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.
Наверх