Гидроакустическая навигационная система



Гидроакустическая навигационная система

 


Владельцы патента RU 2517775:

РОССИЙСКАЯ ФЕДЕРАЦИЯ, ОТ ИМЕНИ КОТОРОЙ ВЫСТУПАЕТ МИНИСТЕРСТВО ПРОМЫШЛЕННОСТИ И ТОРГОВЛИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ (RU)

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.
Наверх