Способ определения глубины погружения приводняющегося объекта



Способ определения глубины погружения приводняющегося объекта

 


Владельцы патента RU 2478983:

ОАО "Концерн "Океанприбор" (RU)

Использование: для измерения глубины погружения приводняющегося объекта с использованием гидролокатора ближнего действия, установленного на движущемся носителе относительно горизонта его движения. Сущность: с помощью гидролокатора производят излучение зондирующих сигналов гидролокатором, прием отраженных от объекта эхосигналов гидролокатором, измерение собственной скорости носителя гидролокатора, определение дистанции D1 до приводняющегося объекта в момент прихода отраженного от него эхосигнала, вызванного первой посылкой зондирующего сигнала, излученного в момент времени t1, определение дистанции Dn в момент окончания эхосигнала, вызванного n-й посылкой зондирующего сигнала, излученного в момент времени t1+nT, и определяют глубину погружения приводняющегося объекта в момент времени t1+nT и скорость погружения объекта. Технический результат: обеспечение возможности дистанционного измерения глубины погружения приводняющегося объекта и измерения скорости погружения объекта относительно горизонта движения носителя. 1 ил.

 

Изобретение относится к области гидроакустики и может быть использовано для измерения глубины погружения приводняющегося объекта с использованием гидролокатора ближнего действия, установленного на движущемся носителе, относительно горизонта движения носителя.

Современное техническое развитие гидроакустической техники формирует необходимость дистанционного обнаружения приводняющихся объектов. Такими объектами могут быть сбрасываемые с самолетов или вертолетов гидроакустические буи, сбрасываемые необитаемые подвижные подводные аппараты различного назначения, устанавливаемые подводные стационарные маяки и др. Иногда эти постановки бывают легальными и согласованными, а в большинстве случаев противоправными, что влечет за собой необходимость обнаруживать нелегальную установку и ликвидировать ее. Именно этим объясняется необходимость обнаружения приводняющихся объектов и измерения параметров их движения.

Известен метод обнаружения объекта, находящегося вблизи подвижного носителя в водной среде, с использованием гидролокатора, установленного на этом носителе. Метод позволяют обнаруживать объект, измерять до него дистанцию и измерять направление на объект (Яковлев А.Н., Каблов Г.П. Гидролокаторы ближнего действия. Л.: Судостроение, 1983 г.).

Этот способ содержит излучение зондирующего сигнала, измерение времени задержки между излученным сигналом и принятым эхосигналом от объекта, определение дистанции до обнаруженного объекта по величине временной задержки и известной скорости распространения звука и определение направления прихода отраженного сигнала в горизонтальном направлении.

Однако способ не позволяют определить глубину погружения объекта.

Известен метод определения глубины погружения цели с использованием гидролокатора, описанный в работе (А.П.Сташкевич, «Акустика океана», Судостроение, Ленинград, 1966 г., стр.263). Способ содержит измерение дистанции до цели и угла, определяемого направлением характеристики направленности в вертикальной плоскости.

Способ содержит следующее операции:

- излучение зондирующего сигнала в момент времени t1,

- прием эхосигнала от объекта,

- измерение временной задержки между моментами излучения зондирующего сигнала и приема эхосигнала,

- определение на момент времени t1 дистанции D1 до объекта по величине временной задержки и известной скорости распространения звука,

- измерение направления на цель в вертикальной плоскости;

- определение глубины погружения по формуле Н=DSin(α),

где D - измеренная дистанция до цели, α - угол между направлением движения носителя и направлением на цель в вертикальной плоскости.

Известен «Способ и устройство определения глубины подводного объекта» по патенту Японии №2708109 B2 от 04.02.98 г. по кл. C01S 15/10, который основан на том же принципе, что и предыдущий способ, но определение направления производится с использованием сканирования характеристики направленности в вертикальной плоскости при излучении зондирующего сигнала узкой характеристикой направленности.

Наиболее близким аналогом является способ определения глубины погружения объекта по патенту №2350983.

Способ содержит излучение зондирующего сигнала, прием эхосигнала и измерение дистанции D1 на момент времени t1. В момент времени t1+Δt повторяют процедуру измерения дистанции до объекта, определяют дистанцию D2 до объекта в момент времени t1+Δt, определяют скорость движения носителя Vсоб и глубину погружения объекта относительно горизонта движения носителя определяют по формуле

, где

, где

D1 - дистанция до объекта в момент времени t1,

D - дистанция до объекта на момент времени t1+Δt,

Н - глубина погружения носителя гидролокатора,

Vсоб - скорость перемещения носителя гидролокатора.

Недостатком данного способа является то, что с его помощью невозможно определить глубину и скорость погружения объекта, падающего в воду, поскольку способ предназначен для определения глубины погружения неподвижного объекта или объекта, перемещающегося с малой скоростью. В некоторых задачах практического использования гидролокаторов ближнего действия возникает необходимость дистанционного определения глубины и скорости перемещения приводняющегося (падающего и погружающегося в воду) объекта. В этом случае вертикальная и горизонтальная скорости перемещения могут быть значительными. Взаимное перемещение носителя гидролокатора и переменная глубина падающего в воде объекта не позволяют использовать способ-прототип при измерении глубины погружения приводняющегося объекта.

Техническим результатом предложенного способа является обеспечение возможности дистанционного измерения глубины погружения приводняющегося объекта и измерения скорости погружения объекта относительно горизонта движения носителя.

Указанный технический результат достигается тем, что в способ измерения глубины погружения объекта, содержащий излучение зондирующих сигналов гидролокатором, прием отраженных от объекта эхосигналов гидролокатором, измерение собственной скорости носителя гидролокатора и измерение дистанции до объекта, введены новые признаки, а именно: определяют дистанцию D1 до приводняющегося объекта в момент прихода отраженного от него эхосигнала, вызванного первой посылкой зондирующего сигнала, излученного в момент времени t1, определяют дистанцию Dn в момент окончания эхосигнала, вызванного n-й посылкой зондирующего сигнала, излученного в момент времени t1+nT, а глубину погружения приводняющегося объекта в момент времени t1+nT определяют по формуле , где Hn - глубина, измеренная в момент времени t1+nT; Т - интервал времени между посылками зондирующих сигналов; V - скорость движения носителя гидролокатора, а скорость погружения объекта определяют по формуле:

Vn=(Hn-H1)/nT.

Поясним достижения указанного технического результата.

Приводняющийся объект, как правило, имеет большую скорость падения и отрицательную плавучесть, поэтому при падении в воду он погружается и образует воздушную каверну, которая увлекается за падающим объектом. Таким образом, падающий объект погружается в воздушном мешке, окруженный пеленой пузырей. Сам падающий объект и пелена пузырей являются хорошими отражателями. При облучении зондирующими сигналами возникает отражение от пелены пузырей и от корпуса. Протяженный по длительности отраженный эхосигнал будет иметь начало, которое определяет минимальную дистанцию до приводняющегося объекта в момент его приводнения либо начала каверны, которая образуется при приводнении. Конец эхосигнала будет определять положения металлического корпуса, который погружается быстрее, чем пелена пузырей, следующая за ним. Начало первого эхосигнала определяет дистанцию приводнения, относительно которой начинается измерение. По второму и последующим эхосигналам определяется положение корпуса приводняющегося объекта, что фиксируется по положению конца эхосигнала, поскольку он расположен по дистанции дальше начала эхосигнала, которое соответствует точке приводнения. Лучшие результаты могут быть получены в том случае, если фиксируется момент приводнения. Если момент приводнения пропущен, то все равно можно проводить оценку глубины, но при этом будет иметь место смещение оценки глубины в сторону уменьшения. На оценку скорости приводняющегося объекта при его движении в воде отсутствие дистанции точного приводнения не скажется, поскольку скорость определяется разностью проходимого пути объектом при погружении. Процесс погружения приводняющегося объекта является кратковременным и зависит от веса, скорости падения и парусности объекта, что в момент обнаружения не известно. Поэтому представляет интерес определение скорости погружения и максимальной глубины погружения. По каждому зондирующему сигналу определяется глубина погружения в известное время излучения зондирующего сигнала и скорость погружения в это же время.

Сущность изобретения поясняется фиг.1, на которой приведена блок-схема устройства, реализующего способ.

Устройство, реализующее данный способ, содержит гидролокатор 1 ближнего действия, соединенный через блок 2 измерения дистанции в момент прихода эхосигнала с первым входом вычислителя 5, второй вход которого соединен с выходом блока 6 измерения собственной скорости носителя. Второй выход гидролокатора через блок 3 измерения дистанции в момент окончания эхосигнала соединен с третьим входом вычислителя 5, а четвертый вход вычислителя 5 соединен с выходом блока 4 управления, который связан двухсторонней связью с третьим выходом гидролокатора. Второй вход блока управления 4 соединен со вторым выходом блока 3 измерения дистанции в момент окончания эхосигнала.

Блок 2 является известным устройством, которое формирует порог измерения и определяет момент начала эхосигнала от приводняющегося объекта. Вопросы формирования порога и определения временного положения начала эхосигнала достаточно подробно рассмотрены в работе Б.Н.Митяшев. «Определение временного положения импульса при наличии помех». Сов. Радио, М., 1962 г.

Измеритель собственной скорости является известным устройством, которое используется в прототипе, и достаточно подробно рассмотрен в работе Ю.А.Корякин, С.А.Смирнов, Г.В.Яковлев. «Корабельная гидроакустическая техника». Санкт Петербург, Наука, 2004 г., стр.99.

Блок 5 может быть реализован на спецпроцессоре, который выполняют базовые алгоритмы обработки гидроакустических сигналов при работе в реальном времени с использованием аппаратных решений и жесткой логики вычислений (Ю.А. Корякин, С.А. Смирнов, Г.В. Яковлев. Корабельная гидроакустическая техника СПб.: Наука, 2004 г. Стр.278-297).

Описание способа целесообразно совместить с описанием работы реализующего способ устройства. С блока управления 4 поступает сигнал в гидролокатор 1 на формирование и излучение зондирующего сигнала. Эхосигнал, отраженный от приводняющегося объекта, принимается гидролокатором, обрабатывается и поступает на блок 2 измерения дистанции в момент начала эхосигнала. С выхода блока 2 измеренное значение временного положения начала эхосигнала, что соответствует дистанции приводнения, поступает в вычислитель 5. По команде с блока 4 управления формируется последующий зондирующий сигнал, который излучается гидролокатором 1, принимается последующий эхосигнал, обрабатывается гидролокатором и подается на блок 3 измерителя времени окончания эхосигнала, что соответствует дистанции до корпуса падающего объекта. На второй вход вычислителя 5 поступает с блока 6 гидроакустического измерителя собственной скорости оценка собственной скорости. С блока 4 управления в вычислитель 5 поступает время каждого зондирующего сигнала. Точность измерения глубины погружения определяется временем измерения дистанции и точностью измерения собственной скорости движения носителя. Как правило, точность измерения дистанции определяется разрешающей способностью используемого зондирующего сигнала и составляет величину порядка 1-го метра. Точность измерения собственной скорости на средних скоростях движения не превышает 0,2-0,5 узла. Отсюда следует, что точность измерения глубины погружения на дистанциях порядка 2-х километров будет находиться в пределах ±20% от измеряемой глубины. Скорость погружения объекта может достигать значительной величины, поскольку объект приводняется, имея значительную начальную скорость, определяемую массой объекта и высотой падения, поэтому скорость перемещения объекта в воде будет существенно больше собственной скорости движения и за время между зондирующими сигналами объект пройдет значительное расстояние, которое можно измерить. Для гидролокаторов ближнего действия характерно использование сигналов короткой длительности либо сложных сигналов, обладающих хорошей разрешающей способностью по дистанции. Дальность действия гидролокатора ближнего действия ограничивается дистанциями нескольких километров. Как правило, на этих дистанциях многолучевое распространение не оказывает существенного влияния на точность и однозначность полученных оценок. Таким образом, предложенный способ позволяет провести измерение глубины погружения приводняющегося объекта относительно горизонта движения носителя, на котором установлен гидролокатор. Это позволяет считать заявленный технический результат достигнутым.

Способ определения глубины погружения объекта, содержащий излучение зондирующих сигналов гидролокатором, прием отраженных от объекта эхосигналов гидролокатором, измерение собственной скорости носителя гидролокатора и измерение дистанции до объекта, отличающийся тем, что определяют дистанцию D1 до приводняющегося объекта в момент прихода отраженного от него эхосигнала, вызванного первой посылкой зондирующего сигнала, излученного в момент времени t1, определяют дистанцию Dn в момент окончания эхосигнала, вызванного n-й посылкой зондирующего сигнала, излученного в момент времени t1+nT, а глубину погружения приводняющегося объекта в момент времени t1+nT определяют по формуле
,
где Hn - глубина, измеренная в момент времени t1+nT; Т - интервал времени между посылками зондирующих сигналов; V - скорость движения носителя гидролокатора, а скорость погружения объекта определяют по формуле
Vn=(Hn-H1)/nT.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области гидроакустических лагов, предназначенных для измерения скорости морского объекта. .

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для определения скорости течения и направления жидкости в электропроводящих средах, преимущественно в морской воде.

Изобретение относится к гидроакустике и может быть использовано для настройки в натурных условиях приемных каналов гидроакустического доплеровского лага. .

Изобретение относится к области гидроакустики и может быть использовано при калибровке абсолютных и относительных лагов. .

Изобретение относится к области гидроакустики и может быть использовано для измерения параметров движения объектов. .

Изобретение относится к подводной технике и может быть использовано при создании доплеровских измерителей скорости движения объектов относительно дна или среды. .

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано в системах обработки локационных сигналов. .

Использование: изобретение относится к области гидроакустики и может быть использовано при разработки гидроакустической аппаратуры, предназначенной для освещения подводной обстановки. Сущность: в способе определения глубины погружения объекта гидролокатором излучают зондирующий сигнал, осуществляют прием эхо-сигнала вертикальной линейной антенной, имеющей узкие характеристики направленности в вертикальной плоскости и широкие характеристиками направленности в горизонтальной плоскости, прием эхо-сигнала горизонтальной линейной антенной, имеющей узкие характеристики направленности в горизонтальной плоскости и широкие характеристики направленности в вертикальной плоскости, прием эхо-сигнала одновременно обеими антеннами, измерение дистанции и направления прихода эхо-сигнала, при совпадении измеренных дистанций определяется характеристика направленности в вертикальной плоскости, определяется угол места по отклонению положения этой характеристики от направления верхней горизонтальной характеристики и определяют глубину погружения относительно глубины погружения излучателя по формуле Ноб=Dверт Sin(α), где Dверт - измеренная дистанция до цели, α - угол между характеристикой в вертикальной плоскости, в котором обнаружен эхо-сигнал от цели и направлением движения носителя, измеряют глубину погружения гидролокатора Нгл, а глубина погружения объекта определяется Н=Ноб+Нгл. Технический результат: измерение глубины погружения объекта при любой глубине места подводным гидролокатором, в том числе при малой глубине места. 1 ил.

Изобретение относится к области гидроакустики и может быть использовано для построения систем классификации обнаруженных объектов гидролокатором освещения ближней обстановки. Использование способа позволит повысить вероятность правильной классификации. Способ содержит излучение зондирующего сигнала, прием эхо-сигналов статическим веером характеристик направленности, цифровую обработку принятого сигнала, определение уровня помехи, вычисление порога, определение превышения выбранного порога обнаружения последовательно по всем пространственным каналам статического веера характеристик направленности, измерение и запоминание амплитуды и номера отсчетов, превысивших порог обнаружения, измерение дистанции, выбор соседних пространственных каналов, в которых произошло превышение порога, определение временной протяженности эхо-сигнала в этих каналах ΔTi, где i - номер канала, по каждому каналу i определяют временное положение момента начала огибающей эхо-сигнала Т, определяют разность времен между моментами начала измеренных эхо-сигналов в соседних пространственных каналах Ti+1-Ti, по известной ширине характеристики направленности одного пространственного канала α и измеренной дистанции Дизм определяют инструментальную тангенциальную протяженность эхо-сигнала по формуле К=Дизм sinα, определяют курсовой угол положения объекта по формуле β=arctg С(Ti+1-Ti)/K, где С - скорость звука, определяют радиальную протяженность объекта последовательным суммирование оценок радиальной протяженности в тех последовательных пространственных каналах, в которых произошло превышение порога ΣΔTi, определяют полную протяженность объекта по формуле Lполн.=Lрад/sinβ, где Lрад=CΣΔTi, которая сравнивается с порогом для проведении классификации. 1 ил.

Использование: изобретение относится к области гидроакустики и может быть использовано для измерения высоты объекта над уровнем дна. Сущность: гидроакустический способ определения пространственных характеристик объекта, содержащий излучение зондирующего сигнала в момент времени t, приема эхосигнала tэхо, определяется дистанция D до объекта по величине временной задержки и известной скорости распространения звука С, после излучения измеряют уровень объемной реверберации U0, определяют порог обнаружения Uпор., измеряют tнач время начала эхосигнала, при котором впервые амплитуда эхосигнала Аоб превысила порог Аоб>Uпор и определяют дистанцию D0=0,5 С tнач, измеряют момент времени последней амплитуды эхосигнала tпос, при котором минимальная амплитуда эхосигнала от объекта Аоб>Uпор, определяют момент времени начала тени tтени, при котором выполняется условие U0≥Атен и tтени>tпос, определяют момент времени окончания тени tкон.т, при котором Uпор>Аоб≥U0, определяют дистанцию до момента окончания тени Dтени=0,5 С tкон.т, определяют глубину от гидролокатора до дна Hдна, а высоту объекта определяют по формуле . Технический результат: определение высоты обнаружения объекта над уровнем дна по одной посылке. 2 ил.

Использование: изобретение относится к области гидроакустики и может быть использовано для измерения параметров положения объекта, обнаруженного на дне с использованием гидролокатора ближнего действия. Способ содержит излучение зондирующего сигнала в момент времени t, после излучения измеряется уровень объемной реверберации U0, определяется порог обнаружения Uпор эхосигнала, определяется дистанция до объекта D по величине временной задержки и известной скорости распространения звука С, по превышению эхосигналом от дна порога обнаружения определяют время распространения сигнала до дна tдна и дистанцию от гидролокатора до дна Ндна=0,5С tдна, измеряют tнач время начала прихода эхосигнала, при котором произошло первое превышение порога, определяют дистанцию D1=0,5С tнач, измеряют момент окончания эхосигнала tпос, когда произошло последнее превышение порога, определяют дистанцию Dпос=0,5С tпос, определяют момент времени начала тени tтениН при Uпор≥Aэхс.тен больше амплитуды эхосигнала Aэхс.тен, определяют момент времени окончания тени tтениК, при котором амплитуда эхосигнала Aэхс.К>Uпор, и определяют дистанцию до момента окончания тени Dтени=0,5C tтениК., определяют горизонтальную дистанцию до начала объекта на дне D г о р 1. 2 = D 1 2 − H д н а . 2 , определяют горизонтальную дистанцию до конца тени D г о р . т е н и 2 = D т е н и 2 − H д н а . 2 , определяют высоту последней отражающей точки объекта Ноб=δНдна/Dтени, определяют длину L стороны объекта на дне, обращенной к гидролокатору, по формуле: L = d 2 + δ 2 − 2 d δ ( 1 − ( H д н а D т е н и ) 2 , где d=Dгор.тени-Dгор.1, δ=Dтени-Dпос, а угол наклона Q° объекта относительно дна определяют как Q°=arcsin δ Ндна/DтениL. Технический результат: определение протяженности объекта на дне и угла его наклона по отношению к дну по одной посылке. 2 ил.
Наверх