Гидроакустический способ определения местоположения автономного подводного аппарата

Авторы патента:

Шрейдер Анатолий Александрович (RU)

Комаров Валерий Сергеевич (RU)

Клюев Михаил Сергеевич (RU)

G01S15/00 - Системы с использованием отражения или вторичного излучения акустических волн, например системы гидроакустических станций

Владельцы патента RU 2593651:

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт океанологии им. П.П. Ширшова Российской академии наук (RU)

Изобретение относится к области подводной навигации, а более точно к определению местоположения подводного объекта посредством гидроакустической навигационной системы. Техническое решение для поиска места положения подводного аппарата, снабженного пингером, и отслеживания места его положения относительно судна обеспечения, а также обнаружения его дайвером. Решение основано на отечественных комплектующих и не требует больших затрат. Способ записи местоположения аппарата с помощью пингера позволяет построить его траекторию относительно судна обеспечения. 2 ил.

Изобретение относится к области подводной навигации, а более точно, к определению местоположения подводного объекта посредством гидроакустической навигационной системы. Изобретение может быть использовано, например, для определения направления и дальности до подводного объекта, автономного или телеуправляемого аппарата, а также местоположения донной станции.

Известен способ навигации с ультракороткой базой [1], где исследуемый полигон акватории координируют тремя акустическими маяками ответчиками, с которыми подводный аппарат взаимодействует, получая запрос и передавая свой акустический сигнал, а маяки передают на судно обеспечения их расстояния до аппарата. На судне вычисляют координаты аппарата как точку пересечения трех сфер. Известный способ громоздок, требует больших затрат судового времени для развертывания и дорог в эксплуатации.

Наиболее близок к заявляемому способ [2], где на подводный аппарат устанавливают транспондер - пингер ответчик, а на судно - приемник с антенной и акустический генератор, который генерирует импульс запроса, улавливая импульс запроса, транспондер отвечает своим импульсом. Измеряя половину временного интервала между импульсами запроса и ответа, определяют расстояние до местоположения подводного аппарата.

Известный способ имеет тот недостаток, что не способен определить координаты местоположения аппарата, а также должен расходовать энергию на перемещение веса транспондера.

Предлагаемое решение, как совокупность существенных отличительных признаков, позволит избежать указанных недостатков, связанных с необходимостью размещать на подводном аппарате громоздких и энергоемких устройств в виде транспондеров и дорогостоящей установки на грунте маяков ответчиков, что позволит оперативно проводить поиск и контроль за работой подводного аппарата.

Техническим результатом, ожидаемым от использования предлагаемого изобретения, является устранение указанных недостатков, т.е. обеспечение возможности определения хотя бы приближенного местоположения подводного аппарата для более точного координирования его на грунте дна с переменным рельефом.

Поставленная цель достигается тем, что в известном гидроакустическом способе определения относительно судна обеспечения местоположения автономного подводного аппарата, снабженного акустическим излучателем, в качестве которого устанавливают пингер [3], излучающий непрерывно стандартные периодические сигналы, начало которых предварительно синхронизуют с судовым генератором аналогичных опорных сигналов, при этом сигналы пингера принимают судовой антенной, усиливают и передают на вход измерителя временного смещения (смесителя), а на второй вход которого подают опорные сигналы судового генератора, где сравнивают их с принятыми одноименными сигналами пингера и, таким образом, вычисляют их временное смещение ΔT относительно одноименных опорных сигналов, умножая которое на скорость звука «с», получают расстояние «R» по лучу от пингера до антенны:

R=ΔT*c,

вместе с тем, используя судовую приемную антенну дипольного типа с явным «min» диаграммы направленности и вращая ее относительно вертикальной оси, фиксируют пеленг α пингера подводного аппарата относительно судовых координат по min амплитуды принимаемого сигнала, а также, используя судовой эхолот, определяют глубину акватории h, затем из геометрического построения прямоугольного треугольника, где R - гипотенуза, h - катет, а второй катет определяют, как лежащий на горизонтальной поверхности дна, что в совокупности с углом пеленга определяет ориентировочные относительно судна координаты подводного аппарата.

Сущность изобретения показана на Фиг. 1 и 2. Предлагаемый способ реализуется следующим образом. Установленный на судне обеспечения 1 генератор опорных стандартных сигналов 2 той же частоты, что и пингер 3 на подводном аппарате 4, включают одновременно с пингером. Таким образом, оба источника синхронизованы. Их излучение подается на два входа (Вх.1 и Вх.2) измерителя временного смещения 5, который может быть встроенным в судовой измерительный блок вместе с генератором 2. При этом блок 5 имеет гидрофонную антенну 6, через которую принимаются сигнал пингера, и подается на второй вход (Вх.2) измерителя смещения, где оба одноименных сигнала сопоставляются, и определяется величина их смещения (а.и. запаздывание сигнала пингера ΔT). Для приема сигналов пингера используют антенну гидрофона 6 дипольного типа с явно выраженным минимумом 7 и имеющую привод 8 для вращения вокруг вертикальной оси. Это позволяет определять направление α (пелинг) на подводный аппарат в горизонтальной проекции по «min» 7 сигнала от пингера. На выходе смесителя получается циклограмма Фиг. 2 регистрации положения импульсов генератора и приходящих импульсов пингера, позволяющая регистрировать ΔT запаздывание импульсов пингера относительно соответствующих импульсов генератора.

Все суда оборудованы глубомером. Чаще всего это эхолот. Величина R_i=ΔT_i*c, где c - скорость звука в воде (1500 м/с), есть расстояние от антенны до пингера по лучу в i - момент времени, для которого эхолот определяет h_i глубину горизонтального дна, тогда из геометрического построения прямоугольного треугольника, где R_i и h_i соответственно, гипотенуза и катет, удается построить место положения подводного аппарата. Оно не может быть названо «точно координатами», т.к. рельеф дна не является горизонтальной плоскостью, но приближенно (с точностью до масштаба кривизны рельефа) локализация подводного аппарата может быть определена и поиск его, например, дайвером существенно облегчен. В последнее время количество подводных аппаратов возросло настолько, что можно говорить о направлении в индустрии, а возможность поиска и спасения дорогостоящего изделия интересует их владельцев.

В качестве судна обеспечения обычно используют водолазное или экспедиционное судно типа «Ашамба» или «Рифт» и др. В качестве судового эхолота может использоваться эхолот-глубиномер JJ-CONNECT Fisherman 130 или цифровой GSD22. Для основы измерителя временного смещения можно использовать двухлучевой осциллограф типа С1-55 или многолучевой запоминающий типа С8, С9 [4] осциллографы запоминающие. Последние предпочтительней, т.к. позволяют синхронно с циклограммой фиксировать курс судна и пеленг на аппарат. В качестве доступного пингера для такого аппарата использованием стандартного пингера, такого как, например, ELP-362A, который излучает акустические импульсы на частоте 37.5 кГц с периодом 1 с, что позволяет однозначно определять расстояние до подводных объектов на расстоянии до 750 м для аппаратов «ГНОМ» или «Видеорей».

Вышеперечисленные существенные признаки позволяют избежать громоздких технологий, обеспечить простой поиск и отслеживание местоположения подводного аппарата и определить расстояние до него.

Источники информации

1. ГАНС УКБ http://edboe.ru/. ОКБ ОТ.

2. Acoustic Target Transponder АТТ-400

http://www.rjeint.com/templates/theme1577/pdf/ATT400-RevB.pdf.

3. Пингер ELP-362A. http://pdf.nauticexpo.com/pdf/teledyne-benthos/locator-product-catalog-2012/40202-49557.html#open.

4. http://www.priborstandart.ru/about/#SITE_DIR#. ООО «Прибор - Стандарт».

Гидроакустический способ определения местоположения автономного подводного аппарата, снабженного акустическим излучателем, относительно судна обеспечения, отличающийся тем, что в известном гидроакустическом способе определения относительно судна обеспечения места положения подводного аппарата в качестве излучателя устанавливают пингер, излучающий непрерывно стандартные периодические сигналы, начало которых предварительно синхронизуют с судовым генератором аналогичных опорных сигналов, при этом сигналы пингера принимают судовой антенной, усиливают и передают на вход измерителя временного смещения (смесителя), а на второй вход которого подают опорные сигналы судового генератора, где сравнивают их с принятыми одноименными сигналами пингера и, таким образом, вычисляют их временное смещение ΔТ относительно одноименных опорных сигналов, умножая которое на скорость звука «с», получают расстояние «R» по лучу от пингера до антенны:
R=ΔТ*c,
вместе с тем, используя судовую приемную антенну дипольного типа с явным «min» диаграммы направленности и вращая ее относительно вертикальной оси, фиксируют пеленг α пингера подводного аппарата относительно судовых координат по min амплитуды принимаемого сигнала, а также, используя судовой эхолот, определяют глубину акватории h, с помощью которой из геометрического построения прямоугольного треугольника, где R - гипотенуза, h - катет, а второй катет, как проекцию гипотенузы R, на горизонтальную поверхности дна, что в совокупности с углом пеленга определяет местоположения и ориентировочные относительно судна координаты подводного аппарата.

Изобретение относится к гидроакустике, в частности к пассивно-активным акустическим устройствам для обнаружения утечек газа из газопроводов и технических систем добычи углеводородов, для локализации и исследований природных источников газов под водой, а также для количественной оценки объемов выходящих в области дна газов.

Гидроакустический способ измерения глубины погружения неподвижного объекта // 2590932

Использование: настоящее изобретение относится к области гидролокации и предназначено для использования в станциях освещения ближней обстановки при измерении параметров обнаруженного объекта.

Активный гидролокатор // 2590226

Использование: изобретение относится к гидроакустической технике, конкретнее к области активной гидролокации, в том числе к активным гидролокаторам, предназначенным для обнаружения объектов, измерения координат и параметров движения обнаруженных объектов и классификации обнаруженных объектов.

Способ гидроакустического обеспечения противоторпедной защиты судов // 2584355

Изобретение относится к гидроакустике и может быть использовано для гидроакустического обеспечения противоторпедной защиты судов. Для гидроакустического обеспечения противоторпедной защиты корабля включают обнаружение и прием шумоизлучения торпеды гидроакустической станцией с буксируемой антенной переменной глубины, выработку прогноза движения торпеды, расчет данных стрельбы средствами самообороны и выработки маневра уклонения.

Генераторный тракт параметрического гидролокатора // 2582898

Изобретение относится к акустическим локационным системам, использующим параметрические излучающие системы, формирующие узконаправленные пучки низкочастотных акустических сигналов.

Способ регистрации локальных колебаний давления при пассивной локации движущихся в воде целей с компенсацией помех от поверхностного волнения // 2580877

Изобретение относится к пассивному обнаружению движущихся в воде целей в условиях прибрежных морских областей и озер для осуществления охраны береговых сооружений и пляжей со стороны водной среды или охраны подводных сооружений, таких как проложенные под водой кабели, коллекторы, трубопроводы, а также охраны судов на якорной стоянке, морских нефтяных платформ, входов в порты, опор мостов, каналов, акваторий гидростанций от возможных нарушителей или террористов.

Способ измерения структуры импульсной функции отклика во времени в неоднородной среде // 2577561

Использование: изобретение относится к акустике, конкретно к акустическим измерениям и цифровой обработке сигналов, и может быть использовано для измерений амплитудно-временных характеристик импульсных акустических сигналов, распространяющихся в неоднородных средах.

Комбинированный гидроакустический приемник // 2577421

Использование: изобретение относится измерительной технике и гидроакустике и может быть использовано для проведения векторно-скалярных измерений параметров гидроакустических полей океана.

Антенная система эхолота для надводного корабля // 2573713

Использование: изобретение относится к области гидроакустики и предназначено для установки на надводных кораблях (НК), преимущественно на ледоколах, в составе эхолотов.

Гидроакустическая система визуализации подводного пространства // 2572666

Изобретение относится к области гидроакустической техники и может быть использовано в составе оборудования, обеспечивающего получение изображения рельефа дна в реальном масштабе времени.

Способ и устройство обеспечения безопасности моста // 2598803

Изобретение относится к области дорожного строительства, а именно к системам безопасности мостов. Технический результат - обеспечение защиты моста со стороны акватории и контроль ситуации на мостах большой протяженности. Устройство обеспечения безопасности моста, соединяющего два берега акватории с мостовыми подходами с двух сторон, огороженными заборами П-образной формы, содержит рабочее место оператора, состоящее из системного блока, монитора, клавиатуры и манипулятора типа «Мышь», а также модуль охранной сигнализации с пультом охранным, выход которого соединен с системным блоком, а входы соединены с датчиками контроля безопасности, а также модуль управления радиолокатором, содержащим по меньшей мере два радиолокатора, соединенных через контроллер радиолокатора с системным блоком и установленных на мостовых подходах, также содержит модуль гидролокации, содержащий контроллер гидролокации, соединенный с гидролокаторами, выполненными в выносной (подводной) части, состоящей из активных приемно-излучающих модулей, объединенных в секции длиной от 100 до 1000 м каждая и связанных магистральным кабелем с источниками энергоснабжения, обеспечивающей излучение и прием зондирующего сигнала, обработку сигнальной информации, передачу информации на стационарный надводный пункт наблюдения. 11 з.п. ф-лы, 7 ил.

Акустооптический волоконный кабель и способ его изготовления // 2602422

Изобретения относятся к области акустических измерений и касаются акустооптического кабеля. Кабель включает в себя несколько секций волоконно-оптических акустооптических сенсоров. Сенсоры включают в себя оптико-электронный модуль, оптически соединенный с расположенным внутри полимерной основы чувствительным элементом, оптическую линию связи, модуль линии электропитания и модуль силовых элементов. Модули размещаются продольно во внутреннем пространстве волоконно-оптического кабеля, в котором удалено временное заполнение. Чувствительные элементы представляют собой оптическое волокно с решетками Брэгга и выполнены из двулучепреломляющих оптических волокон. Чувствительные элементы покрыты защитной оболочкой с коэффициентом Пуассона более 0.35. Технический результат заключается в повышении чувствительности и уменьшении диаметра кабеля. 2 н. и 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

Способ автоматического обнаружения и классификации объекта в водной среде // 2602759

Изобретение относится к области гидроакустики и может быть использовано для построения систем автоматической и автоматизированной классификации морских объектов, применительно к гидролокационным станциям ближнего действия. Техническим результатом предлагаемого технического решения является обеспечение классификации приводняющегося объекта по нескольким посылкам. Способ автоматического обнаружения и классификации приводняющегося объекта, содержащий излучение зондирующего сигнала, прием эхосигнала веером статических характеристик направленности, измерение помехи и выбор порога обнаружения, определение эхосигналов, превысивших порог, автоматическое обнаружение превышения выбранного порога последовательно по всем пространственным каналам статического веера характеристик направленности, измерение и запоминание амплитуды и номера отсчетов, превысивших порог обнаружения, измерение и запоминание номеров пространственных каналов, в которых произошло превышение порога обнаружения, измеряют соотношения амплитуд и времен обнаруженных эхосигналов, на их основе вырабатывают классификационные признаки, которые позволяют принять решения в пользу приводняющегося объекта, если эхосигнал обнаружен в соседних пространственных каналах, и если наблюдаются несколько эхосигналов и при этом измеренная длительность первого эхосигнала больше длительности второго эхосигнала. 1 ил.

Способ обработки гидролокационной информации // 2603228

Способ обработки гидролокационной информации гидролокатора относится к гидроакустическим системам обнаружения и определения местоположения целей и может быть использован в гидролокаторе с диаграммоформирующим устройством статического веера ДН ЛФАР. Задачей изобретения является повышение помехоустойчивости приемного тракта гидролокатора для минимизации вероятности пропуска эхосигналов целей. Для обеспечения указанного технического результата осуществляется подавление мешающих эхосигналов, принятых по боковым лепесткам диаграммы направленности, путем пороговой обработки исходного массива амплитуд эхосигналов по всем пространственным каналам перед выводом на индикатор. 3 ил.

Имитатор эхосигнала эхолота // 2604170

Имитатор эхосигналов эхолота относится к гидроакустической технике и может быть использован на этапе отладки программно-аппаратных средств при разработке эхолотов, проверки их работоспособности в процессе производства и эксплуатации на носителях. Задача изобретения заключается в повышении достоверности имитации эхосигналов эхолота. Решение поставленной задачи достигается за счет имитации пространственного затухания, за счет автоматической имитации эхосигналов от наклонного дна и изменения угла его наклона, за счет имитации переотраженных и ложных эхосигналов, за счет имитации шумовой помехи. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

Одноканальная гидроакустическая антенна с осесимметричной характеристикой направленности // 2611724

Одноканальная гидроакустическая антенна с осесимметричной характеристикой направленности относится к гидроакустической технике и может быть использована в качестве приемоизлучающей антенны эхолота. Техническим результатом от использования изобретения является снижение уровня первых добавочных максимумов характеристики направленности заявленной антенны. Обеспечение технического результата достигается введением амплитудного распределения по поверхности общей круглой накладки, спадающего к ее краям, что и приводит к снижению уровня боковых лепестков ХН. Такое амплитудное распределение достигается за счет того, что в центральной части общей круглой накладки помещен полуволновой слой полимера, являющийся звукопрозрачным, а по ее краям на слой полимера адгезионно установлено металлическое кольцо, утолщенное по периферии, оказывающее совместно со слоем полимера демпфирующее влияние на колебания периферийной части накладки. 3 ил.

Способ изготовления многоэлементной секции для гидроакустической антенны // 2612045

Изобретение относится к области гидроакустики. Антенна содержит пьезоэлектрические стержневые преобразователи, установленные в герметичный корпус, общую пластину, изготовленную из эластичного полимерного материала с глухими отверстиями глубиной 0,2-0,3 от наружного диаметра герметичного корпуса пьезоэлектрического стержневого преобразователя. Каждый пьезоэлектрический преобразователь устанавливают в глухое отверстие общей пластины, фиксируя в глухом отверстии внатяг, помещают общую пластину в заливочную форму, при этом придают общей пластине нужную форму, производят электрический монтаж многоэлементной секции, устанавливают и закрепляют в заливочной форме элементы монтажа и элементы крепления многоэлементной секции в гидроакустической антенне, производят заливку формы полимерным компаундом, имеющим адгезию с эластичным полимером общей пластины, и производят полимеризацию полимерного компаунда. Технический результат – снижение трудоемкости. 2 ил.

Способ обнаружения объемных изменений в пределах наблюдаемого ограниченного пространства независимо от места возникновения этих изменений в пределах этого пространства. // 2614134

Способ обнаружения объемных изменений в пределах наблюдаемого ограниченного пространства независимо от места возникновения этих изменений в пределах наблюдаемого ограниченного пространства относится к радиотехнике и может быть использован в устройствах охранной и противопожарной сигнализации. Способ состоит, во-первых, в формировании в наблюдаемом ограниченном разделом сред пространстве изотропного по стационарным или нестационарным изменениям в условиях распространения акустической волны в пределах этого ограниченного разделом сред пространства акустического поля; во-вторых, в измерении амплитудных, частотных и фазовых параметров этого поля в одной или нескольких произвольных точках наблюдаемого пространства. По изменению этих параметров оцениваются количественные показатели в изменениях в условиях распространения акустической волны в наблюдаемом пространстве, по которым оцениваются уже количественные показатели объемных изменений независимо от места их локализации в пределах наблюдаемого пространства. 10 з.п. ф-лы.

Способ определения поправок к глубинам, измеренным однолучевым эхолотом при съемке рельефа дна акватории, и устройство для его осуществления // 2615639

Изобретение относится к области гидрографии, в частности к способам и техническим средствам определения поправок к глубинам, измеренным однолучевым эхолотом при съемке рельефа дна акватории. Технический результат: упрощение процесса определения данных поправок по сравнению с аналогом за счет того, что для их определения используются только лишь измеренные гидроакустическим путем глубины погружения заборной части заявленного устройства в процессе ее погружения до заданного горизонта и подъема до поверхности воды, а также используются новые формульные зависимости. Кроме того, в заявленном способе и устройстве по сравнению с прототипом обеспечивается расширение их функциональных возможностей путем определения геодезических координат мест измерения глубин погружения приемоизлучающей гидроакустической антенной с требуемой точностью в процессе определения данных поправок, а следовательно, обеспечивается создание на акватории съемки рельефа дна опорных гидрографических пунктов для калибровки эхолотов на акватории съемки с целью обеспечения единства измерений. Заявленное устройство снабжено приемником спутниковой радионавигационной системы типа GPS, антенна которого закреплена на верхнем конце базы, морской интегрированной малогабаритной навигационной системой типа «КАМА», закрепленной в кардановом подвесе, вычислительным блоком определения искомых геодезических координат мест измерения глубин погружения заборной части заявленного устройства. 2 н.п. ф-лы, 2 ил.

Способ формирования кардиоидной характеристики направленности широкополосного гидроакустического приёмного канала для необитаемого подводного аппарата // 2617795

Изобретение относится к способам решения задачи широкополосного приема узкополосных (по отношению к полосе частот приема) гидроакустических сигналов с априорно неизвестной центральной частотой спектра с помощью малогабаритного приемника с кардиоидной характеристикой направленности (ХН) в широком диапазоне рабочих углов на фоне мешающей помехи, сосредоточенной по углу. Основным достигаемым результатом при использовании предлагаемого способа является существенное увеличение глубины провала в характеристике направленности приемника в направлении мешающей помехи в рабочей полосе частот приемного канала. Дополнительными результатами являются: снижение требований к идентичности характеристик активных элементов, образующих кардиоидный приемник, снижение требований по точности сборки приемника при изготовлении и упрощение процедуры настройки приемника в целом с сохранением большой глубины провала в ХН. Способ основан на разбиении с помощью процедуры комплексного БПФ широкой полосы приема сигналов на выходе первого и второго элементов, образующих кардиоидный приемник, на множество узкополосных каналов. При настройке приемника для направления, где должен обеспечиваться провал в ХН, формируется таблица, содержащая комплексные коэффициенты для центральной частоты каждого узкополосного канала, равные отношению комплексных значений выходных сигналов первого и второго каналов. При приеме сигнала в провале ХН домножение принятого сигнала второго канала на соответствующий комплексный коэффициент обеспечивает точное выравнивание амплитуд и фаз выходных сигналов первого и второго каналов кардиоидного приемника для центральной частоты любой узкой полосы частот, на которые делится исходный широкий диапазон рабочих частот. В результате в формирователе кардиоидной ХН при вычислении разности значений выходных сигналов первого и второго каналов достигается существенное увеличение глубины провала ХН на любой частоте широкополосного приемного канала. 5 ил.