Гидроакустическая навигационная система

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.

 

Изобретение относится к области гидроакустики и может быть использовано при разработке гидроакустических навигационных систем повышенной точности, работающих при наличии отражающих границ раздела, т.е. при волноводных условиях распространения.

Известна гидроакустическая дальномерная навигационная система, состоящая из М гидроакустических маяков-ответчиков, устанавливаемых в районе работы объекта навигации и размещенных на объекте гидроакустического передатчика, опрашивающего маяки-ответчики на частоте fo, М-канального приемника, принимающего ответы маяков-ответчиков на частотах f1, f2,…, fм, и вычислителя координат объекта навигации (Авторское свидетельство СССР №713278, МПК G01S 15/08, 1978 г.).

В навигационной системе такого типа координаты определяются по набору дистанций, каждая из которых определяется через измеренное время задержки ответа t по формуле r=Ct/2, где С - средняя скорость звука для заданного района работы.

Недостатком такой навигационной системы является большая погрешность определения координат, связанная с непостоянством скорости звука в реальной морской среде, а также с явлением многолучевости распространения звука при наличии отражающих границ раздела.

Известна гидроакустическая навигационная система, содержащая донную навигационную базу из М гидроакустических приемоответчиков с различными частотами ответа и размещенные на объекте навигации гидроакустический передатчик, вход которого соединен с выходом генератора синхроимпульсов, М- канальный приемник, выходы которого подключены к входам М измерителей времени распространения гидроакустических сигналов до приемоответчика, работающего на частоте этого канала и обратно, вторые входы которых соединены с выходом генератора синхроимпульсов, N (по числу видов возможных траекторий лучей в каждом из М каналов) блоков преобразования временных интервалов в дистанции, входы которых подключены к выходу измерителя времени распространения соответствующего канала, и блок выбора максимального значения дистанции, вход которого подключен к выходам N блоков преобразования временных интервалов в дистанции данного канала, а выходы блоков выбора максимального значения дистанции всех М каналов соединены с входами вычислителя координат объекта навигации (Патент РФ №2032187, МПК G01S 15/08, опубл. 27.03.1995 г.).

Включение в навигационную систему N блоков преобразования измеренных временных интервалов в дистанции в каждом из приемных каналов позволяет учесть в рамках какой-либо расчетной модели, например лучевой, как рефракцию лучей, связанную с непостоянством скорости звука, так и многолучевость процесса распространения, связанную с наличием отражающих границ раздела.

Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому результату (прототипом) к предлагаемому изобретению является гидроакустическая навигационная система, содержащая 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 содержит два канала усиления, а блок обработки принятых сигналов содержит подключенные к выходам соответствующих усилителей регулируемые линии задержки, выходы которых подключены к входам индикатора (Патент РФ №1840666, МПК G01S 7/52, В63В 49/00, опубл. 27.06.2008 г.).

Недостатком этой навигационной системы является большая погрешность определения координат, связанная с неидентичностью двух разных каналов приема сигналов, а также существенные ограничения по трудоемкости выполнения калибровки.

Техническим результатом изобретения является повышение надежности определения навигационных параметров и уменьшения трудоемкости выполнения калибровки системы.

Технический результат достигается за счет того, что в гидроакустической навигационной системе, содержащей 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, 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.

Сущность предлагаемого способа поясняется чертежом, где на Фиг. 1 представлена блок-схема предлагаемого устройства.

Гидроакустическая навигационная система содержит навигационную базу, включающую расположенный на береговом посту источник питания 1, блок формирования излучаемых сигналов 2, усилители мощности сигналов 3 и 4, выходы которых соединены с расположенными на дне симметрично относительно судового хода двумя гидроакустическими излучателями 5 и 6 с различными несущими частотами излучаемых сигналов, а также бортовую аппаратуру, включающую приемоусилительный тракт, выполненный одноканальным в виде ненаправленного гидрофона 7 с подключенным к его выходу предварительным усилителем 8, и блок обработки принятых сигналов, выполненный в виде подключенных к выходу предварительного усилителя 8 двух полосовых фильтров 9 и 10, настроенных на частоты соответствующих гидроакустических излучателей 5 и 6, мультипликативного смесителя 11, подключенного к выходам полосовых фильтров 9 и 10, фильтра нижних частот 12, подключенного к выходу мультипликативного смесителя 11, трех частотных фильтров-дискриминаторов 13, 14 и 15, входы которых подключены к выходу фильтра нижних частот 12, сумматора 16, входы которого подключены к выходам частотных фильтров-дискриминаторов 13, 14 и 15, и индикатора направления отклонения объекта навигации от судового хода 17, подключенного к выходу сумматора 16.

Предлагаемая навигационная система работает следующим образом.

На береговом посту расположены питаемый источником энергии 1 блок формирования излучающих сигналов 2, который генерирует линейно-частотно-модулированные сигналы с одинаковой длительностью Т посылки и одинаковой базой сигналов β, но с различными несущими частотами, разнесенными на величину не менее чем ширина полосы каждого из сигналов Δω=Δf=βT. Генерируемые сигналы усиливаются усилителями мощности 3 и 4 и образуют непрерывную последовательность без перерывов во времени. Последовательности усиленных сигналов подаются на гидроакустические излучатели 5 и 6, расположенные на дне симметрично относительно судового хода. Излученные сигналы принимаются расположенным на объекте навигации одиночным ненаправленным гидрофоном 7. После предварительного усиления в блоке 8 сигналы выделяются полосовыми фильтрами 9 и 10 и подаются на мультипликативный смеситель 11 и далее на фильтр нижних частот 12 с полосой пропускания 2Δf, который выделяет сигнал разностной частоты ΔΩ, которая может принимать всего четыре различных значения, в зависимости от соотношений времен распространения от гидроакустических излучателей до приемной антенны, а именно

Δ Ω = { | δ | ,  для сигналов одной посылки Δ ω + | δ | , для сигналов смежных посылок

при меньшем времени распространения сигнала с большей несущей частотой, и

Δ Ω = { Δ ω | δ | ,  для сигналов одной посылки 2 Δ ω + | δ | , для сигналов смежных посылок

при меньшем времени распространения сигнала с меньшей несущей частотой.

Для определения знака и величины дифференциального частотного сдвига 8 выделенный сигнал разностной частоты подается на банк из трех узкополосных частотных фильтров-дискриминаторов 13-15, настроенных на частоты f=0, f=Δω и f=2Δω, соответственно, и осуществляющих предварительную узкополосную фильтрацию сигнала с последующей выработкой сигнала, пропорционального отклонению частоты от центральной частоты фильтра. Сигналы с выходов частотных дискриминаторов 13-15 суммируются сумматором 16, что обеспечивает непрерывное однозначное определение величины и знака искомого дифференциального сдвига частоты 8 во всех четырех указанных комбинациях параметров частотно-разностного сигнала. При использовании в качестве индикатора, например, аналогового стрелочного вольтметра с нулевым средним положением, величина отклонения стрелки будет пропорциональна величине отклонения объекта навигации от судового хода, а направление ее отклонения от нулевого положения будет соответствовать направлению (вправо или влево) отклонения от судового хода, что позволяет своевременно производить коррекцию курса для удержания суда на линии фарватера.

В предлагаемом устройстве применена пассивная система гидроакустической навигации, которая позволяет использовать дифференциально-частотную систему решения задачи определения смещения судна относительно судового хода. При этом прием сигналов на объекте навигации осуществляется на одиночном, ненаправленном гидрофоне, что повышает надежность определения навигационных параметров и уменьшает трудоемкость выполнения калибровки системы.

Определив направление отклонения от судового хода, объект навигации выполняет корректировку курса с целью возвращения на судовой ход. Количество объектов навигации, осуществляющих прием гидроакустических сигналов для определения своего отклонения от судового хода не ограничено. Прием гидроакустических сигналов, их обработка и индикация направления смещения объекта навигации от судового хода осуществляется постоянно и непрерывно в пределах зоны уверенного приема.

Гидроакустическая навигационная система, содержащая 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, отличающаяся тем, что 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, трех 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.



 

Похожие патенты:

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.

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

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.

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.

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.

Наверх