Способ определения направления и скорости подводного течения

 

Изобретение относится к радиоокеанографии и предназначено для неконтактного определения параметров подводного течения. Способ основан на формировании сигналов от подводного датчика, передаче и приеме радиосигналов с последующей обработкой информации. Подводный датчик (маркер) перемещают по наклонной траектории в направлении поверхности воды, а информацию принимают и обрабатывают с помощью радиолокационной станции. Подводным подвижным маркером, например вращающимися винтами подводной лодки или торпеды, искусственно формируют турбулентное возмущение в толще воды, которое проявляется на поверхности воды в виде радиолокационно-контрастного следа. Измеряют угол между контрастным следом и проекцией на поверхность воды известной траектории движения маркера и по выведенной формуле рассчитывают величину и вектор скорости подводного течения. Направление течения определяют по углу между вектором скорости подводного течения и направлением на север. Корректируют полученные значения величины и вектора скорости подводного течения путем геометрического вычитания из них известных значений величины и вектора скорости надводного поверхностного течения за определенный интервал времени, прошедший после проявления на водной поверхности контрастного следа подводного течения. Усиливают радиолокационную контрастность следа на поверхности воды за счет радиолокационных отражателей, которыми снабжают турбулентное возмущение при формировании его маркером на глубине и в районе определения параметров подводного течения. Техническим результатом является возможность определения направления и скорости подводного течения неконтактным методом на различных глубинах, в любое время суток, в любых отдаленных акваториях, в широких диапазонах гидрометеорологических условий. 2 з.п. ф-лы.

Изобретение относится к радиоокеанографии и предназначено для определения скорости и направления подводного течения.

Известны способы измерения параметров течений в толще воды с помощью специальных датчиков, которые устанавливаются в точках с определенными координатами и на необходимых глубинах.

Известен, например, способ определения скорости океанских течений в различных фиксированных точках в океане и на различных глубинах (“Океан: знакомый незнакомец”. Л.Бреховских, А.Монин, газета Правда, 4 мая 1971г. №124(19267)). Сущность известного способа в следующем.

В зоне измерения подводного течения на площади квадрата, например, со стороной 200 км располагают в специально выбранном порядке семнадцать буйковых станций, поставленных на якорях. В течение длительного времени, например полугода, через каждые 10-30 мин фиксируют скорость течения и температуру на различных глубинах с помощью самопишущих аппаратов. Полученную информацию обрабатывают и делают выводы о скорости глубинного течения.

Однако с помощью этого способа точные сведения о параметрах глубинных течений воды можно получить лишь при наличии достаточно частой сети стационарных станций, прослеживающих их движение в толще воды.

Известен также способ определения скорости и направления подводного течения на водохранилищах, реках, морях и океанах на глубинах до 250 м (“Радиоизмеритель течений ГМ-33”, ВДНХ СССР, Гидрометеослужба СССР, 1967г.). По максимальному количеству сходных существенных признаков этот способ принимается за прототип.

В известном способе в качестве подводного датчика используется радиоизмеритель течения, который состоит из заякоренного буя и приемной аппаратуры. Скорость и направление подводного течения измеряют с помощью электроконтактной вертушки и магнитной рамки, размещенных на буе. Полученные электрические импульсы преобразуют в сигналы радиопередатчика и передают их на антенну. Сигналы, принятые от радиопередатчика с подводного радиобуя, фиксируют в приемной аппаратуре и на ленте самописца в виде последовательности импульсов. Скорости и направления течения определяются в зависимости от частоты и взаиморасположения зарегистрированных на ленте импульсов.

Известный способ обеспечивает регистрацию скорости течения до 300 см/с, а направление течения определяется с точностью ±10°. Подводный датчик-радиобуй может устанавливаться на глубинах до 250 м. Дальность действия данного способа ограничена тридцатью километрами. Вес радиобуя около 400 кг.

Известный способ, реализуемый с помощью радиоизмерителя, не обеспечивает непрерывность измерений параметров в протяженных и обширных акваториях, т.к. радиоизмеритель решает задачи в одной какой-либо точке. Не всегда возможно установить датчики в достаточно удаленных районах океана.

Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является определение скорости и направления подводного течения неконтактным методом на различных глубинах, в любое время суток, в любых отдаленных акваториях, в широких гидрометеорологических условиях. Заявляемая совокупность существенных признаков обеспечивает получение технического результата: определение параметров подводного течения неконтактным методом непрерывно как в линейных, так и пространственных областях, которые могут иметь большую протяженность.

Сущность изобретения заключается в следующем.

Заявляемый способ определения направления и скорости подводного течения, как и прототип, основан на формировании сигналов от подводного датчика-маркера, передаче и приеме радиосигналов с последующей обработкой информации.

В отличие от прототипа в заявляемом изобретении перемещают подводный датчик-маркер по наклонной траектории в направлении поверхности воды и искусственно формируют подводным подвижным маркером (например, вращающимися винтами подводной лодки или торпеды) турбулентное возмущение воды на глубине и в районе определения скорости и направления подводного течения. Информацию в виде всплывающего на водную поверхность радиолокационно-контрастного следа принимают и обрабатывают с помощью радиолокационной станции. Регистрируют радиолокационно-контрастный след, являющийся смещенной за счет подводного течения проекцией на поверхность воды турбулентного возмущения. Измеряют угол между этим контрастным следом и проекцией на поверхность воды известной траектории движения маркера. По углу между ними определяют величину и вектор скорости течения по выведенной формуле

где _ТЕЧ - скорость подводного течения,

V_M - известная скорость движения подводного маркера,

α - угол между радиолокационным контрастным следом на водной поверхности и проекцией на поверхность воды известной траектории движения подводного маркера,

а направление подводного течения определяют по углу между вектором скорости подводного течения и направлением на север. Корректируют полученные значения величины и вектора скорости подводного течения путем геометрического вычитания из них известных значений величины и вектора скорости надводного поверхностного течения за определенный интервал времени, прошедший после проявления на водной поверхности контрастного следа подводного течения. Радиолокационную контрастность следа на поверхности воды усиливают за счет радиолокационных отражателей, которыми снабжают турбулентное возмущение при формировании его маркером на глубине и в районе определения параметров подводного течения.

Заявляемый способ определения направления и скорости подводного течения осуществляется с помощью подводного подвижного маркера (датчика сигналов) и радиолокационной станции (РЛС) следующим образом. В исследуемых областях моря (океана) на заданной глубине в районе определения подводного течения перемещают подводный маркер по наклонной траектории в направлении поверхности воды и искусственно формируют подвижным подводным маркером, например винтами подводной лодки, турбулентное возмущение, которое с известной скоростью достигает морской поверхности. РЛС осуществляет передачу и прием радиолокационных сигналов в районе контрастного следа на водной поверхности. Информацию принимают и регистрируют на индикаторе РЛС в виде радиолокационно-контрастного следа на поверхности воды, образованного за счет воздействия на водную структуру турбулентного возмущения, достигшего поверхности. За счет наличия подводного течения контрастный след смещается относительно известной траектории движения подводного маркера (курса подводного маркера). Измеряют угол между контрастным следом и проекцией на поверхность воды известной траектории движения маркера. По этому углу определяют величину и вектор скорости по формуле

где _ТЕЧ - скорость подводного течения,

v_М - известная скорость движения подводного маркера (например, подводной лодки, ракеты и т.д.), формирующего линейное турбулентное возмущение воды на глубине,

α - угол между радиолокационным контрастным следом на водной поверхности и проекцией на поверхность воды известной траектории движения подводного маркера.

С целью повышения точности измерения параметров течения корректируют полученные из формулы значения величины и вектора скорости подводного течения. Для этого измеряют интервал времени, прошедший после проявления на поверхности радиолокационно-контрастного следа. Зная величину и вектор скорости надводного поверхностного течения за определенный интервал времени, вычитают эти параметры скорости из полученных по формуле.

С целью увеличения дальности радиолокационного обнаружения, особенно при значительном волнении моря, целесообразно увеличить радиолокационную контрастность следа, которая значительно улучшится, если снабдить турбулентное возмущение воды радиолокационными отражателями. В качестве таких отражателей могут быть использованы, например, полуволновые вибраторы, которые обладают плавучестью.

Таким образом, заявляемая совокупность существенных признаков позволяет определить направление и скорость подводного течения с помощью использования подводного маркера и радиолокационной станции с высокой линейной разрешающей способностью, соизмеримой с размерами радиолокационно-контрастного следа на поверхности воды.

Возможность реализации заявленного способа была подтверждена экспериментально в реальных условиях. На глубине 50 м со скоростью 14,5 узла на расстояние 10 миль проходил подводный маркер. Вращением винтов маркера создавалось турбулентное возмущение, которое через определенное время достигало поверхности воды и регистрировалось с помощью самолетной РЛС бокового обзора в виде протяженного контрастного следа. Под действием скорости подводного течения этот контрастный след на поверхности воды располагался под некоторым углом к проекции на поверхность воды траектории движения маркера. Самолет, оснащенный РЛС бокового обзора, совершал многократные облеты по “коробочке” района движения маркера с известным курсом. Через интервалы времени повторялась регистрация контрастных следов с помощью РЛС и определялись величина и вектор и скорости подводного течения по формуле

где _ТЕЧ - скорость подводного течения,

V_М - скорость движения подводного маркера,

α - угол между контрастным следом и проекцией на поверхность воды траектории движения подводного маркера.

Все измерения увязывались с помощью системы единого времени. Результаты летно-морских экспериментов и расчеты, проведенные по формулам, подтверждают хорошее совпадение полученных результатов измерения направления и скорости подводного течения со значениями, полученными и выданными метеослужбой для этого района.

Формула изобретения

Способ определения направления и скорости подводного течения, основанный на формировании сигналов от подводного датчика, передаче и приеме радиосигналов с последующей обработкой информации, отличающийся тем, что перемещают подводный датчик - маркер по наклонной траектории в направлении поверхности воды и искусственно формируют им турбулентное возмущение воды на глубине, которое проявляется на водной поверхности в виде радиолокационно-контрастного следа, а информацию принимают и обрабатывают с помощью радиолокационной станции, при этом регистрируют радиолокационно-контрастный след, являющийся смещенной за счет подводного течения проекцией на поверхность воды турбулентного возмущения, измеряют угол между этим контрастным следом и проекцией на поверхность воды известной траектории движения маркера и по углу между ними определяют величину и вектор скорости подводного течения с помощью выведенной формулы

где _ТЕЧ - скорость подводного течения;

V_M - известная скорость движения подводного маркера;

α - угол между радиолокационным контрастным следом на водной поверхности и проекцией на поверхность воды известной траектории движения подводного маркера,

а направление подводного течения определяют по углу между вектором скорости подводного течения и направлением на Север.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что корректируют полученные значения величины и вектора скорости подводного течения путем геометрического вычитания из них известных значений величины и вектора скорости надводного поверхностного течения за определенный интервал времени, прошедший после проявления на водной поверхности радиолокационно-контрастного следа.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что усиливают радиолокационную контрастность следа на поверхности воды за счет радиолокационных отражателей, которыми снабжают турбулентное возмущение при формировании его маркером.