Навигационная гидроакустическая система определения местоположения объекта

 

Изобретение относится к области радиотехники. Техническим результатом является повышение точности определения координат объекта по измеренным дистанциям до маяков-ответчиков. Система содержит три донных маяка-ответчика, координаты которых известны, и бортовую аппаратуру объекта, в состав которой входят передающий тракт с гидроакустическим излучателем, приемный тракт с гидроакустическим приемником, усилителем и пороговыми схемами, дешифратор команд, блок управления, счетчик дистанции, схему переписи сигналов, блок промежуточного регистра, блок оперативной памяти, блок памяти координат, арифметическое устройство, подключенное к блоку управления, блокам индикации и связи с внешними устройствами. Для достижения технического результата бортовая аппаратура снабжена дополнительным дешифратором команд и блоком памяти координат одного из маяков-ответчиков. Вход дополнительного дешифратора соединен с выходом блока управления, а его входы подключены ко входам арифметического устройства непосредственно и через указанный дополнительный блок памяти координат одного из маяков-ответчиков. 4 ил.

Предлагаемое изобретение относится к области гидроакустики, а именно к области использования информации о времени распространения импульсного гидроакустического сигнала от движущегося объекта, например глубоководного аппарата, до установленных на дне акустических маяков-ответчиков для определения его местоположения относительно грунта.

Места установки маяков-ответчиков должны быть предварительно определены.

Известна навигационная гидроакустическая система вышеупомянутого назначения (патент США, класс 340-4, №3.460.060 ″Navigation System″), принцип действия которой поясняется фиг.1.

На борту глубоководного аппарата (ГА) осуществляется излучение импульсных запросных гидроакустических сигналов, которые принимаются маяками-ответчиками МO₁, МO₂ и МО₃ . По получении запроса маяки-ответчики излучают ответные импульсы, времена приема которых на борту глубоководного аппарата, измеренные относительно момента излучения запросных сигналов, соответствуют расстояниям R₁, R₂ и R₃.

Величины и т.д., определяют семейство параллельных плоскостей, перпендикулярных плоскости, проходящей через точки МО₁ , МО₂, MO₃, и перпендикулярных линии, соединяющей точки MО_i и МО_j.

Таким образом, набор расстояний R₁, R₂ и R₃ однозначно определяет местоположение глубоководного аппарата в пространстве. Его координаты в плоскости дна определяются линией пересечения плоскостей, соответствующих следующим выражениям:

Угол между этими плоскостями может принимать значения от 0 до ; таким образом, линии положения аппарата в плоскости дна пересекаются также под этим углом и только в том частном случае, когда точки МO₁, МО₂ и МО₃ образуют прямоугольный треугольник, линии положения соответствуют декартовой системе координат.

Известная блок-схема бортовой аппаратуры представлена на фиг.2. Блок-схема состоит из блока управления 1, дешифратора команд 2, гидроакустического передатчика 3, гидроакустического приемника 4, приемно-усилительного тракта 5, пороговых схем 6, 7 и 8, счетчика дистанции 9, схемы переписи 10, промежуточного регистра 11, блока оперативной памяти 12, блока памяти констант D₁ и D₂ 13, арифметического устройства 14, блока индикации 15 и схемы связи с внешними устройствами 16.

Константы D₁ и D₂ - расстояния между маяками-ответчиками MO₁ и MO ₂ (D₁) и MO₁ и MO₃ (D ₂).

Под воздействием сигналов, поступающих от блока управления 1, дешифратор команд 2 подает управляющие сигналы-команды на последовательное осуществление всех функций системы.

По первой команде гидроакустический передатчик 3 излучает запросный сигнал, а счетчик дистанции 9 начинает счет времени. Ответные сигналы от трех маяков-ответчиков поступают на вход гидроакустического приемника 4 и далее на вход приемно-усилительного тракта 5. Сигналы маяков-ответчиков различаются по несущей частоте с помощью фильтров в приемно-усилительном тракте 5 и поступают далее на пороговые устройства 6, 7 и 8, вызывая их переход из одного состояния, соответствующего отсутствию входного сигнала, в другое, соответствующее наличию входного сигнала.

Сигналы от пороговых схем 6, 7 и 8 поступают на схему переписи 10, с помощью которой в моменты поступления сигналов с пороговых устройств осуществляется перепись показаний счетчика дистанции 9 через промежуточный регистр 11 в оперативную память 12.

После окончания переписи всех значений измеренных дистанций, по команде от дешифратора команд 2 в арифметическом устройстве 14 выполняется расчет так называемых "контурных параметров"

Величины D₁ и D₂ поступают по соответствующей команде от дешифратора команд 2 из памяти констант D₁ и D₂ 13, куда они вводятся до начала работ, так как расстояния между маяками-ответчиками D₁ и D₂ известны.

После окончания вычислений величин и результаты поступают в схему индикации 15, где осуществляется визуализация результатов расчета, а также в схему связи с внешними устройствами 16, так как информация, получаемая с помощью навигационной системы, может быть использована для целей управления глубоководным аппаратом или для ее регистрации.

Одним из недостатков устройства является то, что определяются и индицируются значения контурных параметров, а для целей навигации более удобно было бы получение прямоугольных координат аппарата в системе координат, связанной с маяками-ответчиками, например в системе, у которой ось X совпадает с базой из двух маяков, ось Y перпендикулярна ей в месте постановки одного из этих маяков.

В предлагаемом устройстве этот недостаток устраняется путем усложнения задач арифметического устройства.

На фиг.3 изображена схема постановки трех маяков-ответчиков и показаны параметры треугольника, образованного тремя маяками-ответчиками, которые используются для вычисления координат глубоководного аппарата.

При этом координаты глубоководного аппарата могут быть определены из выражений

Блок-схема предлагаемого устройства представлена на фиг.4. В ее состав входят все элементы, которые имеются в блок-схеме известного устройства, и для устранения указанного выше недостатка известного устройства в нее введен дополнительный дешифратор команд 17, вход которого соединен с блоком управления 1, а выходы - с арифметическим устройством 14 и входом дополнительной памяти констант , b и d - 18, которую можно назвать память координат 3-го маяка. Выход памяти констант , b и d также соединен со входом арифметического устройства.

Предлагаемое устройство до момента определения контурных параметров, осуществляемого арифметическим устройством, функционирует аналогично известному устройству.

Расчетом контурных параметров исчерпываются функции дешифратора команд 2, и дальнейшие операции управления арифметическим устройством осуществляются с помощью дополнительного дешифратора команд 17, на вход которого поступают соответствующие сигналы от блока управления 1.

Необходимые для расчета координат X_ГА и Y_ГА константы , b и d поступают в арифметическое устройство 14 из памяти этих констант 18 по командам от дополнительного дешифратора команд 17.

В схему индикации 15 поступают и в ней визуализируются величины X_ГА и Y_ГА. Эти же величины поступают на схему связи с внешними устройствами.

Предлагаемое устройство может быть использовано также для навигации любого надводного или подводного объекта.

Литература

United States Patent Office, патент класса 340-4 №3.460.060.

"Navigation System" от 5 авг. 1969 г.

Формула изобретения

Навигационная гидроакустическая система определения местоположения объекта, содержащая, например, три донных маяка-ответчика, координаты которых известны, и бортовую аппаратуру объекта, в состав которой входят передающий тракт с гидроакустическим излучателем, приемный тракт с гидроакустическим приемником, усилителем, и пороговыми схемами, дешифратор команд, блок управления, счетчик дистанции, схему переписи сигналов, блок промежуточного регистра, блок оперативной памяти, блок памяти координат, арифметическое устройство, подключенное к блоку управления, блокам индикации и связи с внешними устройствами, отличающаяся тем, что, с целью повышения точности определения координат объекта по измеренным дистанциям до маяков-ответчиков, в бортовую аппаратуру введены дополнительный дешифратор команд и блок памяти координат одного из маяков-ответчиков, при этом вход дополнительного дешифратора соединен с выходом блока управления, а выходы его подключены ко входам арифметического устройства непосредственно и через указанный дополнительный блок памяти координат одного из маяков-ответчиков.

РИСУНКИ