Фазовый гидролокатор бокового обзора

Изобретение относится к гидрографии, в частности к способам и техническим средствам определения глубин акватории фазовым гидролокатором бокового обзора, и может быть использовано для выполнения съемки рельефа дна акватории. Сущность: фазовый гидролокатор бокового обзора содержит излучатель, приемник, датчик измерения углов бортовой качки, блок управления и регистратор, соединенные с вычислителем, дополнительно содержит датчик измерения углов килевой качки, программный блок, анализатор спектра отраженного сигнала, монитор, вычислитель дополнительно соединен с выходами судового эхолота, судового приемника спутниковых навигационных систем, датчика измерения углов килевой качки, программного блока и анализатором спектра отраженного сигнала. Технический результат: повышение достоверности съемки. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

 

Изобретение относится к области гидрографии, в частности к техническим средствам определения глубин акватории фазовым гидролокатором бокового обзора, и может быть использовано для выполнения съемки рельефа дна акватории.

Известен способ определения глубин акватории фазовым гидролокатором бокового обзора (Судостроение за рубежом. Издание ЦНИИ Румб, 1987, с 76-80. [1]), включающий излучение гидроакустического сигнала в сторону дна и прием отраженных сигналов в двух точках, расположенных на расстоянии d по вертикали, измерение времени задержки tз отраженны х сигналов и их фазового сдвига φ в этих точках, определение направления (α) приема отраженных сигналов по формуле

α = arcsin C f d ϕ 2 π ( 1 )

где f - частота гидроакустического сигнала;

С - скорость распространения звука в воде.

Измерение прибором угла β бортовой качки носителя антенн и вычисление глубин (Z) акватории производится по формуле

Z = C t з 2 sin γ ( 2 )

где γ = α + β .

Однако данный способ имеет недостаточно высокую точность.

Это объясняется тем, что при его использовании имеет место существенная погрешность (mγ) определения направления (γ) прихода отраженных сигналов по измеренным значениям их фазового сдвига φ в точках приема.

Значение mγ, исходя из формулы (1), можно вычислить по формуле

m γ = ( 1 / ( 1 ϕ / 2 π ) 2 ) m ϕ ( 3 )

где mφ - погрешность измерения φ.

Так как достоверное определение направления γ (без разрешения неоднозначности) возможно только лишь в случае малого разноса d антенн, не превышающего двух длин (λ) волн, то возможный диапазон изменения фазового сдвига φ при d=λ составит 0-2π.

Погрешность mγ, как видно из формулы (3), изменяется нелинейно и при φ=0 mγ=-mφ, а при φ=2π достигает максимума и может составить 2mφ.

Данное обстоятельство обуславливает существенную погрешность (mz) определения глубины акватории z при использовании известного способа.

Значение mz, исходя из формулы (2), можно вычислить по формуле

m z = ( C t з / 2 ) cos φ m φ , ( 4 )

где γ = α + β .

Например, когда С=1500 м/с tз=0,7 с γ=30° cos φ=87 mγ=2mφ=2·0,0017(mφ у современных фазовых гидролокаторов бокового обзора не превышает 1°). Тогда mz составит 13 м или около 4% от величины.

Допустимая погрешность определения глубины акватории в соответствии с нормативными документами по съемке рельефа дна составляет 1% от глубины Z.

Известен также способ определения глубин акватории фазовым гидролокатором бокового обзора (Stubbs А.К: Telesounding a merhod of wide swathe a depth measurement International Hydrographic Review 1974, 51 Ns 1, p.p.23-59 [2]), включающий одновременное излучение в сторону дна основного и вспомогательного гидроакустических сигналов, отличающихся по частоте на малую величину, и прием отраженных основных и вспомогательных сигналов в двух точках, расположенных по вертикали на заданном расстоянии d, измерение времени tc задержки прихода синфазных основных и вспомогательных сигналов с помощью двух многоканальных двухчастотных приемоизмерительных блоков, измерение прибором угла бортовой качки носителя антенн, определение по полученным данным направлений прихода синфазных основных сигналов и искомых глубин акватории расчетным путем.

Известен также фазовый гидролокатор бокового обзора, который содержит первую и вторую двухчастотные антенны, расположенные по вертикали на заданном расстоянии (d), передающий блок, первый и второй двухчастотные многоканальные приемоизмерительные блоки, блок управления, вычислитель и регистратор, при этом выходы первой и второй двухчастотных антенн подключены соответственно к входам первого и второго двухчастотных многоканальных приемоизмерительных блоков, выход передающего блока соединен с излучающей антенной, выходы первого и второго двухчастотных многоканальных приемоизмерительных блоков подключены к выходу вычислителя, выход последнего подключен к регистратору.

Недостаток способа и устройства (фазового гидролокатора бокового обзора) заключается в том, что они сложны в использовании.

Это объясняется тем, что для повышения точности определения глубин акватории в данных технических решениях осуществляют прием отраженных гидроакустических сигналов в двух точках, расположенных по вертикали на большом по сравнению с аналогом расстоянии (d=n λ) в несколько длин волн, и измеряют время задержки сигналов, то есть сигналов, в которых фазовый сдвиг отсутствует или кратен целому числу 2π.

Выполнение данного действия обеспечивает высокую точность определения глубин акватории, так как при фазовом сдвиге φ=0, как видно из формулы (3), погрешность mγ будет минимальной и равной mφ.

Однако в этом случае возникает необходимость в решении сложной задачи - исключении многозначности в определении направлений прихода синфазных сигналов. Для решения этой задачи при использовании первого рассматриваемого известного способа необходимо, кроме основных, выполнить дополнительно следующие сложные действия:

принимать в третьей точке, расположенной по вертикали на вспомогательной базе на заданном расстоянии от общей точки, отраженные гидроакустические сигналы;

измерять в третьей и основных точках время задержки прихода синфазных сигналов.

Для осуществления данных действий необходимо фазовый гидролокатор бокового обзора снабдить приемной антенной и приемоизмерительным блоком, то есть существенно усложнить структурную схему и повысить массогабаритные характеристики фазового гидролокатора бокового обзора.

При использовании известного способа для решения этой же задачи необходимо выполнять, кроме основных, следующие дополнительные действия:

- излучать вспомогательный гидроакустический сигнал на заданной частоте, отличающейся от основной частоты;

- принимать отраженные вспомогательные сигналы (синфазные) в тех же случаях, где принимается основной синфазный сигнал;

- измерять время задержки прихода вспомогательных синфазных сигналов.

Для осуществления данных действий необходимо использовать вспомогательный фазовый гидролокатор бокового обзора. То есть для осуществления данного способа необходимо использовать практически два фазовых гидролокатора бокового обзора, работающих на разных частотах, что и обуславливает значительную сложность в использовании известных способов и устройств.

Известен также способ определения глубин акватории фазовым гидролокатором бокового обзора и фазовый гидролокатор бокового обзора для его осуществления (патент RU №1829019А1, 23.07.1993 [3]), в котором технический результат заключается в упрощении процесса определения глубины акватории фазовым гидролокатором бокового обзора.

При этом технический результат достигается тем, что в способе определения глубин акватории фазовым гидролокатором бокового обзора, включающем излучение гидроакустического сигнала в сторону дна и прием отраженных сигналов в двух точках, расположенных по вертикали на заданном расстоянии, измерение времени задержки прихода синфазных сигналов, угла бортовой качки носителя антенн и определение по полученным данным направлений θn прихода синфазных сигналов и искомых глубин акватории расчетным путем, измерение времени tз задержки прихода отраженного гидроакустического сигнала по вертикали, отделяют временные задержки (tp) прихода синфазных сигналов в случае их отражения от ровной поверхности дна по каждому расчетному (θр) направлению по формуле

t p n = t p sin ( θ p n + β ) + t p cos ( θ p n + β ) sin ξ sin ( θ p n + β ) sin ( θ p n + β + ξ ) ( 5 )

где n=1,2, 3…N;

N=d/λ - количество расчетных направлений θр;

ξ - генеральный угол наклона дна в полосе зондирования.

Затем определяют сходимость вычисленных tn и измеренных tp значений по критерию (δ2), вычисленному по формуле

δ 2 = m = 1 M 1 [ ( t p n + 1 t p n ) ( t c m + 1 t c m ) ] 2 ( 6 )

где М - количество измеренных значений tс для каждого количества М расчетных направлений θр.

При этом последовательно изменяют начальное значение n от 1 до К=N-М, а за искомые направления прихода синфазных сигналов принимают М расчетных направлений θр, характеризующихся минимальным значением δ.

Фазовый гидролокатор бокового обзора для реализации известного способа содержит первую и вторую антенны, расположенные по вертикали на заданном расстоянии, передающий блок, первый и второй приемоизмерительные блоки, блок управления, вычислитель и регистратор, при этом выходы первой и второй антенн подключены соответственно к входам первого и второго приемоизмерительных приборов, выход передающего блока соединен с приемоизлучающей антенной, выход первого и второго приемоизмерительных блоков подключены к входу вычислителя, выход последнего подключен к регистратору, а блок управления соединен с первым и вторым приемоизмерительными блоками, передающим блоком, вычислителем и регистратором, и снабжен блоком определения временных задержек прихода отраженных от ровной поверхности дна синфазных сигналов по каждому расчетному направлению, вход которого соединен с блоком управления, а выход подключен к входу вычислителя.

Однако, несмотря на достижение по упрощению известного способа, он отягощен существенными расчетами и трудоемкими вычислительными операции.

Кроме того, выделение отраженных сигналов от ровной поверхности дна и их математическая обработка связаны с рядом допущений, что существенно снижает достоверность получения конечных результатов измерений.

Так, например, проведенные исследования искажения спектров линейных частотно модулированных (ЛЧМ) сигналов в морском грунте в зависимости от глубины проникновения в морской грунт показали, что первое отражение регистрируется в придонном слое на верхних частотах спектра. По мере увеличения глубины (ниже поверхности дна) спектр расширяется в сторону низких частот, низкочастотная часть спектра увеличивается и начинает превалировать, а при дальнейшем увеличении глубины и оставшаяся низкочастотная часть плавно уменьшается. Максимальное значение интенсивности достигается в низкочастотной части спектра. Для мощных придонных отложений иногда наблюдаются особенности в характере изменения. Эти особенности заключаются в относительном возрастании в некотором диапазоне глубин высокочастотной части спектра и проявляются в появлении низкочастотного спектра между высокочастотными спектрами. При этом преобладание низкочастотной части в этом диапазоне для этого типа грунтов менее значительно. Происходит выравнивание формы спектра и только потом уменьшение высокочастотной части, и затухание низкочастотной части. Эта особенность связана со слоистой структурой осадков и слабым поглощением в отдельных слоях. Данное обстоятельство ограничивает применение известного способа [3], так как при его реализации необходимо наличие ровной поверхности дна, свободной от придонных отложений.

К существенному недостатку устройства для реализации известного способа следует отнести то обстоятельство, что при расчетах временных задержек прихода отраженных волн учитывается только изменение углов бортовой качки, в то время как результаты измерений также будут отягощены влиянием килевой качки.

Задачей предлагаемого технического решения является расширение функциональных возможностей фазового гидролокатора бокового обзора для определения глубин акватории, с одновременным повышением достоверности съемки дна акватории.

Поставленная задача решается за счет того, что в фазовый гидролокатор бокового обзора, который содержит излучатель, приемник, датчик измерения углов бортовой качки, блок управления и регистратор, соединенные с вычислителем, в отличии от прототипа дополнительно введены датчик измерения углов килевой качки, программный блок, анализатор спектра отраженного сигнала, монитор, вычислитель дополнительно соединен с выходами судового эхолота, судового приемоиндикатора спутниковых навигационных систем, датчика измерения углов килевой качки, программного блока и анализатором спектра отраженного сигнала и монитором, при этом монитор выполнен в виде многофункционального дисплея с возможностью формирования 3D-изображения с постоянным трехмерным представлением данных, программный блок содержит устройство нормировки, устройство определения гистограммы, блок расчета коэффициентов полинома, устройство оценки точности аппроксимации, устройство задания степени аппроксимирующего полинома, устройство принятия решения, блок деления, интегрирующее устройство, блок выделения коэффициентов при первых двух членах разложения, блок вычисления частного.

Сущность предлагаемого технического решения поясняется чертежами (фиг.1, 2).

Фиг.1. Структурная схема фазового гидролокатор бокового обзора включает вычислитель 1, буферное устройство 2, внешнюю память 3, устройство управления 4, регулируемый предварительный усилитель 5, усилитель мощности 6, излучатель 7, приемник 8, полосовой фильтр 9, предварительный усилитель 10, АЦП 11, регистратор 12, датчик 13 измерения углов бортовой качки, датчик 14 измерения углов килевой качки, программный блок 15, анализатор спектра 16 отраженного сигнала, монитор 17.

Вычислитель 1 через буферное устройство 2 также соединен с выходами судового эхолота 18, судового приемником 19 спутниковых навигационных систем, датчика 14 измерения углов килевой качки, программного блока 15 и анализатором спектра 16 отраженного сигнала.

Фиг.2. Блок-схема программного блока. Программный блок 15 содержит устройство нормировки 20, устройство определения гистограммы 21, блок 22 расчета коэффициентов полинома, устройство 23 оценки точности аппроксимации, устройство 24 задания степени аппроксимирующего полинома, устройство принятия решения 25, блок 26 деления, интегрирующее устройство 27, блок 28 выделения коэффициентов при первых двух членах разложения, блок 29 вычисления частного, микропроцессор 30.

Микропроцессор 30 разработан на основе DSP - процессора и включает блок памяти, таймер, контроллер прерываний, порты связи.

Вычислитель 1 выполнен на основе вычислительной платформы в виде системы на кристалле типа System on Chip (SoC) и состоит из процессора общего назначения, функции которого заключаются в решении навигационных уравнений и обслуживанием интерфейсов, и двух процессоров с векторно-матричными сопроцессорами, которые предназначены для полной программной обработки в реальном времени зарегистрированных сигналов.

Решение навигационных задач включает выработку поправок при анализе зарегистрированных сигналов в зависимости от скорости, курса, координат, углов бортовой и килевой качек, глубины под килем судна при выполнении батиметрической съемки.

Процессоры с векторно-матричным сопроцессором (например, типа NM6403, NM6404) отличаются от процессоров общего назначения тем, что имеют дополнительный векторно-матричный сопроцессор с размером матрицы не менее 64×64, где аппаратно реализованы операции умножения с накоплением. Эти процессоры с векторно-матричным сопроцессором идеально подходят для цифровой фильтрации сигналов - умножения их отсчетов на весовые коэффициенты и накопление результатов измерений, а также для решения задачи вычисления корреляции входных сигналов, взаимно корреляционной функции сигналов и их сопровождения по задержке.

Кроме того, на этом же кристалле (в составе вычислительной платформы) дополнительно реализуют блок предварительной обработки сигналов (БПОС), который выполняет функции аппаратной поддержки программной обработки сигналов. В БПОС реализованы цифровые режекторные фильтры узкополосных помех с конечной импульсной характеристикой (КИХ-фильтры). Здесь же реализованы буферизация и когерентное накопление оцифрованных выборок сигналов на интервалах времени, задаваемых программно, схемы предварительной сортировки цифровых отсчетов сигнала и квадратор для построения частотной панорамы с использованием спектральных методов на основе алгоритма быстрого преобразования Фурье. Кроме того, в вычислительной платформе, выполненной в виде SoC, размещают также аналого-цифровые преобразователи АЦП входных сигналов, необходимые для работы блоки памяти оперативной и программ, интерфейсный блок, шины внутрисистемного обмена информацией. Приемник 19 спутниковых сигналов может использовать сигналы навигационных систем и систем их поддержек GPS, ГЛОНАСС, GALILEO, SBAS и GBAS. Приемник 19 спутниковых сигналов функционально связан с датчиками 13 и 14 измерения углов бортовой и килевой качки, что позволяет реализовать инерциальную измерительную систему, позволяющую определять угловые и линейные скорости и ускорения в месте установки излучателя 7 и приемника 8, а также курс судна и необходимые поправки.

Излучатель 7 излучает волну накачки с частотой fн. Поскольку частота накачки довольно высока, то волна накачки отражается от границы раздела вода - грунт и распространяется в сторону приемника 8. Волна накачки будет взаимодействовать вследствие нелинейности среды распространения с низкочастотными сигналами с частотой F, отраженными от аномальных участков, включая подводные объекты. Результатом взаимодействия будут волны с комбинационными частотами fн±F, либо изменения фазы волны накачки.

В вычислителе 1 формируются команды для посылки излучающих сигналов и задаются параметры работы устройства в целом. Через буферное устройство 2 информация с вычислителя 1 поступает на внешнюю память 3 и устройство управления 4. Устройство управления 4 управляет работой внешней памяти и регулируемым предварительным усилителем 5. Усилитель мощности 6 усиливает сигнал и подает его на излучатель 7.

Расстояние между излучателем 7 и приемником 8 равно 1/1σ=1. Сигналы с приемника 8 поступают на полосовой фильтр 9 и предварительный усилитель 10, которые образуют блок предварительной обработки. Сигналы оцифровываются посредством АЦП 11. Далее цифровой сигнал поступает на программный блок 15, а именно на устройство нормировки 20 и устройство определения гистограммы 21. Устройство 24 задает степень аппроксимирующего полинома и управляет работой блока 22 расчета коэффициентов полинома. Далее производится оценка точности аппроксимации на устройстве 23 оценки точности аппроксимации и данные передаются на устройство принятия решения 25, которое управляется блоком управления 4. При этом, если точность не удовлетворяет заданному порогу, то увеличивается степень полинома. Увеличение происходит до тех пор, пока точность аппроксимации не будет удовлетворительной. В блоке 26 производится деление выражения для плотности вероятности излучаемого сигнала, которая считывается из внешней памяти 3 и полученной плотности вероятности в блоке 22.

Интегрирующее устройство 27 представляет полученный результат на блок выделения коэффициентов при первых двух членах разложения 28 и в блоке 29 производится вычисление частного. Полученный результат через буферный элемент выводится на вычислитель 1.

Сигналы с АЦП 11 записываются на жесткий диск вычислителя 1. Каждый отчет кодируется в 14 разрядном формате. На вход алгоритма поступают данные, на основе которых производится определение нормированных гистограмм плотности вероятности для каждого сигнала. Затем, используя полиноминальное приближение, определяется аналитическое выражение плотности вероятности для каждой гистограммы. В зависимости исследования (обнаружение дефектов в трубопроводах или поиск мест утечек транспортируемого продукта) вычисляется либо функция нелинейности, либо значения моментных функций, которые характеризуют изменение формы закона распределения (в случае детектирования инородных включений в среде).

Предлагаемый способ основан на определении нелинейных свойств рабочей среды путем решения обратной задачи преобразования статистических характеристик нелинейных волн.

Как известно прямая задача преобразования закона распределения при прохождении через нелинейную систему имеет вид:

W(p2; х, t)=W(p1(p2); x, t)/|Ψ(p1(p2))|, где p2=Ψ(p1) - нелинейное детерминированное без инерционное преобразование, заданное детерминированной функцией Ψ(p1); p1=Ф(р2) - ветвь функции, обратной к р2=Ψ(p1).

Тогда решение для обратной задачи, которая заключается в отыскании выражения для функции Ψ(р1), принимает вид интеграла Стильтьеса

Ψ ( p 1 ; x , t ) = W ( p 1 ( t ) ) / W ( p 2 ( x , t ) ) * d ( p 1 ( t ) ) .

Данная формула описывает подход к определению функции, связывающей давление реакции среды р2 с давлением возмущения р1. Она лежит в основе метода определения нелинейных свойств среды, которые описываются нелинейной функцией Ψ(p1).

Экспериментально полученные изменения плотности вероятности акустического давления в зависимости от интенсивности излучения показали, что изменения формы закона распределения проявляются в нарушении симметрии. Ввиду увеличения мощности излучения, абсолютное значение плотности вероятности уменьшается.

При этом закон распределения низкочастотных компонент на расстояниях между излучателем и приемником 1, 2 и 3 1/1σ при частотах накачки 140 и 150 кГц практически не меняется и его изменение обусловлено только изменением структуры среды.

Экспериментально полученные осциллограммы сигналов и соответствующие гистограммы, полученные на различных расстояниях от излучателя показали, что основные изменения, связанные с нелинейными свойствами среды распространения, происходят в ближней зоне. Поэтому наиболее значительное изменение формы закона распределения происходит также в ближней зоне излучателя до расстояния 1/1σ=1. Дальнейшее изменение формы закона распределения связано с перераспределением энергии в волне и генерацией более высокочастотных компонент. При увеличении расстояния от излучателя процесс нормализуется.

При распространении волны разностной частоты закон распределения мгновенных значений акустического давления практически не изменяется, а его изменение обусловлено только изменением структуры среды. Техническая сущность данного метода рассмотрена в источнике: Куценко Н.Н. Автореферат диссертации на соискание ученой степени канд.тех.наук. «Исследование законов распределения акустического давления преобразователей накачки параметрических антенн в нелинейных средах» - «Южный федеральный университет» в г. Таганроге, 2009. (сайт: library sfedu. Ru/referat/D212-208-23/01-04-06/2009121_D212-208-01-04-06_KutsekoNN.pdf).

Конструктивное исполнение излучателя 7 обеспечивает дискретное сканирование внутреннего пространства, которое осуществляется путем шагового обзора за счет облучения узкой характеристикой направленности излучателя ограниченной зоны пространства и приема эхо-сигналов в пределах всего сектора, в котором осуществляется обзор. Цикл обзора равен промежутку времени между двумя последовательными излучениями: Тобз=2х max/с, где хmax - максимальная дальность излучения. Перед каждым излучением сигнала характеристика направленности излучателя 7 поворачивается на угол, равный ее ширине (шаг поиска). Полное время обзора заданного сектора определяется циклом обзора и отношением величины сектора к ширине характеристики направленности.

При обнаружении подводного объекта, находящегося на грунте, вычислителем 1 формируется команда на формирование высокой направленности, что обеспечивает более надежное определение местоположения выявленного подводного объекта.

Вычислитель 1 через буферное устройство 2 также соединен с выходами судового эхолота 18, судового приемника 19 спутниковых навигационных систем, датчика 14 измерения углов килевой качки, программного блока 15 и анализатором спектра 16 отраженного сигнала.

Определение временных задержек прихода отраженных от ровной поверхности дна синфазных сигналов осуществляется посредством судового эхолота 18, представляющего собой многолучевой эхолот. Многолучевые эхолоты обладают несравнимо более высокой производительностью и обеспечивают высокую подробность съемки в сравнении с однолучевыми системами. Судовой эхолот 18 представляет собой многолучевой эхолот со сложным линейно-частотным модулированным сигналом и предназначен для измерения глубин от 20 до 6000 м. Развертка мощности принятых сигналов осуществляется по дальности и углу. Характер изменения мощности в луче с дальностью зависит от формы рельефа дна. Из 32 приемных каналов формируют 256 лучей, что позволяет получить квазинепрерывный профиль рельефа. Приемная антенна многолучевого эхолота 3 диапазона частот 30 кГц состоит из 32 элементов.

Использование информации от многолучевого эхолота позволяет отказаться от блока определения временных задержек, поскольку такая задача решается судовым эхолотом 18.

Кроме того, современная тенденция, например, строительства подводных трубопроводов на больших глубинах вызывает необходимость использования высокочастотных многолучевых эхолотов для получения детальной картины рельефа дна. Для проектировщика трубопровода важно, чтобы все формы рельефа или искусственные объекты были идентифицированы в ходе батиметрической инструментальной съемки. При этом при использовании только одного судового эхолота для выполнения батиметрической съемки существует вероятность пропуска опасной формы дна (ложбины, выпуклости). В период батиметрической съемки на акватории морей Северного Ледовитого океана, при обработке результатов измерений были отмечены пропуски локальных опасных форм. Дальнейший анализ материалов батиметрической съемки показал, что вероятность пропуска локальной опасной формы дна, в зависимости от скорости судна и глубины акватории, может достигать 0,45.

На малых глубинах, соизмеримых с высотой буксировки, возможно, использовать псевдосонарные имиджи, во всех остальных случаях и, особенно на больших глубинах только гидролокационная съемка может обеспечить проектировщика подводных трубопроводов полезной информацией, которая включает в себя:

- идентификацию различных объектов на морском дне, которые могут существовать вдоль выбранной трассы трубопровода, включая прогибы морского дна, подводные препятствия, выходы коренных пород, песчаные волны, мутьевые потоки и оползневые структуры;

- подводные кабельные коммуникации вдоль выбранной трассы трубопровода.

Монитор 16 выполнен в виде многофункционального дисплея

с возможностью формирования 3D-изображения с постоянным трехмерным представлением данных и построен на основе процессора Intel Core2Duo с диапазонами входов RGB, цифровые видеоинтерфейсы DVI-D, 3NTSC/PAL и т.п.

Отраженные от объектов на морском дне акустические сигналы поступают на регистратор 12 и непрерывно записываются на ленту термопринтера или на магнитный носитель. Эти сигналы представляют собой отражения от различных объектов на морском дне, таких как гравий, выходы коренных пород, подводные препятствия. Интенсивность отраженного сигнала зависит от объекта, от которого этот сигнал отразился. Например, сигнал, представляющий отражение от скалы, будет представлен на записи темнее, чем отраженный сигнал от песка. Изучение интенсивности отраженных сигналов и имиджей на записях позволяет проводить геологическую и геофизическую интерпретацию и оценивать размеры различных объектов на дне.

Кроме того, по линейной зависимости затухания от частоты по степени асимметрии спектра отраженного сигнала можно определить коэффициент частотной зависимости затухания в пределах полосы сигнала.

Программное обеспечение, при необходимости, также позволяет выполнять измерение времени задержки прихода синфазных сигналов, и определение по полученным данным направлений θn прихода синфазных сигналов и искомых глубин акватории расчетным путем, измерение времени tз задержки прихода отраженного гидроакустического сигнала по вертикали, как это осуществляется в прототипе, т.е. отделяют временные задержки (tp) прихода синфазных сигналов в случае их отражения от ровной поверхности дна по каждому расчетному (θр) направлению по формуле (5) и затем определяют сходимость вычисленных tn и измеренных tp значений по критерию (δ), вычисленному по формуле (6).

Использование линейно-частотно-модулированных сигналов позволяет получить частотную зависимость коэффициента обратного объемного рассеяния за время одного импульса, т.е. произвести анализ многочастотного эхо-сигнала от одних и тех же рассеивателей одновременно при движении носителя.

Источники информации

1. Судостроение за рубежом. Издание ЦНИИ Румб, 1987, с.76-80.

2. Stubbs A.K: Telesounding a merhod of wide swathe a depth measurement International Hydrographic Review 1974, 51 Ns 1, p.p.23-59.

3. Патент RU №1829019 А1, 23.07.1993.

1. Фазовый гидролокатор бокового обзора, содержащий излучатель, приемник, датчик измерения углов бортовой качки, блок управления и регистратор, соединенные с вычислителем, отличающийся тем, что дополнительно введены датчик измерения углов килевой качки, программный блок, анализатор спектра отраженного сигнала, монитор, вычислитель дополнительно соединен с выходами судового эхолота, судового приемника спутниковых навигационных систем, датчика измерения углов килевой качки, программного блока и анализатором спектра отраженного сигнала.

2. Фазовый гидролокатор бокового обзора по п.1, содержащий монитор, отличающийся тем, что монитор выполнен в виде многофункционального дисплея с возможностью формирования 3D-изображения с постоянным трехмерным представлением данных.

3. Фазовый гидролокатор бокового обзора по п.2, содержащий программный блок, отличающийся тем, что программный блок содержит устройство нормировки, устройство определения гистограммы, блок расчета коэффициентов полинома, устройство оценки точности аппроксимации, устройство задания степени аппроксимирующего полинома, устройство принятия решения, блок деления, интегрирующее устройство, блок выделения коэффициентов при первых двух членах разложения, блок вычисления частного.



 

Похожие патенты:

Использование: изобретение относится к области гидроакустики и может быть использовано для построения гидроакустических систем, содержащих навигационную станцию освещения ближней обстановки (НГАС ОБО) и самоходный необитаемый подводный аппарат (СНПА).

Использование: морские исследования посредством профилографов (станций) вертикального зондирования морской среды, в автоматизированных подводных аппаратах (зондах) заякоренного типа для проведения комплексных наблюдений за гидрологическими параметрами и за динамикой водной среды, а также для химико-биологического и экологического контроля и мониторинга акваторий.

Изобретение относится к области гидроакустики и может быть применено при изготовлении гидроакустических антенн и антенных модулей. Гидроакустический приемный блок состоит из системы крепления гидроакустического блока к формообразующему каркасу гидроакустической антенны, гидроакустического приемника и соединенного с ним гидроакустического экрана, причем гидроакустический экран жестко закреплен на тыльной стороне гидроакустического приемника.

Изобретение относится к области гидроакустики и может быть применено при разработке гидроакустических антенн различного назначения для коррекции выходных сигналов гидроакустических приемников с целью исключения составляющей, обусловленной вибрациями корпуса носителя.

Изобретение относится к области гидроакустики и может быть использовано для построения систем классификации, объектов, обнаруженных гидролокатором освещения ближней обстановки.

Изобретение относится к способам обнаружения движущихся в воде объектов в условиях мелководья, таких как прибрежные морские области, речные русла, каналы, озера. .

Изобретение относится к способу защиты водозаборов от попадания в них рыбы. .

Изобретение относится к морской технике и может использоваться для построения автономных гидроакустических систем. .

Изобретение относится к области гидроакустики и может быть использовано для контроля и исследования динамики изменения характеристик подводных шумов, создаваемых нефтегазовыми платформами и подводными добычными комплексами при их эксплуатации в различных климатических и гидрологических условиях.

Изобретение относится к области судостроения и судовождения. Способ обеспечения безаварийного движения надводного или подводного судна при наличии подводных и надводных потенциально опасных объектов включает постоянный прием спутниковых навигационных данных, данных от радиолокационной станции, автоматической идентификационной системы, определение местоположения судна, вычисление скорости судна, глубины под килем. Дополнительно включают операции, согласно которым получают трехмерное изображение подводной обстановки со всех сторон судна, спереди, с боков и сзади, для чего используют гидролокаторы в передней, задней, левой и правой областях, в случае обнаружения потенциально опасных объектов распознают их либо самим судоводителем, либо распознающим устройством и выбирают оптимальный способ предотвращения столкновения судна с потенциально опасным объектом и рассчитывают траекторию уклонения от потенциально опасного объекта. Повышается вероятность безаварийного движения надводного и подводного судна в различных потенциальных опасных аварийных ситуациях. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

Использование: изобретение относится к гидроакустической технике. Сущность: антенна содержит тонкостенную полую сферическую оболочку, пьезоэлектрические преобразователи, опору для крепления антенны к носителю. Сферическая оболочка выполнена акустически прозрачной из пластика с равномерно расположенными отверстиями для заполнения оболочки водой при погружении антенны в воду, пьезоэлектрические преобразователи установлены на внутренней поверхности сферической оболочки. Преобразователи являются всенаправленными в рабочем диапазоне длин волн антенны и расположены двенадцатью группами таким образом, что центры групп находятся в вершинах вписанного в сферу икосаэдра на расстояниях, меньших либо равных 1,5 длинам волн максимальной частоты полосы принимаемого сигнала, каждая из двенадцати групп образована тремя преобразователями так, что акустический центр каждого преобразователя группы находится в вершине равностороннего треугольника с длиной стороны, равной половине длины волны максимальной частоты полосы принимаемого сигнала. Преобразователи расположены таким образом, что ось опоры антенны располагается перпендикулярно одной из граней икосаэдра и проходит через центр равностороннего треугольника, образуемого этой гранью. Технический результат: обеспечение защиты пьезоэлектрических преобразователей от внешнего механического воздействия, снижение массы антенны, возможно определение направления на источники гидроакустических сигналов с высокой точностью и разрешающей способностью при небольших размерах апертуры антенны. 2 ил.

Использование: в гидроакустике. Сущность: способ предназначен для определения ошибки оценки дистанции гидролокатором, установленным на подводном подвижном носителе относительно неподвижного отражателя. Для этого с помощью гидролокатора производят излучение зондирующих сигналов, определяют время излучения, определяют время приема эхосигнала, измеряют скорость звука, определяют разность между временем излучения и временем приема эхосигнала Т, вычисляют дистанцию, измеряют собственную скорость движения Vсоб, определяют угол q0 между положением неподвижного объекта и направлением движения носителя гидролокатора, определяют радиальную скорость объекта Vрад по двум следующим друг за другом посылкам зондирующего сигнала посылкам, а ошибку определения дистанции бД определяют по формуле: бД=0,5((Vрад/cosq0)-Vсоб)Т. Технический результат: обеспечение возможности определения ошибки оценки дистанции до неподвижного отражателя при движении носителя гидролокатора в подводном положении. 1 ил.

Использование: изобретение относится к вооружению подводных лодок, а именно к защите подводных лодок от торпед или мин, преимущественно от широкополосных мин-торпед. Сущность: способ защиты подводной лодки от широкополосной мины-торпеды содержит обнаружение и определение угловых координат в режиме шумопеленгования торпеды, вышедшей из стартового контейнера и наводящейся на подводную лодку, ее классификацию, выработку данных стрельбы, производство выстрела устройства, несущего реактивные снаряды, с приходом устройства в расчетную точку на пути его движения пуск реактивных снарядов, эпицентры взрывов которых, равномерно, исключая образование непораженных участков, распределяются в объеме ограниченного водного пространства, сформированного вокруг предварительно рассчитанной точки встречи устройства и торпеды, путем постановки завес из силового поля взрывов реактивных снарядов на пути движения торпеды в телесном угле, обращенном вершиной к подводной лодке и ограниченном усеченной конической поверхностью с осью симметрии, совпадающей с направлением на источник шума, при этом середина оси симметрии совпадает с расчетной точкой встречи устройства с торпедой. Определяется дистанция от подводной лодки до торпеды методом активной гидролокации, при этом излучение зондирующего сигнала и прием отраженного от торпеды (гидролокационного) сигнала осуществляется с помощью узконаправленных антенн, акустические оси которых устанавливаются в направлении на торпеду, предварительно определенном методом шумопеленгования. Технический результат: упрощение реализации способа и повышение эффективности защиты подводной лодки.1 ил.

Изобретение относится к морской технике, в частности к морскому подводному оружию. Устройство содержит захват и элемент сигнализации о местоположении мины, выполненный в виде гидроакустического маяка. Дополнительно установлен резак с приводом, управляемый по команде с обеспечивающего судна. Гидроакустический маяк содержит источник электропитания, каналы излучаемого и принимаемого сигналов, шифратор и датчик давления. Повышается эффективность уничтожения якорной мины за счет определения её местоположения после перерезания ее минрепа. 2 ил.

Использование: гидроакустика, а именно в гидроакустических системах определения глубины, и может быть применен для автоматического адаптивного обнаружения эхо-сигналов от дна и автоматического измерения глубины в условиях, когда требуется механическая защита излучающей поверхности электроакустического преобразователя. Сущность: в эхолот вводят блок прямого цифрового синтезатора частоты, выход которого подключен к входу передатчика, а управляющий вход подключен к микроконтроллеру. Блок прямого цифрового синтезатора частоты позволяет путем регулировки частоты излучения исключить влияние изменяющихся параметров защитной пластины на максимально возможную измеряемую глубину эхолотом. Технический результат: исключение влияния изменяющихся параметров защитной пластины излучающей поверхности электроакустического преобразователя на максимально возможную измеряемую глубину эхолотом путем изменения частоты излучения эхолота. 2 ил.

Изобретение относится к области авиации, в частности к системам бортового оборудования вертолетов. Система обнаружения помех для посадки и взлета вертолета включает ультразвуковые устройства сканирования (1), каждое из которых состоит, по меньшей мере, из средств для передачи ультразвукового сигнала в направлении вниз и получения отраженного ультразвукового сигнала. Средства передачи и получения сигнала установлены, по меньшей мере, в лопастях (2) несущего винта вертолета (3) на удалении от оси его вращения или смежно их концам и связаны с бортовой вычислительной системой вертолета или с самостоятельной вычислительной системой для визуального отображения данных на доступном пилоту мониторе о рельефе расположенной под вертолетом поверхности и/или данных об опасных препятствиях. Повышается точность данных о рельефе поверхности под вертолетом на площади, необходимой для выполнения маневрирования при выполнении взлета и посадки. 4 з.п. ф-лы, 13 ил.

Изобретение относится к области гидролокации и предназначено для обнаружения газовой пелены и определения глубины местоположения начала утечек газа трубопроводов гидроакустическими средствами. Технический результат - обеспечение обнаружения и классификации источника утечки газа подводного газопровода и определения местоположения объекта утечки газа. Для этого излучают зондирующий сигнал, принимают эхосигнал статическим веером характеристик направленности в горизонтальной плоскости, производят многоканальную обработку по всем характеристикам направленности, выбирают порог в каждом канале, определяют времена начала Tмин и времена окончания эхосигнала Tмакс в каждом пространственном канале, выбирают канал, имеющий максимальное время задержки окончания эхосигнала Tмакс и соответствующее этому каналу минимальное время задержки начала эхосигнала Tмин, вычисляют дистанцию Днач=Tмин0,5C, вычисляют дистанцию по окончании эхосигнала Доконч=Tмакс0,5C, а глубину местоположения начала эхосигнала определяют по формуле H = Д о к о н ч . 2 − Д н а ч . 2 , где H - глубина местоположения начала газовой пелены; Доконч - дистанция, соответствующая максимальному времени окончания эхосигнала или выхода газовой пелены из трубы; Днач - дистанция, соответствующая минимальному времени начала эхо-сигнала или выхода газовой пелены на поверхность; C - скорость распространения звука в районе работы. 1 ил.

Использование: гидроакустическая техника, а именно область активной гидролокации, включая активные гидролокаторы, предназначенные для обнаружения объектов, измерения координат и параметров движения обнаруженных объектов, классификации обнаруженных объектов. Технический результат: обеспечивается высокая вероятность правильной классификации обнаруженного объекта. Это достигается путем реализации возможности выработки класса обнаруженного объекта по совокупности посылок с идентификацией эхо-сигналов в серии посылок. 1 ил.

Изобретение относится к гидроакустической технике, конкретнее к области активной гидролокации, в том числе к активным гидролокаторам, предназначенным для обнаружения объектов, измерения координат и параметров движения обнаруженных объектов, классификации обнаруженных объектов. Сущность: активный гидролокатор с классификацией объекта содержит последовательно соединенные устройство управления, устройство формирования зондирующего сигнала, генераторное устройство и излучающую акустическую антенну, последовательно соединенные приемную акустическую антенну, устройство обработки эхо-сигналов от объекта и устройство измерения классификационного параметра, а также индикатор. В него введены последовательно соединенные блок определения РапостN, где РапостN - апостериорная плотность вероятности класса объекта по текущей посылке N, блок определения РапостF, где РапостF - апостериорная плотность вероятности класса объекта по совокупности посылок F, и блок выработки решения о классе объекта по совокупности посылок, блок памяти Рапр, где Рапр - априорная плотность распределения величины классификационного параметра. Техническим результатом изобретения является повышение вероятности правильной классификации обнаруженного объекта путем обеспечения возможности определения класса обнаруженного объекта по совокупности посылок. 1 ил.

Изобретение относится к гидрографии, в частности к способам и техническим средствам определения глубин акватории фазовым гидролокатором бокового обзора, и может быть использовано для выполнения съемки рельефа дна акватории. Сущность: фазовый гидролокатор бокового обзора содержит излучатель, приемник, датчик измерения углов бортовой качки, блок управления и регистратор, соединенные с вычислителем, дополнительно содержит датчик измерения углов килевой качки, программный блок, анализатор спектра отраженного сигнала, монитор, вычислитель дополнительно соединен с выходами судового эхолота, судового приемника спутниковых навигационных систем, датчика измерения углов килевой качки, программного блока и анализатором спектра отраженного сигнала. Технический результат: повышение достоверности съемки. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

Наверх