Гидроакустическое навигационное устройство с четырехэлементной короткобазной приемной антенной

Изобретение относится к области гидроакустических навигационных устройств (ГНУ) и может быть использовано для определения 3-мерных координат автономного подводного аппарата (АЛА) с гидроакустической передающей антенной, для его приведения к стыковочному модулю его носителя, оснащенного гидроакустической приемной антенной (ГПА) с короткой базой В. Элементы ГПА располагают в горизонт, плоскости по углам квадрата со стороной В, в вертикальной плоскости элементы по первой диагонали квадрата притапливают в толще воды, а элементы по второй диагонали квадрата размещают в толще воды выше элементов по первой диагонали квадрата на 0.4В-0.6В. Использование данной ГПА с базой В=2 м в ГНУ позволяет при измерении средневзвешенной по глубине скорости звука с погрешностью до 0,5%, а времени распространения навигационного сигнала с погрешностью до 10 мкс обеспечить среднюю по зоне приведения абсолютной среднеквадратической погрешности оценки угловых координат АЛА до 1 град. и относительной среднеквадратической погрешности оценки наклонного расстояния до АЛА до 2%. 2 ил.

 

Предлагаемое изобретение относится к области гидроакустических навигационных устройств, и может быть использовано для определения трехмерных координат автономного подводного аппарата (АПА) с целью автоматического приведения АПА к стыковочному модулю его носителя (СМ) при помощи гидроакустической навигационной системы с короткой базой.

Известно устройство для измерения расстояния до контролируемого подводного объекта, описанное в патенте №2313802 RU МПК G01S 15/08, содержащее гидроакустическую приемную антенну (ГПА) из двух независимых приемных элементов, разнесенных на расстояние, меньшее длины волны излучаемого сигнала. ГПА размещена непосредственно на грунте. Один элемент ГПА используется в составе векторного приемника колебательной скорости, а второй - в составе ненаправленного приемника звукового давления. По измеренным параметрам, с учетом предварительно измеренных плотности и скорости звука в придонном слое воды, а также плотности и скорости продольных волн в грунте определяют расстояние от ГПА до АПА.

Однако, указанное устройство не измеряет пеленг (угловую координату АПА относительно приемных антенн). АПА может находиться в любой точке окружности, центром которой является ГПА; радиус этой окружности равен измеренному расстоянию от ГПА до АПА.

Кроме того, известно устройство для измерения пеленга на автономные и привязные необитаемые подводные аппараты или другие подводные технические средства, описанное в патенте №2179730 RU МПК G01S 3/808, G01S 15/06, являющееся прототипом предлагаемого изобретения, содержащее ГПА с круговой базой, с эквидистантно размещенными на ней N приемными элементами, N-канальный измеритель фазы, N-канальный измеритель амплитуды, вычислитель, N-канальный измеритель отношения сигнал-шум, блок фазирования и вычислитель пеленга.

Однако, указанное устройство не измеряет наклонное расстояние между АПА и ГПА и требует использования достаточно большого количества элементов ГПА (в патенте приведены примеры с 7 и 15 элементами).

Задачей (техническим результатом) предлагаемого изобретения является обеспечение возможности определения наклонного расстояния между АПА и ГПА, возможность установки и работы элементов ГПА не только на дне, но и в толще воды, и уменьшение количества элементов ГПА до четырех.

Поставленная задача достигается тем, что в известном устройстве элементы приемной антенны располагают в горизонтальной плоскости по углам квадрата со стороной В, равной длине базы гидроакустической приемной антенны, а в вертикальной плоскости элементы по первой диагонали квадрата притопляют в толще воды или на дне, а элементы по второй диагонали квадрата размещают в толще воды выше элементов по первой диагонали квадрата на величину 0.4В…0.6В.

На Фиг. 1 приведена структурная схема предлагаемого устройства, на Фиг. 2 - схема расположения элементов приемной антенны.

На Фиг. 2 показано взаимное расположение элементов ГПА 1, 2, 3, 4 в горизонтальной и вертикальной (вид С) плоскостях. В - база короткобазной ГПА.

На Фиг. 1 в горизонтальной плоскости элементы ГПА 1, 2, 3, 4 размещаются по углам квадрата со стороной, равной длине базы В ГПА. В вертикальной плоскости элементы 1, 3 размещаются на уровне дна, либо в толще воды путем подтопления элементов, а элементы 2, 4 располагаются выше относительно элементов 1, 3 на величину 0.4В...0.6В. В случае, если данная величина будет менее 0.4В или более 0.6В, возможно существенное увеличение погрешности измерения координат передающей антенны 10. Координаты элементов 1, 2, 3, 4 известны, и в момент времени t равны (X1(t), Y1(t), Z1(t)), (X2(t), Y2(t), Z2(t)), (X3(t), Y3(t), Z3(t)), и (X4(t), Y4(t), Z4(t)) соответственно.

Элементы ГПА 1, 2, 3, 4 подключены к приемным каналам 5, 6, 7, 8 соответственно. Приемные каналы подключаются к измерительно-вычислительному блоку 9, измеряющему и вычисляющему в момент времени t координаты X0(t), Y0(t), Z0(t) АПА 10.

Устройство работает следующим образом: в момент времени t гидроакустический сигнал от передающей антенны 10 принимается элементами ГПА 1, 2, 3, 4 и через каналы 5, 6, 7, 8 соответственно, поступает в измерительно-вычислительный блок 9. Блок 9 измеряет τ10(t), τ20(t), τ30(t), τ40(t) - времена распространения сигнала от антенны 10 к элементам ГПА 1, 2, 3, 4. Измеренные времена используются для вычисления трехмерных координат X0(t), Y0(t). Z0(t) передающей антенны 10 по формулам:

где величины b1(t), b2(t), b3(t), h1(t), h2(t), h3(t), h4(t), h5(t), h6(t), h7(t), h8(t), h9(t), γ(t) определяются по формулам:

В этих формулах величины a11(t), a12(t), a13(t), a21(t), a22(t), a23(t), a31(t), a32(t), a33(t) определяются выражениями:

а величина С есть средневзвешенная по глубине скорость распространения звука в зоне расположения элементов антенн 1, 2, 3, 4 и передающей антенны 10.

Использование вышеописанной ГПА позволяет в реализации гидроакустической навигационной системы с базой элементов ГПА В=2 м, при условии измерения средневзвешенной по глубине скорости звука в зоне приведения с погрешностью не более 0,5%, а времени распространения навигационного сигнала с погрешностью не более 10 мкс, обеспечить требуемую точность измерения координат АПА: среднюю по зоне приведения абсолютную среднеквадратическую погрешность оценки угловых координат АПА не более 1 градуса, среднюю по зоне приведения относительную среднеквадратическую погрешность оценки наклонного расстояния до АПА не более 2%.

Гидроакустическое навигационное устройство с четырехэлементной короткобазной приемной антенной, содержащее одноэлементную гидроакустическую передающую антенну, расположенную на автономном подводном аппарате, а также гидроакустическую приемную антенну, имеющую известные координаты и содержащую четыре независимых приемных элемента, подключенных к приемным каналам, подключенным к измерительно-вычислительному блоку, отличающееся тем, что элементы приемной антенны расположены в горизонтальной плоскости по углам квадрата со стороной В, равной длине базы гидроакустической приемной антенны, а в вертикальной плоскости элементы по первой диагонали квадрата притоплены в толще воды или на дне, а элементы по второй диагонали квадрата размещаются в толще воды выше элементов по первой диагонали квадрата на величину 0.4В…0.6В.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области подводной навигации, а именно к определению местоположения подводного объекта посредством гидроакустической навигационной системы, и может быть использовано для определения навигационных характеристик (азимута, угла места, дальности, наклонного расстояния) подводного объекта.

Группа изобретений относится к области радиотехники и может быть использована в фискальных системах контроля местоположения судов в качестве альтернативного способа определения координат, в частности, для детектирования локальной подмены сигналов глобальных навигационных спутниковых систем (ГЛОНАСС, GPS, Galileo, BeiDou).

Изобретение относится к области гидролокации, может быть использовано при проведении подводных работ, контроле подводной обстановки, при охране различных объектов со стороны водной среды и обеспечивает достижение постоянной максимально возможной дальности обнаружения подводных целей, а также помехоустойчивости в работе гидролокационной системы.

Изобретение относится к области подводной навигации и предназначено для определения координат местоположения подводного объекта (ПО) с повышенной точностью, в частности подводных объектов, оборудованных приемопередатчиком гидроакустической навигационной системы с длинной базой (ГАНС-ДБ, LBL система).

Изобретение относится к области подводной навигации и предназначено для определения координат местоположения подводного объекта, в частности подводных аппаратов, оборудованных навигационной гидроакустической аппаратурой.

Изобретение относится к области гидролокации и предназначено для обнаружения подводных целей в областях, удаленных на значительные расстояния от места наблюдения.

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.

Изобретение относится к средствам подводной навигации и может быть использовано для навигационного обеспечения автономных подводных роботов (АПР) с неограниченным и произвольным районом работы.

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

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 гидроакустических навигационных устройств и может быть использовано для определения 3-мерных координат автономного подводного аппарата с гидроакустической передающей антенной, для его приведения к стыковочному модулю его носителя, оснащенного гидроакустической приемной антенной с короткой базой В. Элементы ГПА располагают в горизонт, плоскости по углам квадрата со стороной В, в вертикальной плоскости элементы по первой диагонали квадрата притапливают в толще воды, а элементы по второй диагонали квадрата размещают в толще воды выше элементов по первой диагонали квадрата на 0.4В-0.6В. Использование данной ГПА с базой В2 м в ГНУ позволяет при измерении средневзвешенной по глубине скорости звука с погрешностью до 0,5, а времени распространения навигационного сигнала с погрешностью до 10 мкс обеспечить среднюю по зоне приведения абсолютной среднеквадратической погрешности оценки угловых координат АЛА до 1 град. и относительной среднеквадратической погрешности оценки наклонного расстояния до АЛА до 2. 2 ил.

Наверх