Гидроакустическая навигационная система

Использование: в гидроакустических навигационных системах. Сущность: гидроакустическая навигационная система содержит навигационную базу из М гидроакустических приемоответчиков с различными частотами ответа, гидроакустический приемопередатчик, аппаратуру измерения временных интервалов распространения сигналов, часть из М гидроакустических приемоответчиков навигационной базы закреплена на морском дне, остальные установлены на водной поверхности и оснащены приемниками сигналов спутниковых радионавигационных систем. Антенна гидроакустического приемопередатчика выполнена с электронно-управляемой формой характеристики направленности, при этом управление формой характеристики направленности осуществляется с помощью навигационного вычислителя, число лучей характеристики направленности поддерживается равным числу маяков-ответчиков, а их ширина - обратно пропорциональной дистанциям соответствующих маяков ответчиков до объекта навигации. Технический результат: увеличение дальности действия системы. 1 ил.

 

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

Известны гидроакустические синхронные дальномерные навигационные системы, содержащие в общей для них части донную навигационную базу из М гидроакустических приемоответчиков с различными частотами ответа и размещенные на объекте навигации гидроакустический передатчик, генератор синхроимпульсов, М-канальный приемник, М измерителей времени распространения гидроакустических сигналов до приемоответчиков и обратно, блоки преобразования временных интервалов в дистанции и вычислитель координат объекта навигации [см., например, Милн П.Х. Гидроакустические системы позиционирования: пер. с англ. - Л.: Судостроение. - 1989. - 272 с. - С.49-60; патент РФ 713278, кл. G01S 15/08, 1978 г.; патент РФ 2032187, кл. G01S 15/08, 1995 г.].

Все перечисленные элементы этих аналогов входят и в состав заявляемой системы навигации.

Работа этих аналогов основана на измерении интервалов времени, необходимых для прохождения звуковых сигналов от объекта навигации до приемоответчиков донной базы, последующем пересчете этих интервалов в дистанции между объектом навигации и приемоответчиками и определении координат объекта навигации по полученным дистанциям.

Причиной, препятствующей достижению в этих аналогах технического результата, обеспечиваемого изобретением, является относительно малая дальность действия системы.

Существенно бóльшую дальность действия имеют навигационные системы, защищенные патентом РФ 2289149, кл. G01S 13/08, 2006 г., и патентом РФ 2032187, кл. G01S 15/08, 1992 г. Они имеют те же общие с заявляемой системой существенные признаки, что и указанные выше аналоги, однако помимо этих элементов в их состав входят дополнительные донные базы из маяков-пингеров, жестко связанных с приемоответчиками основных донных баз, и дополнительный комплект аппаратуры для измерения временных интервалов времени прохождения звуковых сигналов и преобразования их в дистанции между объектом навигации и излучателями маяков-пингеров.

Причинами, препятствующими достижению в этих аналогах технического результата, обеспечиваемого изобретением, являются большой объем оборудования, необходимого для реализации системы, сложность ее изготовления и калибровки.

Наиболее близкой по технической сущности к заявляемой системе (прототипом) является гидроакустическая навигационная система, защищенная патентом РФ 2371738, кл. G01S 15/08, 2008 г. Она содержит базу из М гидроакустических приемоответчиков с различными частотами ответа, размещенные на объекте навигации гидроакустический приемопередатчик, аппаратуру измерения временных интервалов распространения сигналов с их последующим преобразованием в дистанции между объектом навигации и гидроакустическими приемопередатчиками навигационной базы и навигационный вычислитель для определения координат объекта навигации с соответствующим программно-математическим обеспечением. Часть из М гидроакустических приемопередатчиков навигационной базы закреплена на морском дне, остальные установлены на водной поверхности и оснащены приемниками сигналов спутниковых радионавигационных систем. Приемная антенна приемопередатчика состоит из четырех гидрофонов. Каждая секция антенны состоит из двух одноканальных и одного многоканального модулей, установленных на линейном несущем кронштейне, выполненном перфорированным. Антенны выполнены в форме сферической поверхности и размещены на стальной пластине.

Все перечисленные признаки системы-прототипа, кроме особенностей выполнения антенны приемопередатчика, установленного на объекте навигации, являются существенными признаками и заявляемой системы.

Работа системы-прототипа основана на тех же принципах, что и работа упомянутых выше систем-аналогов. Разница лишь в том, что координаты гидроакустических приемоответчиков, установленных на водной поверхности, не заранее определенные, фиксированные, а "дрейфующие" и определяются посредством спутниковых навигационных систем с помощью радионавигационных приемников сигналов этих систем.

Причиной, препятствующей достижению в системе-прототипе технического результата, достигаемого в изобретении, является достаточно ограниченная дальность действия, обусловленная энергетической дальностью связи между объектом навигации и гидроакустическими приемоответчиками.

Технической задачей, на решение которой направлено изобретение, является увеличение дальности действия системы.

Технический результат достигается тем, что в известной гидроакустической системе навигации антенна приемопередатчика объекта навигации выполнена с электронно-управляемой формой характеристики направленности.

Для достижения технического результата в известной гидроакустической системе навигации, содержащей навигационную базу из М гидроакустических приемоответчиков с различными частотами ответа, размещенные на объекте навигации гидроакустический приемопередатчик, аппаратуру измерения временных интервалов распространения сигналов с их последующим преобразованием в дистанции между объектом навигации и гидроакустическими приемопередатчиками навигационной базы и навигационный вычислитель для определения координат объекта навигации с соответствующим программно-математическим обеспечением, часть из М гидроакустических приемопередатчиков навигационной базы закреплена на морском дне, остальные установлены на водной поверхности и оснащены приемниками сигналов спутниковых радионавигационных систем, антенна гидроакустического приемопередатчика, установленного на объекте навигации, выполнена с электронно-управляемой формой характеристики направленности.

Отсутствуют какие-либо источники информации, в которых вновь введенные особенности выполнения антенны приемопередатчика были бы описаны в совокупности с остальными элементами и связями заявляемой системы навигации. Поэтому предлагаемую систему навигации следует считать новой и имеющей изобретательский уровень.

Сущность изобретения поясняется фиг.1, на которой показаны подводный грунт 1, водная поверхность 2, а также взаимное расположение объекта 3 навигации, гидроакустических маяков-ответчиков 4.1, 4.2 и 4.3, закрепленных на морском дне, и гидроакустических дрейфующих маяков-ответчиков 5.1 и 5.2, расположенных на воде.

Объект 3 наведения оснащен:

- приемопередающей гидроакустической аппаратурой с приемопередающей антенной, характеристика направленности которой имеет электронное управление как по направлению акустической оси, так и по ширине основного максимума и уровню добавочных максимумов;

- аппаратурой для измерения временных интервалов распространения звуковых сигналов от объекта 3 навигации до приемоответчиков 4.1, 4.2, 4.3, 5.1 и 5.2 и обратно и последующего преобразования их в дистанции;

- навигационным вычислителем для определения координат объекта 3 навигации с соответствующим программно-математическим обеспечением.

Каждый из донных маяков-ответчиков 4.1, 4.2 и 4.3 представляет собой гидроакустический приемоответчик типа ГМО-600 с характеристикой направленности антенны, охватывающей верхнюю полусферу.

Каждый из приемопередатчиков представляет собой устройство, состоящее из полиуретанового корпуса, на котором установлена мачта с размещенной на ней спутниковой антенной. Внутри корпуса установлены аппаратура приемника сигналов спутниковых радионавигационных систем типа СНИМ, а также гидроакустическая приемопередающая аппаратура, в состав которой входит гидроакустическая антенна с характеристикой направленности, охватывающей нижнюю полусферу.

С объекта 3 навигации по всем направлениям, в которых ожидается наличие маяков-ответчиков, на одной и той же частоте излучаются сигналы запроса. Через промежутки времени, соответствующие дальности маяков-ответчиков от объекта 3 навигации, маяки-ответчики принимают этот сигнал и излучают в направлении объекта 3 навигации сигналы ответа, причем каждый на своей заранее известной фиксированной частоте. Эти сигналы принимаются приемопередатчиком на объекте 3 навигации. Там же измеряются интервалы времени между излучением сигнала запроса в направлении каждого из маяков-ответчиков и получением от него сигнала ответа. Эти интервалы времени пересчитываются в дистанции между объектом 3 навигации и каждым из маяков-ответчиков. С каждым излучением сигнала запроса описанные операции повторяются, и навигационный вычислитель уточняет координаты объекта 3 навигации и скорость их изменения.

Координаты донных маяков-ответчиков 4.1, 4.2 и 4.3 определяются заранее в процессе их установки. Частоты сигналов ответа соответствуют этим координатам. Координаты дрейфующих маяков-ответчиков 5.1 и 5.2, оборудованных приемниками сигналов спутниковых радионавигационных систем, постоянно измеряются с помощью этих приемников с высокой точностью в реальном масштабе времени. Например, точность определения координат с помощью измерительного модуля СНИМ фирмы "Навис" не хуже 5 метров. Информация об этих координатах может быть передана на объект 3 навигации путем соответствующего кодирования сигнала ответа на запрос объекта 3 навигации методом фазовой манипуляции и декодирования этого сигнала в приемопередатчике.

Таким образом, в измерительной аппаратуре объекта 3 навигации формируется информация о дистанциях до маяков-ответчиков и координатах последних. Эта информация поступает в навигационный вычислитель, в котором по этой информации в соответствии с заданными алгоритмами и определяются координаты объекта 3 навигации и скорости их изменения.

Следует отметить, что точность определения координат объекта 3 навигации в значительной степени определяется количеством маяков-ответчиков, одновременно попадающих в зону действия приемоответчика объекта 3 навигации, которая определяется энергетической дальностью связи между объектом 3 навигации и маяками-ответчиками. Указанная энергетическая дальность в свою очередь зависит от коэффициента усиления и чувствительности приемопередающей антенны. Энергетическая дальность и оба эти параметра увеличиваются с уменьшением ширины основного максимума характеристики направленности антенны.

Антенна приемопередатчика объекта 3 навигации имеет электронное управление характеристикой направленности. Такая антенна может быть реализована на базе многоэлементной фазированной антенной решетки типа ПГА-1, состоящей из гидроакустических пьезокерамических преобразователей. Наличие в заявляемой системе навигации электронного управления характеристикой направленности антенны позволяет существенно увеличить энергетическую дальность связи объекта 3 навигации по сравнению с системой-прототипом и остальными аналогами.

В системе-прототипе и в остальных аналогах характеристика направленности антенны приемопередатчика объекта навигации неуправляема. Поэтому энергетический потенциал приемопередатчика объекта навигации в режиме излучения равномерно распределен во всех направлениях. Аналогично в режиме приема чувствительность приемника одинакова для всех направлений прихода сигнала. Это существенно снижает потенциально возможные коэффициент усиления и чувствительность антенны.

В предлагаемой системе как основной, так и дополнительные максимумы характеристики направленности антенны приемопередатчика имеют управляемые направление и ширину. В принципе практически весь энергопотенциал передатчика можно сосредоточить в одном направлении, установив минимальную ширину основного максимума характеристики направленности и направив этот максимум на нужный маяк-ответчик. Антенна управляется навигационным вычислителем. Число лучей (число основного и дополнительных максимумов характеристики направленности антенны) поддерживается равным числу обнаруженных маяков-ответчиков, а их ширина - обратно пропорциональной дистанции соответствующего маяка-ответчика до объекта 3 навигации. В паузах между излучением сигналов запросов и получением ответов осуществляется поиск по направлению новых маяков дополнительными узкими лучами.

Таким образом, потенциально достижимые энергопотенциал в режиме передачи и чувствительность в режиме поиска у приемопередатчика в заявляемой системе выше, чем в системе-прототипе и аналогах. Поэтому в ней больше энергетическая дальность связи приемопередатчика и выше точность определения координат объекта навигации.

Гидроакустическая навигационная система, содержащая навигационную базу из М гидроакустических приемоответчиков с различными частотами ответа, размещенные на объекте навигации гидроакустический приемопередатчик, аппаратуру измерения временных интервалов распространения сигналов с их последующим преобразованием в дистанции между объектом навигации и гидроакустическими приемопередатчиками навигационной базы и навигационный вычислитель для определения координат объекта навигации с соответствующим программно-математическим обеспечением, часть из М гидроакустических приемоответчиков навигационной базы закреплена на морском дне, остальные установлены на водной поверхности и оснащены приемниками сигналов спутниковых радионавигационных систем, отличающаяся тем, что антенна гидроакустического приемопередатчика, установленного на объекте навигации, выполнена с электронно-управляемой формой характеристики направленности, при этом управление формой характеристики направленности осуществляется с помощью навигационного вычислителя, число лучей характеристики направленности поддерживается равным числу маяков-ответчиков, а их ширина - обратно пропорциональной дистанциям соответствующих маяков ответчиков до объекта навигации.



 

Похожие патенты:

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

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 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.

Изобретение относится к области гидроакустики и может быть использовано для построения систем обнаружения сигнала гидролокатора и, в частности, для повышения точности измерения дистанции при использовании зондирующих сигналов большой длительности. Использование предлагаемой процедуры измерений и вычислений обеспечивает более высокую достоверность определения дистанции, оценка которой учитывает изменение дистанции за счет собственного движения и движения цели. Способ определения дистанции гидролокатором содержит излучение зондирующего сигнала в момент времени Тиз, прием эхосигнала, спектральный анализ эхосигналов, определение дистанции Добн в момент превышения порога амплитудой эхосигнала Тпр, определение радиальной скорости Vр.ц. по смещению спектрального эхосигнала относительно частоты излученного сигнала, измерение собственной скорости Vсоб, измерение курсового угла объекта Q0, определение радиальной скорости сближения с объектом Vр.соб=VсобcosQ0, измерение дистанции перемещения гидролокатора к объекту за время распространения Дгл=(Тпр-Тиз)VсобcosQ0, определение дистанции перемещения объекта за время распространения эхосигнала от объекта до гидролокатора Доб=0,5(Тпр-Тиз)Vр.об, а текущую дистанцию до объекта определяют как Дтек=Добн-Дгл±Доб. 1 ил.

Изобретение относится к гидроакустическим навигационным системам, конкретно к системам, использующим импульсные методы определения дистанций между объектами навигации и приемоответчиками акустических сигналов. Система состоит из навигационной базы, стационарно размещенной на дне или по глубине акватории в точках с известными и не изменяющимися в процессе цикла навигации объекта координатами, блока формирования и излучения кодоимпульсных сигналов, блока приема и первичной обработки сигналов, включающего один многоканальный приемник и вычислительный блок, в котором определяются параметры всех/нескольких принимаемых на объекте навигации кодоимпульсных сигналов от каждого приемоответчика, а также производятся идентификации приходов импульсов по лучевым траекториям, путем выполнения расчетов структурных функций приходов для всех приемоответчиков и определения точных дистанций до каждого маяка на основании всех/нескольких приходов. Технический результат - повышение точности и надежности измерения дистанций и подводного позиционирования ПО в условиях многолучевого распространения навигационных сигналов в мелководных акваториях при одновременном снижении технической сложности и энергопотребления системы. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

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

Наверх