Способ достроения измеренной от поверхности моря части профиля вертикального распределения скорости звука до дна

Использование: изобретение относится к области гидроакустических измерений и может быть использовано для формирования полного профиля вертикального распределения скорости звука (ВРСЗ) в воде от поверхности моря до дна. Сущность: производят измерение гидрофизических параметров водной среды судовой аппаратурой и формируют фрагмент ВРСЗ, который не характеризует поле скорости звука в глубинном и придонном слоях моря. Используя набор градиентов скорости звука для типовых слоев толщи морской воды определенного морского района и текущего сезона года в виде климатической базы данных и типовую кривую ВРСЗ в придонном слое, последовательно достраивают последнюю измеренную по глубине точку скорости звука с первой точкой скорости звука типовой кривой, расположенной на горизонте сопряжения, с учетом характерной градиентной структуры водной среды. Технический результат - повышение точности решения практических задач, требующих наличия полного профиля ВРСЗ, за счет повышения достоверности цифровой модели канала распространения акустической энергии в водной среде. 1 ил.

 

Изобретение относится к области гидроакустических измерений и может быть использовано для формирования полного профиля вертикального распределения скорости звука (ВРСЗ) в воде от поверхности моря до дна.

Для решения множества задач гидроакустики: расчет дальностей обнаружения погруженных целей, угловых и временных характеристик принятого антенной многолучевого сигнала для классификации целей, средней горизонтальной скорости распространения зондирующего сигнала для обеспечения режима измерения дистанции до цели и т.д., необходимо знание полного профиля ВРСЗ от поверхности моря до дна [1-3]. Современная судовая аппаратура измеряет значения гидролого-акустических параметров (скорость распространения звука, температура, электропроводность или соленость воды) до глубин не более 500 метров [4].

Известны способы получения полного профиля ВРСЗ от поверхности до дна на основе измеренного его фрагмента корабельной аппаратурой. Так в способе, изложенном в патенте [5], осуществляется достроение полного профиля ВРСЗ на основе текущего замера ВРСЗ с привлечением априорной информации из базы данных многолетних измерений ВРСЗ, представленной в статистической форме. Для измеренного фрагмента ВРСЗ находится максимально правдоподобное априорное ВРСЗ из базы данных, после чего происходит достраивание точек ВРСЗ для глубин, лежащих выше и ниже границ замера ВРСЗ. При этом производится коррекция априорного профиля с учетом текущей глубины района плавания и, в случае необходимости, линейная интерполяция реперных точек на интересующие глубины.

Недостатком способа является низкая точность получаемого полного профиля ВРСЗ относительно фактического, обусловленная использованием для дальнейшей обработки измеренного фрагмента скорости звука только одного «максимально правдоподобного» профиля ВРСЗ из всего многообразия, имеющихся в базе данных статистических измерений, атласах и других источниках информации, описывающих климатические наблюдения гидрологических характеристик морей и океанов за большой промежуток времени. При этом функция правдоподобия основана на сравнении части единичного профиля ВРСЗ из базы данных многолетних измерений и измеренного участка фрагмента ВРСЗ, распространена на полный профиль ВРСЗ и не учитывает характерные особенности приводного и придонного слоя в данном районе моря для конкретного сезона.

Наиболее близким (прототип) по совокупности признаков к предполагаемому изобретению является способ, изложенный в патенте [6] и заключающийся в измерении фрагмента кривой ВРСЗ, расчете значения скорости звука на поверхности моря на основе анализа приповерхностного слоя скорости звука, расчете области возможного нахождения подводного звукового канала и средневзвешенных значений скорости звука на стандартных горизонтах на основе набора вероятностных кривых ВРСЗ климатического масштаба района производства измерений гидрофизических параметров для текущего сезона года и построения полного профиля ВРСЗ от поверхности до дна.

Недостатками известного способа является то, что отсутствие информации о измеренных значениях скорости звука в приповерхностном слое и на поверхности моря приводит к неточности построения профиля ВРСЗ, что влечет к значительным ошибкам в расчете дальности обнаружения погруженных объектов и снижению эффективности средств освещения подводной обстановки.

Для устранения недостатков приведенных способов получения кривой ВРСЗ от поверхности моря до дна с использованием измеренного массива данных, предлагается способ достроения измеренной от поверхности моря части профиля ВРСЗ судовой аппаратурой до дна с использованием массива статистических данных по слоисто-градиентной структуре поля скорости звука и типовой кривой ВРСЗ в придонном слое для конкретного района Мирового океана.

Целью изобретения является повышение точности решения практических задач гидроакустики, требующих наличия полного профиля ВРСЗ, за счет повышения достоверности представления цифровой модели канала распространения акустической энергии в водной среде.

Поставленная цель достигается тем, что способ достроения измеренной от поверхности части профиля вертикального распределения скорости звука до дна, заключающийся в измерении судовой аппаратурой приповерхностного фрагмента кривой ВРСЗ и последовательном приближении слоистой и градиентной структуры поля скорости звука последнего измеренного значения скорости звука к скорости звука на глубинном горизонте сопряжения для заданного района Мирового океана и периода года, при этом параметры градиентов скорости звука по слоям и типовые кривые ВРСЗ от горизонта сопряжения до дна для конкретных районов моря и сезонов года сведены в климатические базы данных.

Рассмотрим работу предлагаемого способа. Весь массив многолетних данных по скорости звука А для конкретного района Мирового океана разбивается на подмассивы Аij, которые описывают градиентную изменчивость поля скорости звука в i-м слое, j-м районе и имеют для данного района характерную типовую кривую ВРСЗ в придонном слое. Эта информация представляет собой исходную климатическую базу данных, используемую для достроения измеренного фрагмента ВРСЗ до дна.

Сущность изобретения поясняется фигурой 1, на которой приведен пример, поясняющий предлагаемый способ.

Для решения поставленной задачи производится измерение фрагмента профиля ВРСЗ от поверхности моря (Сп,0) до предельной глубины (Сизмизм). При этом предельная глубина измерения глубина ВРСЗ может быть минимальной. Формируется измеренная часть профиля ВРСЗ (Сп,0:, Cизм,Hизм), которую необходимо достроить до дна моря. Дополнительно фиксируются географические координаты положения носителя измерительной аппаратуры (ϕ, λ) и измерение глубины места (Hдн).

Используя географические координаты места проведения измерений в исходной климатической базе данных, выбираем подмассив многолетних наблюдений Аij за текущий сезон с присущими градиентами скорости звука для набора слоев, характеризующих данный морской район. Для примера, приведенного на фиг. 1, выбранный район характеризуется 3-мя градиентными слоями (отрезки 1-2, 2-3, 3-4). Для данного района из этой же климатической базы данных выбираем типовую кривую ВРСЗ в придонном слое, которая начинается с глубины горизонта сопряжения (СГСГС) и заканчивается на глубине места (Сдндн).

Для сопряжения последней измеренной точки (Сизмизм) с точкой на горизонте сопряжения (СГСГС), выбранный из подмассива Аij градиент для I слоя графически опускаем на горизонт сопряжения и получаем точку (ГСIсл), из которой проводим прямую до последней измеренной точки (Сизмизм). Ограничиваясь глубиной I слоя (HIсл), получаем точку (СIсл,HIсл,), которая будет входить в построенный профиль ВРСЗ.

Далее, используя градиент для II слоя, графически опускаем на горизонт сопряжения и получаем точку (ГСIIсл), из которой проводим прямую до последней полученной при достроении точки (СIсл,HIсл). Ограничиваясь глубиной II слоя (НIIсл), получаем точку (СIIсл,HIIсл), которая будет входить в построенный профиль ВРСЗ.

Последнюю полученную при достроении точку (СIIсл,HIIсл) соединяем с точкой скорости звука типовой кривой ВРСЗ в придонном слое (СГСГС), расположенной на горизонте сопряжения. В результате предложенного способа измеренная часть профиля ВРСЗ (Сп,0; Сизмизм) достраивается до дна профилем (Сизмизм; СIслIcл; СIIслIIсл; СГСГС; Сдндн).

Предложенный способ достроения измеренной от поверхности части профиля ВРСЗ позволяет автоматизировать процесс обработки измерительной информации на судне. К достоинствам данного способа стоит отнести: проведение обработки измерительной информации без участия оператора, что позволит минимизировать вносимые погрешности; при достроении измеренной части профиля до полной кривой ВРСЗ учитываются слоисто-градиентные особенности поля скорости звука района наблюдений; способ применим как при получении минимальной части по глубине измерения профиля ВРСЗ, так и при измерении скорости звука только на поверхности моря, получаемой, например, с авиационных или космических носителей.

Таким образом, заявленный способ достроения измеренной от поверхности части профиля ВРСЗ в воде до дна позволит в значительной степени повысить точность и оперативность получения отдельных характеристик гидрофизических параметров морской среды с целью решения практических задач гидроакустики, требующих учета полного профиля ВРСЗ.

СПИСОК БИБЛИОГРАФИЧЕСКИХ ИСТОЧНИКОВ

1. Урик Роберт Дж. Основы гидроакустики / пер. с англ. - Л. Судостроение, 1978 - 448 с.

2. Машошин А.И. Оптимизация маневрирования подводной лодки с использованием гидроакустических расчетов. // Морская радиоэлектроника. 2012. №4(42). с. 24-27.

3. Матвиенко В.Н., Тарасюк Ю.Ф. Дальность действия гидроакустических средств. 2-е изд. - Л.: Судостроение, 1983. 205 с.

4. Комляков В.А. Корабельные средства измерения скорости звука и моделирования акустических полей в океане. СПб.: Наука. 2003. 357 с.

5. Патент на изобретение №2498354. G01V 1/38, G01Η 5/00. Способ оценки полного профиля вертикального распределения скорости звука / Машошин А.И., Соловьева О.Б., Шафранюк А.В. Опубл. 10.11.2013.

6. Патент на изобретение №2618599. G01S 15/00. Способ достроения измеренной части профиля вертикального распределения скорости звука в воде до поверхности и до дна. / Микушин И.И. Опубл. 04.05.2017.

Способ достроения измеренной от поверхности моря части профиля вертикального распределения скорости звука до дна, заключающийся в измерении судовой аппаратурой фрагмента кривой вертикального распределения скорости звука (ВРСЗ), выборе из климатической базы данных для конкретного морского района и сезона года набора градиентов скорости звука для типовых слоев толщи морской воды и типовой кривой ВРСЗ в придонном слое, последовательном достраивании последней измеренной по глубине точки скорости звука с первой точкой скорости звука типовой кривой, расположенной на горизонте сопряжения, с учетом характерной градиентной структуры водной среды, отличающийся тем, что в достроении используют минимальную по глубине измеренную часть вертикального распределения скорости звука или скорость звука на поверхности моря, а также климатическую базу данных, описывающую градиенты скорости звука по типовым слоям и типовую кривую ВРСЗ в придонном слое.



 

Похожие патенты:

Использование: изобретение относится к области подводной техники, используемой для обследования, обслуживания и периодического осмотра поверхностей гидротехнических сооружений, а именно к телеуправляемым подводным робототехническим системам, обеспечивающим высокоточное обследование, в том числе с применением методов неразрушающего контроля, профилирование подводных протяженных и размещенных в зоне переменного уровня воды поверхностей объектов.

Изобретение относится к области гидроакустики, а именно к автономным гидроакустическим станциям (АГАС), и может быть использовано для обнаружения, классификации и определения координат и параметров движения шумящих морских объектов (целей) в различных районах мирового океана. Предложен способ обнаружения морской шумящей цели АГАС, включающий построение траекторий из обнаруженных сигналов, разделение траекторий на сигнальные и помеховые, определение класса, координат и параметров движения источника каждой сигнальной траектории, при этом для принятия решения о принадлежности траектории к сигнальной или помеховой дополнительно применена двухпороговая процедура, в соответствии с которой отнесение траектории к сигнальной осуществляется после не менее чем k обнаружений сигналов в n последовательных обнаружениях, а отнесение траектории к помеховой осуществляется после необнаружения сигналов в m=n-k+1 последовательных обнаружениях.

Использование: изобретение относится к области гидроакустической метрологии, а именно измерению параметров гидроакустических полей подвижных морских объектов. Сущность: измерение характеристик направленности гидроакустических полей подвижных подводных объектов проводят при изменении курсового угла объектов в процессе маневрирования относительно приемоизлучающей антенны измерительного комплекса по прямому и обратному галсам в выделенном створе с минимальным по траверзу в 2 кабельтова и максимальным по конечным носовому и кормовому курсовым углам в 5 кабельтовых расстоянием между ними и конечный результат получают последующим пересчетом измеренных значений параметров к стандартному уровню: расстоянию 1 м, частоте 1 кГц, полосе частот 1 Гц для первичного поля и к значению в метрах радиуса отражающей эквивалентной сферы для вторичного поля.

Использование: изобретение относится к области подводной навигации и может быть использовано в системах гидроакустического мониторинга различного назначения, интегрированных системах подводного наблюдения, позиционных сетецентрических сетях для скрытного гидроакустического поиска с надводного поискового судна подводных объектов, находящихся на дне известной морской акватории в спящем режиме после выполнения соответствующей миссии.

Использование: изобретение относится к гидроакустической технике, в частности к бортовой аппаратуре автономных необитаемых подводных аппаратов легкого и среднего класса модульного исполнения, предназначенных для обследования рельефа дна, затонувших объектов и искусственных сооружений. Сущность: использование в МЛЭ трех приемных линейных антенных решеток, обеспечивающих возможность формирования трех вееров статических ХН, равномерно перекрывающих широкий сектор обзора, в каждом из которых наклон ХН происходит в узком секторе с незначительным расширением основного лепестка, позволило повысить подробность и точность рассчитанных профилей глубин обследуемой поверхности в направлении крайних ХН приемной АС.

Использование: изобретение относится к области гидроакустической связи, управления и навигации и может быть использовано для определения времени распространения акустического сигнала между объектами, разделенными водной средой, осуществляющими информационный обмен сигналами командного управления по системе «запрос-ответ».

Использование: изобретение относится к области гидроакустической связи и может быть использовано в гидроакустических информационно-управляющих сетях на участках гидрорелейных линий для передачи формулярных сообщений с ограниченным объемом информационных символов. Сущность: в способе передачи дискретных сообщений между подводными объектами для формирования сигналов акустической окраски сеансового сигнала первого подводного объекта используют фрагменты сонограмм записей звуков морских животных, рыб и ракообразных, обладающие слабо выраженным импульсным характером, осуществляют гетеродинирование принимаемого на втором подводном объекте сеансового сигнала на низкую промежуточную частоту с частотой гетеродина, меньшей частоты несущей бинарного фазоманипулированного сигнала, выбирают при формировании сеансового сигнала первого подводного объекта максимальную граничную частоту спектра маскирующего бинарный фазоманипулированный сигнал квазибелого шума из условия значительного превышения после операции гетеродинирования сеансового сигнала на втором подводном объекте величины минимальной граничной частоты спектра маскирующего квазибелого шума значения промежуточной частоты преобразования, вводят в сеансовый сигнал первого подводного объекта гармоническую посылку синхронизации заданной длительности с частотой несущей бинарного фазоманипулированного сигнала, передаваемую перед его информационными посылками без разрыва фазы колебаний несущей информационного сигнала.

Изобретение относится к области гидроакустики и может быть использовано для построения систем автоматического обнаружения эхосигналов, принятых гидролокатором на фоне шумовой и реверберационной помехи, и измерения параметров обнаруженного объекта. Техническим результатом является автоматическое обнаружение и классификация эхосигналов от реальных объектов с использованием пространственной корреляции.

Использование: изобретение относится к области гидроакустики и может быть использовано при батиметрической съемке рельефа дна акватории многолучевым эхолотом. Сущность: в способе съемки рельефа дна акватории съемку рельефа дна акватории выполняют при движении судна галсами с помощью гидроакустических излучающей и приемной антенн, соединенных Т-образно, при излучении разделяют сектор обзора на три перекрывающих его обзора подсектора: первый подсектор центральный, второй и третий подсекторы по краям сектора обзора, устанавливают период зондирования T1 для первого подсектора, устанавливают период зондирования T2=2T1 для остальных подсекторов, генерируют первый сигнал с амплитудой U1 для излучения в первый подсектор, генерируют второй и третий сигналы с амплитудой U2≥6U1 для излучения остальные подсектора, последовательно излучают сигналы в сторону дна в каждый из подсекторов, выполняют определение времени запаздывания между моментами излучения и приема эхосигнала, а также рассчитывают оценку отстояния от дна для каждой из приемных характеристик направленности, производят усреднение отстояний от дна, полученных в первом подсекторе для двух соседних циклов зондирования, формируют значения отстояний от дна в полосе обзора в соответствии с периодом зондирования, установленного для второго подсектора и третьего подсектора, определяют параметры движения судна и профиль скорости звука в воде для расчета поправок, определяют истинные глубины путем суммирования полученных отстояний от дна и поправок, регистрируют истинные глубины и их геодезические координаты.

Использование: изобретение относится к гидроакустической технике, в частности к бортовой аппаратуре поисковых автономных необитаемых подводных аппаратов легкого и среднего класса модульного исполнения. Сущность: использование приемной линейной антенной решетки позволило уменьшить количество пьезоэлектрических преобразователей в антенне и, как следствие, упростить аппаратуру приемного тракта, а введение в устройство шагового привода обеспечило круговой обзор в вертикальной плоскости.

Изобретение относится к системам наведения ракет и торпед. В гидроакустической системе обнаруживают и сопровождают подводные цели, определяют координаты, скорости и характеристики целей и передают их в оборонительно-наступательную систему (ОНС), где назначают ракету с торпедой-носителем или торпеду-носитель и передают их данные на станцию управления, где запускают ракету или торпеду-носитель. На ракете определяют ее координаты и скорость и передают их через станцию управления в ОНС, где определяют координаты места погружения торпеды-носителя в воду, а также рассчитывают траекторию и скорость полета ракеты к указанному месту и передают их на станцию управления, где формируют команды наведения ракеты и команду отделения торпеды-носителя от ракеты и передают их на ракету. На торпеде-носителе, в случае нахождения целей подо льдом, преодолевают толщу льда и погружают торпеду-носитель в воду, определяют ее координаты и скорость и передают их через станцию управления в ОНС. На торпедах, отделяемых от торпеды-носителя, определяют их координаты и скорости и передают их через торпеду-носитель и станцию управления в ОНС, где рассчитывают траектории и скорости движения торпеды-носителя и отделяемых торпед к целям и передают их на станцию управления, где формируют команды наведения торпеды-носителя и команды отделения торпед от торпеды-носителя и передают их на торпеду-носитель. На станции управления формируют команды наведения торпед, отделенных от торпеды-носителя, и передают их через торпеду-носитель на торпеды. Способ обеспечивает повышение вероятности уничтожения подводных целей торпедами. 1 ил.
Наверх