Гидроакустическая синхронная дальномерная навигационная система



Гидроакустическая синхронная дальномерная навигационная система

 


Владельцы патента RU 2468388:

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "ЮЖНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ" (RU)

Гидроакустическая синхронная дальномерная навигационная система относится к гидроакустике, а именно к гидроакустическим навигационным средствам, и может быть использована для обеспечения навигации подводных объектов. Гидроакустическая синхронная дальномерная навигационная система содержит базу из М гидроакустических приемоответчиков 1.1, 1.2, …, 1.М, передатчик 2 акустических импульсов, М-канальный приемник 3 гидроакустических сигналов, М измерителей 4.1, 4.2, … 4.М времени распространения гидроакустических сигналов от передатчика 2 до приемоответчика и обратно, М управляемых блоков 5.1, 5.2, … 5.М преобразования временного интервала в дистанцию i-го канала вычислитель 6 координат объекта навигации и генератор 7 синхроимпульсов. Все элементы системы, кроме приемоответчиков 1.1, 1.2, …, 1.М, входящих в состав донной базы, установлены на объекте навигации. Совокупность вновь введенных связей и особенностей выполнения блоков преобразования временных интервалов в дистанции обеспечивает системе простоту и надежность. 1 ил.

 

Изобретение относится к гидроакустике, а именно к гидроакустическим навигационным средствам, и может быть использовано для обеспечения навигации подводных объектов.

Известна синхронная дальномерная навигационная система, содержащая донную навигационную базу из M гидроакустических маяков-приемоответчиков с различными рабочими частотами ответа, размещенные на объекте навигации гидроакустический передатчик, генератор синхроимпульсов, M-канальный приемник, M измерителей времени распространения гидроакустических сигналов до приемоответчиков, работающих на частотах этих сигналов, и обратно и вычислитель координат объекта навигации [см., например, Милн П.Х. Гидроакустические системы позиционирования: Пер. с англ. - Л.: Судостроение. - 1989. - 272 с. - с.49-60].

Все перечисленные элементы этого аналога входят и в состав заявляемой системы.

Работа этого аналога основана на измерении времени распространения звукового сигнала от объекта навигации до маяков и обратно, вычислении дистанций между объектом навигации и маяками с учетом постоянства скорости звука в водной среде и последующего пересчета этих дистанций в координаты объекта навигации.

Причиной, препятствующей достижению в этом аналоге технического результата, обеспечиваемого изобретением, является низкая точность работы в среде, содержащей отражающие границы. Несоответствие дистанций, рассчитанных в этих условиях, реальным приводит к существенным ошибкам определения координат объекта навигации, делает функционирование этой системы в условиях рефракции и многолучевости траекторий прохождения сигналов неприемлемым.

Наиболее близкой по технической сущности к заявляемой системе (прототипом) является система, содержащая в каждом из M каналов определения дистанций помимо элементов, входящих в состав приведенного выше аналога, N - по числу видов возможных траекторий - блоков преобразования временных интервалов в дистанции и блок выбора максимального значения дистанции.

Гидроакустическая синхронная дальномерная навигационная система-прототип защищена патентом РФ №713278, кл. G01S 15/08, 1978. Признаками, общими с заявляемой системой, в системе-прототипе являются база из M гидроакустических маяков-ответчиков, размещенные на объекте навигации гидроакустический передатчик, генератор синхроимпульсов, M-канальный приемник, M измерителей времени распространения гидроакустических сигналов, M блоков преобразования временных интервалов в дистанции, вычислитель координат объекта навигации и их связи.

Использование имеющихся в каждом из M каналов определения дистанций N блоков преобразования временных интегралов в дистанции и блока выбора максимального значения дистанции позволяет учесть условия рефракции сигналов и многолучевость траекторий и исключить ошибки определения координат объекта навигации, присущие первому аналогу.

Причиной, препятствующей достижению в системе-прототипе технического результата, достигаемого в изобретении, является сложность системы, обусловленная большим количеством блоков преобразования временных интервалов в дистанции и наличием блоков выбора максимального значения дистанции. Это обстоятельство в свою очередь не позволяет обеспечить достаточно высокий уровень надежности системы и приводит к существенному увеличению ее энергопотребления, что крайне нежелательно в условиях автономного нахождения объекта навигации в подводном положении.

Технической задачей, на решение которой направлено изобретение, является упрощение и повышение надежности системы.

Технический результат достигается тем, что в известной гидроакустической синхронной дальномерной навигационной системе блоки преобразования временных интервалов в дистанции выполнены управляемыми, их управляющие входы подключены к соответствующим входам управления системы, а выходы - к соответствующим входам вычислителя координат объекта навигации.

Для достижения технического результата в известной гидроакустической синхронной дальномерной навигационной системе, содержащей донную навигационную базу из M гидроакустических маяков-приемоответчиков с различными рабочими частотами ответа, размещенные на объекте навигации гидроакустический передатчик, генератор синхроимпульсов, первый выход которого подключен ко входу передатчика, M-канальный приемник, M измерителей времени распространения гидроакустических сигналов до приемоответчика, работающего на частотах этого сигнала, и обратно, входы обнуления которых подключены ко второму выходу генератора синхроимпульсов, а входы запуска - к соответствующим выходам M-канального приемника, M блоков преобразования временных интервалов в дистанции, сигнальные входы которых подключены к выходам соответствующих измерителей времени распространения гидроакустических сигналов, и вычислитель координат объекта навигации, блоки преобразования временных интервалов в дистанции выполнены управляемыми, их управляющие входы подключены к соответствующим входам управления системы, а выходы - к соответствующим входам вычислителя координат объекта навигации.

Совокупность вновь введенных связей и особенностей выполнения блоков преобразования временных интервалов в дистанции неизвестна из имеющихся в распоряжении заявителя источников информации. Поэтому заявляемую систему навигации следует считать новой и соответствующей изобретательскому уровню.

Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором на фиг.1 приведена структурная схема предлагаемой системы.

Гидроакустическая синхронная дальномерная навигационная система содержит донную базу из M гидроакустических приемоответчиков 1.1, 1.2, …, 1.M, передатчик 2 акустических импульсов, M-канальный приемник 3 гидроакустических сигналов, M измерителей 4.1, 4.2, … 4.M времени распространения гидроакустических сигналов от передатчика 2 до приемоответчика и обратно, M блоков 5.1, 5.2, …5.M преобразования временного интервала в дистанцию i-го канала , вычислитель 6 координат объекта навигации и генератор 7 синхроимпульсов. Все элементы системы, кроме приемоответчиков 1.1, 1.2, …, 1.M, входящих в состав донной базы, установлены на объекте навигации.

Вход передатчика 2 соединен с первым выходом генератора 7, второй выход которого соединен со входами обнуления измерителей 4.1, 4.2, … 4.M, соединенных своими входами запуска с соответствующими выходами приемника 3, а выходами - с сигнальными входами блоков 5.1, 5.2, … 5.M соответственно. Управляющие входы блоков 5.1, 5.2, … 5.M соединены с соответствующими входами системы, а выходы - с соответствующими входами вычислителя 6.

Работа системы заключается в следующем.

Генератор 7 запускает передатчик 2 акустических импульсов и обнуляет интеграторы М измерителей 4.1, 4.2, … 4.M. В момент запуска передатчик 2 излучает акустический сигнал запроса, который, распространяясь в водной среде, принимается приемоответчиками 1.1, 1.2, …, 1.M. Каждый из приемоответчиков в момент прихода на него сигнала запроса излучает акустический сигнал со своей определенной частотой заполнения fi (i=1, 2, …, M). Сигналы, излученные премоответчиками 1.i (i=1, 2, …, M), распространяясь в водной среде, принимаются M-канальным приемником 3. Каждый из каналов приемника 3 настроен на одну из частот fi таким образом, что в каждом канале усиливается и детектируется сигнал ответа, излученный соответствующим ему приемоответчиком 1.i. Усиленные в приемнике 3 сигналы с выхода каждого из каналов поступают на запирающие входы соответствующих измерителей 4.i и запирают своими передними фронтами интеграторы меток времени.

В момент формирования генератором 7 очередного синхроимпульса происходит передача в цифровом коде в соответствующий блок 5.i (i=1, 2, …, M) информации о числе меток времени, накопленных измерителем 4.i за соответствующее время распространения сигнала от объекта навигации до соответствующего приемоответчика 1.i и обратно, от интегратора соответствующего измерителя 4.i.

Блоки 5.1, 5.2, … 5.M имеют различные начальные установки глубины погружения объекта навигации. На управляющие входы блоков 5.i с i-го входа системы поступают коды целочисленных коэффициентов, характеризующих эти трассы. Блоки 5.i выполняют операцию умножения поступившего на его вход числа меток времени на постоянный коэффициент, являющийся в общем случае функцией двух параметров: начальной установки глубины погружения и типа трассы. На выходах блоков 5.i формируются коды численных значений наклонных дальностей от объекта навигации до соответствующих приемоответчиков 1.i. Эти коды поступают на соответствующие входы вычислителя 6.

В вычислителе 6 по поступившим на его входы дистанциям между объектом навигации и приемоответчиками 1.i (i=1, 2, …, M), координаты которых заранее известны, рассчитываются координаты объекта навигации.

Таким образом, в заявляемой системе координаты объекта навигации определяются, как и в системе-прототипе, с учетом типа трассы. Однако, в заявляемой системе блоков преобразования интервалов времени в дистанцию в N раз меньше, чем в системе-прототипе. A блоки выбора максимума дистанции вообще отсутствуют. Большая простота системы обеспечивает ей более высокую надежность. Ориентировочный расчет показывает, что наработка на отказ заявляемой системы примерно на 20% больше, чем у системы-прототипа.

Гидроакустическая синхронная дальномерная навигационная система, содержащая донную навигационную базу из М гидроакустических маяков-приемоответчиков с различными рабочими частотами ответа, размещенные на объекте навигации гидроакустический передатчик, генератор синхроимпульсов, первый выход которого подключен ко входу передатчика, М-канальный приемник, М измерителей времени распространения гидроакустических сигналов до приемоответчика, работающего на частотах этого сигнала, и обратно, входы обнуления которых подключены ко второму выходу генератора синхроимпульсов, а входы запуска - к соответствующим выходам М-канального приемника, М блоков преобразования временных интервалов в дистанции, сигнальные входы которых подключены к выходам соответствующих измерителей времени распространения гидроакустических сигналов, и вычислитель координат объекта навигации, отличающаяся тем, что блоки преобразования временных интервалов в дистанции выполнены управляемыми, их управляющие входы подключены к соответствующим входам управления системы, а выходы - к соответствующим входам вычислителя координат объекта навигации.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области гидроакустических навигационных систем и может быть использовано для навигационного обеспечения подводных аппаратов повышенной дальности действия, например, работающих в ледовых условиях, затрудняющих доступ к ним обеспечивающего судна, и также может быть использовано при проведении сейсмических и геологоразведочных работ на морском дне.

Изобретение относится к области гидроакустики. .

Изобретение относится к гидроакустике и может быть использовано при разработке гидроакустических дальномерных систем, предназначенных для работы в мелком море с большими дисперсионными искажениями акустического сигнала.

Изобретение относится к гидроакустике и может быть использовано при разработке гидроакустических дальномерных систем с повышенной точностью и дальностью действия, предназначенных для работы в мелком море с большими дисперсионными искажениями акустического сигнала.

Изобретение относится к гидроакустике и может быть использовано при разработке гидроакустических дальномерных систем с повышенной точностью и дальностью действия, предназначенных для работы в мелком море с большими дисперсионными искажениями акустического сигнала.

Изобретение относится к гидроакустике и может быть использовано при разработке гидроакустических дальномерных систем с повышенной точностью и дальностью действия, предназначенных для работы в мелком море с большими дисперсионными искажениями акустического сигнала.

Изобретение относится к области навигации, а более конкретно к определению координат преимущественно подводных аппаратов для позиционирования подводных объектов при обследовании морских объектов хозяйственной деятельности.

Изобретение относится к области гидроакустических навигационных систем и может быть использовано для навигационного обеспечения подводных аппаратов. .

Изобретение относится к области звукодальнометрии и акустического управления и может быть использовано для измерения расстояний до объектов, перемещающихся во внутритрубных пространствах.

Изобретение относится к области подводной навигации, а именно к определению координат подводного объекта. .

Изобретение относится к области навигации, а именно к определению координат подводных объектов

Изобретение относится к области гидроакустических навигационных систем и может быть использовано для навигационного обеспечения подводных аппаратов, работающих в ледовых условиях, затрудняющих доступ к ним обеспечивающего судна, и также может быть использовано при проведении сейсмических и геологоразведочных работ на морском дне с использованием буксируемых или телеуправляемых подводных аппаратов

Использование: изобретение относится к области гидроакустики и может быть использовано при разработке гидроакустических навигационных систем повышенной точности, работающих при наличии отражающих границ раздела. Сущность: гидроакустическая навигационная система содержит навигационную базу, включающую расположенный на береговом посту блок формирования излучаемых сигналов, выходы которого соединены с расположенными на дне симметрично относительно судового хода двумя гидроакустическими излучателями с различными несущими частотами излучаемых сигналов, а также бортовую аппаратуру, включающую приемоусилительный тракт, блок обработки принятых сигналов и индикатор, при этом приемоусилительный тракт выполнен одноканальным в виде ненаправленного гидрофона с подключенным к его выходу предварительным усилителем, а блок обработки принятых сигналов выполнен в виде подключенных к выходу предварительного усилителя двух полосовых фильтров, настроенных на частоты соответствующих гидроакустических излучателей, мультипликативного смесителя, подключенного к выходам полосовых фильтров, фильтра нижних частот, подключенного к выходу мультипликативного смесителя, частотных фильтров-дискриминаторов, входы которых подключены к выходу фильтра нижних частот, и сумматора, входы которого подключены к выходам частотных фильтров-дискриминаторов, а выход - к входу индикатора. Техническим результатом изобретения является повышение надежности определения навигационных параметров и уменьшение трудоемкости выполнения калибровки системы. 1 ил.

Эхолот // 2523101
Использование: изобретение относится к гидроакустическим системам определения глубины и к системам навигации и может быть использовано в эхолотах с автоматическим адаптивным обнаружением эхо-сигналов от дна и измерением глубины с привязкой к географическим координатам места измерения. Сущность: эхолот содержит ЭВМ 1, усилитель 2 мощности, приемник 3 акустических эхо-сигналов, приемник 4 сигналов спутниковых радионавигационных систем, переключатель 5 «прием-передача», электроакустический преобразователь 6, аналого-цифровой преобразователь 7 и дисплей 8. Первый вход ЭВМ 1 соединен с выходом преобразователя 7, а второй - с выходом приемника 4. Первый выход ЭВМ 1 соединен с входом дисплея 8, второй - с входом управления приемника 3, третий - с входом усилителя 2, а четвертый - с управляющим входом переключателя 5. Сигнальный вход переключателя 5 соединен с выходом усилителя 2, вход-выход - с входом-выходом преобразователя 6, а выход - с сигнальным входом приемника 3, выход которого соединен с входом преобразователя 7. Технический результат: повышение помехозащищенности и надежности эхолота, расширение его функциональных возможностей. 1 ил.

Использование: изобретение относится к области подводной навигации и может быть применено в системах определения и контроля местоположения подвижных подводных объектов, преимущественно маломерных. Сущность: система содержит группировку расположенных на водной поверхности радиогидроакустических буев, связанных радиоканалами со станцией контроля и гидроакустическими каналами - с подводным объектом. Каждый из буев группировки содержит приемник сигналов внешней навигационной системы, обеспечивающий возможность определения текущих координат своего местоположения и формирования временных меток бортовой шкалы времени в соответствии со шкалой времени внешней навигационной системы, гидроакустическую аппаратуру, обеспечивающую возможность приема информационных гидроакустических сигналов, поступающих с подводного объекта, а также средства, обеспечивающие возможность определения задержек распространения принимаемых информационных гидроакустических сигналов, и средства радиосвязи со станцией контроля, обеспечивающие возможность передачи на нее данных об указанных задержках и данных о текущем местоположении буя. Станция контроля содержит средства, обеспечивающие возможность определения координат подводного объекта на основании данных о задержках распространения информационных гидроакустических сигналов и данных о текущем местоположении буев. В отличие от прототипа, каждый из буев группировки выполнен с обеспечением возможности работы в активном режиме ведущего в группировке, при котором его гидроакустическая аппаратура излучает на подводный объект общий для всей группировки запросный гидроакустический сигнал, а аппаратура подводного объекта выполнена с обеспечением возможности приема запросного гидроакустического сигнала и его переизлучения на все буи группировки. Технический результат: создание системы определения и контроля местоположения подводного объекта, характеризующейся экономией ресурса батарей буев и отсутствием на подводном объекте средств формирования шкалы времени, синхронизированной с единой шкалой времени группировки буев. 2 ил.
Наверх