторию его движения по данным датчиков скорости, курса и глубины, принимают навигационные сигналы, излучаемые гидроакустическим маяком с известными координатами, измеряют время распространения акустического сигнала между автономным подводным роботом и обеспечивающим судном, а на его основе и расстояние между автономным подводным роботом и гидроакустическим маяком и используют величину этого расстояния для получения текущих пространственных координат автономного подводного робота, при этом текущие координаты гидроакустического маяка определяют средствами судовой навигации и передают их по гидроакустическому каналу связи на борт автономного подводного робота в составе навигационных сигналов, излучаемых гидроакустическим маяком, а полученные на борту автономного подводного робота данные обработки информации, содержащие оценку его координат, в составе обратного навигационного сигнала по гидроакустическому каналу передают на обеспечивающее судно, отличается тем, что обеспечивающее судно маневрирует по водной поверхности относительно траектории движения автономного подводного робота, пересекая ее проекцию на водную поверхность и перемещаясь в конкретную точку водной поверхности, при этом для определения координат этой точки используют информацию о текущих расстояниях между гидроакустическим маяком и автономным подводным роботом, а также оценку ошибки определения местоположения автономного подводного робота, поступающую на борт обеспечивающего судна от автономного подводного робота в составе обратного навигационного сигнала. Технический результат: повышение точности определения текущего местоположения АПР в пространстве без использования гидроакустической навигационной системы с ультракороткой базой, которая не обеспечивает необходимую точность определения пеленга на гидроакустический маяк (направление в пространстве от АПР на ГМ) и, соответственно, требуемую точность определения местоположения АПР. 1 ил.

Изобретение относится к области гидролокации и предназначено для компенсации маскирующего влияния реверберационных помех на обнаружение подводных целей при гидролокации в условиях значительных помех, характерных для мелководных акваторий. Для компенсации маскирующего влияния реверберационных помех на обнаружение отраженных от подводных целей зондирующих сигналов озвучивание акватории посылками зондирующих сигналов сопровождают непрерывной регистрацией на экране монитора отклика среды на посылки с образованием на экране монитора фона реверберационных помех в координатах расстояние - время в виде строчной развертки изображения по полю экрана, синхронизированной с моментами посылки зондирующего сигнала, аналогичной развертке по строкам типа телевизионной. При этом отраженным сигналам от движущихся подводных целей будет соответствовать появление наклонных линий, наложенных на фон помех. Техническим результатом настоящего изобретения является снижение маскирующего влияния реверберационных помех на обнаружения подводных целей при гидролокации, наблюдение сразу нескольких целей в секторе облучения и определение параметров их перемещения в сложных помеховых условиях мелководных акваторий, а также контроль прохождения зондирующих сигналов в облучаемую зону. 2 н.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к области гидролокации и предназначено для обнаружения подводных целей в областях, удаленных на значительные расстояния от места наблюдения. Предложенный способ автоматически управляемой активной охраны объектов со стороны водной среды с увеличенной дальностью обнаружения целей включает продольное зондирование водной толщи и прием отраженных от цели зондирующих сигналов, при этом увеличение дальности обнаружения целей осуществляется за счет автоматически управляемого установления положения приемоизлучающей антенны гидролокатора по глубине и по углу наклона ее излучения и приема относительно горизонтального направления по данным вертикального распределения скорости звука в водном слое, которые получают с помощью измерителя (1). По ним в блоке (2) рассчитываются глубина и угол наклона излучения и приема антенны, необходимые для обнаружения подводных целей в водной толще в заданной зоне или на максимальных расстояниях от места излучения. Полученные в результате расчета значения указанных параметров антенны вносятся на исполнение в блок (3), который устанавливает положение приемоизлучающей антенны (4) по глубине и по наклону ее излучения и приема. При этом, как и в обычной гидролокации, определение местоположения обнаруженных целей и параметров их движения в пределах сектора облучения осуществляется по временам прихода отраженных от цели зондирующих сигналов относительно момента излучения зондирующего сигнала с учетом скорости звука в воде и известного положения гидролокатора. Техническим результатом настоящего изобретения является увеличение дальности обнаружения целей в сложных условиях реальных акваторий. 2 н.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к области подводной навигации и предназначено для определения координат местоположения подводного объекта, в частности подводных аппаратов, оборудованных навигационной гидроакустической аппаратурой. Технический результат предлагаемого изобретения заключается в повышении оперативности и точности определения координат на подводном объекте. Для обеспечения заявленного технического результата в гидроакустической системе подводной навигации, содержащей по крайней мере три плавучих маяка, каждый из которых содержит приемник космической навигационной системы ГЛОНАСС/GPS, гидроакустический приемный тракт, соединенный с первой гидроакустической антенной, расположенной в непосредственной близости от соответствующего плавучего маяка, и гидроакустический преобразователь на подводном объекте, каждый плавучий маяк снабжен второй гидроакустической антенной, выполненной излучающей и удаленной от соответствующего плавучего маяка по вертикали, при этом первая гидроакустическая антенна и гидроакустический преобразователь подводного объекта выполнены приемоизлучающими, при этом каждый плавучий маяк снабжен передатчиком, соединенным с гидроакустическими антеннами через переключатель, позволяющий организовать режим приема-передачи или передачи. 1 ил.

Изобретение относится к области гидроакустики и может быть использовано в гидрографии для площадной съемки глубин дна

Наверх