Устройство для определения поправок к глубинам, измеренным эхолотом при съемке рельефа дна акватории



Устройство для определения поправок к глубинам, измеренным эхолотом при съемке рельефа дна акватории

 


Владельцы патента RU 2529626:

Жильцов Николай Николаевич (RU)
Зеньков Андрей Федорович (RU)
Катенин Владимир Александрович (RU)
Чернявец Владимир Васильевич (RU)

Изобретение относится к области использования навигационных и промерных эхолотов и может быть применено для их тарировки. Техническим результатом изобретения является повышение точности тарирования эхолотов и снижение трудозатрат на ее проведение. Технический результат достигается тем, что для тарировки эхолота предлагается использовать лазерное тарирующее устройство, работающее в сине-зеленом диапазоне частотного спектра излучения. Лазерный импульс в этом диапазоне способен проникать сквозь водную среду и, отразившись от дна, приниматься фотоприемным устройством. Зная скорость прохождения лазерного излучения через воду и время прохождения прямого и отраженного сигнала, представляется возможным определить глубину места под судном с более высокой точностью, чем навигационным эхолотом. 1 ил.

 

Изобретение относится к области использования навигационных и промерных эхолотов и может быть применено для их тарировки.

Известен способ тарировки навигационного эхолота (И.И. Федоров. Эхолоты и другие гидроакустические средства. Курс кораблевождения, т.5, книга 4. - Л.: Управление начальника Гидрографической службы ВМФ, 1960. - 332 с. [1]), включающий контрольную доску, представляющую собой хорошо отражающую ультразвуковые колебания площадку шириной в несколько десятков сантиметров и достаточной длины для того, чтобы ее можно было расположить горизонтально и одновременно под вибратором-излучателем и под вибратором-приемником. Доска опускается под вибраторы на тросах, разбитых марками для отсчета глубин. Проверка производится при отсутствии хода судна и спокойном состоянии моря, желательно при отсутствии течения. Контрольная доска подводится под вибраторы, а затем постепенно через определенные интервалы глубины опускается до максимально возможной глубины. На каждой глубине производится определение общей поправки эхолота путем сопоставления фактической глубины погружения доски (которая отсчитывается по маркам на тросах) и показаний эхолота (с учетом углубления вибраторов). Общая поправка эхолота определяется по следующей формуле

Δ H о б щ = Н д Н в и б р Н э , ( 1 )

где Нд - глубина погружения контрольной доски;

Нвибр - углубление вибраторов;

Нэ - глубина, измеренная эхолотом.

В свою очередь, точность измерения глубины эхолотом Нэ зависит от конструктивных его особенностей и может быть повышена за счет введения поправок в измеренную глубину. К таким поправкам относятся (Судовые эхолоты. / Хребтов А.А. и др. - Л.: Судостроение, 1982, с.178-179 [2]):

ΔНс - поправка на отклонение скорости ультразвука в морской воде от предусмотренной конструкцией эхолота;

ΔНп - поправка на отклонение скорости вращения (числа оборотов) электродвигателя от предусмотренной конструкцией эхолота;

ΔHL - поправка на базу или расстояние между излучателем и приемником эхолота;

ΔНМО - поправка на место нуля отсчета;

ΔНα - поправка на угол α наклона дна в точке измерения глубин.

Эти поправки суммируются и вводятся в глубину Нэ, снимаемую с эхолота.

Контрольная доска обычно опускается на глубину не свыше 30 м, так как на больших глубинах затруднительно получить хорошо фиксированное положение контрольной доски под вибраторами, особенно при наличии течения или качки.

При определении общей поправки эхолота на контрольной доске автоматически учитываются погрешности разбивки шкалы, погрешность на базу и другие систематические погрешности.

Недостатком рассмотренного способа является то, что тарировка может производиться только до незначительных глубин и достаточно трудоемка.

Известен способ тарировки навигационного эхолота (И.И. Федоров. Эхолоты и другие гидроакустические средства. Курс кораблевождения, т.5, книга 4. - Л.: Управление начальника Гидрографической службы ВМФ, 1960. - 333 с. [3]), включающий контрольный вибратор, который представляет собой вибратор-приемник в кардановом подвесе и опускаемый на тросе с борта судна так, чтобы его рабочая поверхность была бы обращена вверх и оставалась горизонтальной. Трос разбивается марками для отсчета глубины погружения вибратора; разбивка марок производится от рабочей поверхности вибратора-приемника. К контрольному вибратору-приемнику присоединяются провода, которыми он подключается на вход усилителя вместо штатного вибратора-приемника. В остальном эхолот работает по своей нормальной схеме. Горизонтальное расстояние между штатным вибратором-излучателем и тросом контрольного вибратора-приемника должно быть возможно меньшим.

Общая поправка эхолота при определении ее по контрольному вибратору определяется из выражения

Δ H о б щ = ( Н В П Н В И ) 2 + l 2 2 H э , ( 2 )

где НВП - глубина погружения контрольного вибратора-приемника;

НВИ - углубление судового вибратора-излучателя;

l - горизонтальное расстояние между судовым вибратором-излучателем и тросом контрольного вибратора-приемника.

При определении поправки эхолота с помощью контрольного вибратора не учитывается поправка на базу между судовым вибратором эхолота. Поэтому при измерении малых глубин к общей поправке эхолота, полученной по контрольному вибратору, в соответствии с формулой (2) должна быть еще добавлена поправка на базу между штатными вибраторами, которая может быть рассчитана по формуле (3)

Δ Н б = Н э 2 ( l 2 ) 2 H э , ( 3 )

где l - база между вибраторами.

Определение поправки эхолота с помощью контрольного вибратора практически может производиться при глубинах погружения этого вибратора до 150. Провода, идущие к контрольному вибратору-приемнику, должны быть хорошо экранированы во избежание помех.

Недостатком этого способа является сложность его реализации из-за необходимости подключения дополнительного вибратора-приемника, размещенного в кардановом подвесе, к усилителю эхо-сигналов взамен штатного приемника, а также осуществления тарировки без хода судна в районе без течений.

Известно также устройство для определения поправок к глубинам, измеренным эхолотом при съемке рельефа дна акватории, содержащее передатчик и измерительный приемный блок, подключенные соответственно к излучающей и приемной антеннам, регистратор и блок управления, соединенный с измерительным приемным блоком, базу с положительной и отрицательной плавучестью, с возможностью спуска ее на заданный горизонт тарирования и подъема до поверхности воды в вертикальном положении, на верхнем конце которой закреплены воспринимающие контакты реле, исполняющие контакты которого соединены с блоком управления, совместно с излучающей антенной, приемной антенной и датчиками гидростатического давления и температуры на нижнем конце базы и датчиками гидростатического давления и температуры на верхнем конце базы, выходы которых через блок управления соединены с входом блока определения поправок к глубинам, с возможностью излучения гидроакустического сигнала до поверхности по вертикали и приема отраженного от нее сигнала блоком определения поправок к глубинам, измеренным эхолотом, вход которого через блок управления соединен с выходом приемоизмерительного блока, а выход соединен с входом регистратора - на верхнем конце базы установлена антенна приемника спутниковой радионавигационной системы, на нижнем конце базы размещены излучающая и приемная антенны с излучением гидроакустических сигналов по нескольким лучам до поверхности дна акватории по вертикали и приема отраженных от нее сигналов по центральному и наклонным лучам, датчики горизонтальных и вертикальных перемещений удерживаемой базы и датчик измерения скорости звука, измеритель относительной скорости, магнитный компас и гироазимутгоризонткомпас, установленные в карданом подвесе, каналы спутниковой радионавигационной и гидроакустической связи, подключенные к блоку управления, а отрицательная плавучесть выполнена в виде бетонного секционного балласта, который сочленен с вертикальной базой по ее радиусу посредством ступенчатых строп с электрохимическими размыкателями (патент RU №2461021 С2, 10.09.2012 [4], аналогами которого являются патенты RU №2292062 С2, 20.01.2007 [5], RU №2272303 C1, 20.03.2006 [6], RU №2340916 C1, 10.12.2008 [7], RU №2326408 C1, 10.06.2008 [8], JP №10325871 A, 08.12.1998 [9], JP №4372890 A, 25.12.1992 [10]).

В известных способах для определения поправки эхолота [5-10], связанной с пространственной неоднородностью скорости звука в воде на глубинах до 30 м (согласно нормативным документам по съемке рельефа дна), необходимо производить сложное и трудоемкое действие - тарирование эхолота специальным тарирующим устройством. Причем данная операция должна осуществляться не менее двух раз в сутки (в начале и в конце съемки) с целью определения поправки эхолота. На акваториях с глубинами свыше 30 м должно осуществляться измерение на гидрологических станциях температуры, солености и давления воды или скорости распространения звука в воде специальным измерителем для определения поправки на отклонение действительной скорости звука в воде от расчетной и на рефракцию акустического луча эхолота.

При тарировании эхолота необходимо прекращать съемку и переходить на участок акватории съемки с наибольшими глубинами, где при нахождении судна на якоре или в дрейфе осуществлять погружение (подъем) с борта судна контрольной доски (диска) или приемного вибратора тарирующего устройства в рабочую зону излучающего вибратора эхолота на 10 фиксированных горизонтах тарирования. Погрешность определения поправок эхолота данным методом вследствие неучета изгиба троса под воздействием на погружаемый вибратор или тарирующую доску (диск) течения и дрейфа судна и глазомерного определения глубины горизонта тарирования по меткам на тросе может составлять 1-4% (Волков А.Е., Галошин А.И. и др. Руководство по использованию гидроакустических навигационных систем для определения места судна и подводных технических средств при выполнении морских геологоразведочных работ // СГФУ НПП по морским геологоразведочным работам. СПб, 1998 [11]).

Для определения с требуемой точностью поправок на изменения осадки судна на мелководье (на проседание судна) необходимо выполнить сравнительно большое число пробегов судна-носителя эхолота на разных глубинах, при различных скоростях и при различной осадке судна с целью получения данных для составления таблиц или номограмм.

Кроме того, необходимо определить группу инструментальных поправок к измеренным эхолотом расстояниям до дна, определение которых также характеризуется большой сложностью и трудоемкостью. Тарирование измеренных эхолотом наклонных расстояний выполняют путем сравнения значений глубин, измеренных центральным и боковыми лучами эхолота в идентичных точках в зоне полос обследования пересекающихся галсов (Дадашев А.А. Тарирование многолучевого эхолота на пересекающихся галсах // Записки по гидрографии. - 2000. - №251, с.42-46 [12]).

Так как расстояния, измеренные центральным зондирующим лучом, содержат большинство из перечисленных погрешностей, а точное совпадение точек отражения на дне, до которых измерены расстояния центральным и боковыми лучами, практически невозможно, то не обеспечивается достижение требуемого уровня точности съемки рельефа дна.

На глубинах акватории свыше 30 м поправка эхолота вычисляется как сумма частных поправок, получаемых в результате учета отдельных погрешностей: поправки на отклонение действительной скорости звука в воде от расчетной, поправки на рефракцию, поправки на отклонение частоты вращения электродвигателя от номинальной, поправки на место нуля эхолота, поправки на углубление вибраторов, поправки на наклон дна.

В устройстве для определения поправок к глубинам, измеренным эхолотом при съемке рельефа дна акватории [4], техническим результатом изобретения является повышение достоверности определения поправок, что достигается тем, что известное устройство содержит многолучевой эхолот, регистратор, блок управления, блок определения поправок, измерительный приемный блок с антенной, передатчик с антенной, датчики измерения скорости звука, измерительный приемный блок с антенной, передатчик с антенной, датчики температуры воды, датчики гидростатического давления, реле, канал связи спутниковой радионавигационной системы, датчики горизонтальных и вертикальных перемещений, магнитный компас, гироазимутгоризонткомпас, гидроакустический канал связи, измеритель относительной скорости, что выгодно отличает его от аналогов.

Сущность работы известного устройства заключается в следующем.

Перед съемкой рельефа дна на акватории выбирают места для выполнения тарирования эхолота, в которых судно устанавливают на якорь или оставляют в дрейфе.

Посредством судового спускоподъемного устройства вертикальную базу опускают за борт в воду с учетом того, чтобы приемопередающая антенна спутникового радионавигационного канала связи оставалась над поверхностью воды. По сигналам с судового измерительного комплекса запускают в работу блок управления и канал связи спутниковой радионавигационной системы, по которой определяют начальные координаты вертикальной базы. После этого продолжают спуск вертикальной базы и в момент соприкосновения с водой воспринимающих контактов реле исполнительные контакты реле замыкают в блоке управления электрические цепи формирования импульсов запуска передатчиков и многолучевого эхолота. Одновременно по сигналам с судового измерительного комплекса по гидроакустическому каналу связи подаются сигналы на блок управления для запуска в работу остальных средств измерения. Посредством механизмов судового спускоподъемного устройства вертикальную базу опускают на заранее установленные глубины и выполняют измерения регистрацию сигналов на 3-5 горизонтах по глубине. Затем освобождают вертикальную базу от удерживающего ее троса, и она под действием отрицательной плавучести начинает погружаться в сторону дна. В процессе погружения вертикальной базы производится измерение скорости распространения звука, расстояний до дна и поверхности акватории, относительной скорости и угла дрейфа при погружении и всплытии вертикальной базы, курса, крена и дифферента, линейных и угловых скоростей и ускорений, температуры воды и давления. Измеренные величины по каналу гидроакустической связи транслируются в судовой измерительный комплекс, с которого при достижении дна вертикальной базой на блок управления подается сигнал на всплытие. При этом с блока управления подается сигнал на электрохимические размыкатели. При этом на размыкатели подается электрический сигнал, под действием которого электрохимические размыкатели растворяются в морской воде, освобождая при этом стропы, которые, в свою очередь, освобождают пластины. Пластины освобождаются от строп постепенно, что позволяет замедлить всплытие вертикальной базы. При всплытии вертикальной базы на поверхность посредством спутниковой радионавигационной системы определяют ее координаты. В процессе всплытия также осуществляются измерения.

По полученным массивам измерений, выполненных при погружении вертикальной базы до дна, при нахождении ее на дне и при ее всплытии на поверхность определяют поправки тарирования.

Посредством приемника спутниковой радионавигационной системы типа GPS или "Глонасс" в моменты погружения и всплытия вертикальной базы определяют геодезические координаты x0n, y0n и x0b, y0b соответственно. При обработке сигналов, полученных посредством гироазимутгоризонткомпаса, магнитного компаса, измерителя относительной скорости, датчиков линейных и угловых скоростей и ускорений, определяют текущие геодезические счислимые координаты, крен, дифферент, азимут направления полосы зондирования гидроакустических сигналов до поверхности акватории приемоизлучающей антенной многолучевого эхолота, скорость распространения звука в воде в районе распространения данной антенны. Определяют на i горизонте по каждому j лучу глубину погружения приемоизлучающей антенны и его геодезические координаты, акустическим путем, а затем вычисляются искомые значения поправок к глубинам и к их геодезическим координатам для i-х горизонтов в полосе зондирования многолучевого эхолота по формулам.

Известное устройство для определения поправок к глубинам, измеренным эхолотом при съемке рельефа дна акватории [4], наряду с его достоинствами обладает и существенным недостатками, заключающимися в повышенных трудозатратах при проведении тарировки эхолота, выполнении многочисленных вычислений, а также ограничениями, обусловленными гидрологическими условиями.

Задачей предлагаемого технического решения является повышение точности тарирования эхолотов и снижение трудозатрат на ее проведение.

Поставленная задача достигается тем, что для тарировки эхолота предлагается использовать лазерное тарирующее устройство (ЛТУ), работающее в сине-зеленом диапазоне частотного спектра излучения. Лазерный импульс в этом диапазоне способен проникать сквозь водную среду и, отразившись от дна, приниматься фотоприемным устройством. Зная скорость прохождения лазерного излучения через воду и время прохождения прямого и отраженного сигнала, представляется возможным определить глубину места под судном с более высокой точностью, чем навигационным эхолотом.

Дело в том, что:

- скорость света в воде более чем в 150000 раз выше скорости звука и по этой причине на ее распространение практически не влияют течения и различия в водных слоях по глубине в районе тарировки;

- нет необходимости использования тарировочного устройства или вибратора-приемника в кардановом подвесе, глубина погружения которых определяется достаточно приближенно;

- диаграмма направленности лазерного излучения (1-2 угл. с) во много раз уже диаграммы направленности эхолота (20-40 град) и по этой причине поправка на наклон дна в месте излучения может не учитываться, что существенно повышает точность измерения глубины ЛТУ. В этом случае ЛТУ является эталоном.

ЛТУ может быть установлено в днище судна или вынесено с помощью внешней штанги за борт судна. Лазерное тарирующее устройство, состоящее из источника лазерного излучения и приемника, должно находиться под водой на уровне вибраторов эхолота. В этом случае гарантировано отсутствие преломления лазерного луча при переходе из одной среды его распространения в другую. Лазерный импульс направляется перпендикулярно водной поверхности, как и эхо-импульс эхолота.

Установлено, что затухания излучения лазеров в морской воде в значительной степени зависят от ее состава и наличия в ней взвешенных частиц, а также от длины волны лазерного излучения λ. Минимальные значения показателя ослабления χ лазерного излучения находятся примерно в области λ=0,5 мкм. При этом в воде без взвесей, ослабление почти полностью определяется поглощением, которое примерно одинаково для всех водных бассейнов и имеет характерную зависимость от λ. Интенсивность же рассеянного излучения практически не зависит от λ (Климков Ю.М. Основы расчета оптико-электронных приборов с лазерами. - М.: Советское радио, 1978. - 264 с.).

Из-за большой величины показателя ослабления дальность действия ЛТУ слабо зависит от мощности излучателя и шумов приемника. Расчет дальности действия ЛТУ можно осуществить по формуле:

L = ( 2,3 χ ) lg ( q P ш / P ) , ( 4 )

где Р, Рш - соответственно мощность излучателя и шума приемника;

q - заданная величина отношения сигнал/шум.

Сигнал на частоте 0,532 мкм мощностью от 2 до 8 мДж проходит через водную толщу под килем судна и отражается дном. Отраженные лазерные импульсы дном попадают на вход оптической системы приемника, фиксирующей отраженный свет на светочувствительный элемент системы. Все отраженные импульсы регистрируются приемной аппаратурой для последующей обработки и интерпретации возможных помех в принимаемых сигналах. Наиболее существенным ограничением системы является прозрачность воды, которая определяет максимальную измеряемую глубину. Помимо этого наибольшая измеряемая глубина зависит от мощности измеряемого импульса, ширины полосы пропускания оптической системы приемника, его апертуры, поля зрения и оптической эффективности системы, уровня шума приемных цепей и отражательных характеристик дна. Значение глубины может быть рассчитано по формуле:

h л = c t 2 2 n n 2 sin 2 θ , ( 5 )

где с - скорость света;

t - время распространения сигнала в воде;

n -коэффициент рефракции;

θ - угол падения лазерного луча.

Максимальная измеряемая глубина определяется прозрачностью воды и при съемке днем составляет 4/k, а при съемке ночью - 5/k. Здесь k - показатель вертикального ослабления света, который для типовых прибрежных вод составляет 0,1-0,3 м-1.

Расчет потенциальных характеристик (дальности действия) ЛТУ может быть выполнен по формулам для оценочных расчетов энергетических характеристик, определяющих дальность действия ЛТУ, работающего в режиме односторонней передачи импульсов и в режиме локационного зондирования дна моря с подводной части судна.

Вариант 1 ЛТУ: лазерный излучатель установлен на судне, а приемник лазерных излучений опускается на заданную глубину.

В этом случае энергия излучения ЛТУ может быть рассчитана по формуле:

E min = E и з л S п р η п р η о п т exp ( l ξ ) ( l θ ) 2 ( 6 ) .

Вариант 2 ЛТУ: лазерный излучатель и приемник установлен на судне и используется отражение лазерного сигнала от дна.

В этом случае энергия излучения ЛТУ может быть рассчитана по формуле:

E min = E и з л S п р ρ ( η п р η о п т ) 2 exp ( 2 l ξ ) 4 π θ 2 l 4 , ( 7 )

где Еизл - требуемая энергия излучения передатчика (Еизл=τ·Ризл, τ - длительность импульса, Р - импульсная мощность).

Для существующих твердотельных лазеров на аллюмоиттриевом гранате, стекле и т.п.

Еизл=(0,1÷10) Дж, для оценки можно брать Еизл≈1 Дж; τ=1÷20 нс;

Emin - чувствительность приемника (Emin=τ·Pmin, τпр≥τ; Emin≥4·10-19 Дж;

Pmin=(10-10÷10-8) Вт);

θ - расходимость излучения лазерного передатчика (в радианах), для работы по дну можно принять θ≈10-5.

В случае односторонних измерений θ определяется точностью взаимного наведения σθ, т.е. θ≈(3÷5)σθ(θ≈(1÷3)10-3) можно принять θ≈10-3.

ηпр - квантовая эффективность приемника;

ηопт - пропускание оптики;

ηпр·ηопт=(0,05÷0,1) (можно принять ≈ 0,07);

l - глубина в метрах;

ξ - интегральное ослабление излучения в воде (1/м).

Для океанской воды - ξ=(0,007÷0,10) м-1.

Для шельфов - ξ=(0,01÷0,2) м-1; (можно считать ≈ 0,1);

ρ - интегральный коэффициент отражения от дна

ρ=(0,2÷0,8) (можно считать ρ≈0,5);

Sпр - эффективная площадь приемного объектива Sпр≤πR2,

где R - радиус иллюминатора R=(0,1÷0,25) м.

При работе по дну без наведения R≈0,15 м.

Если нужно перенацеливаться через неподвижный относительно судна иллюминатор R≤0,1 м.

При использовании опорно-поворотного устройства, в котором кожух и иллюминатор вращаются вместе с приемо-передатчиком, радиус иллюминатора равен R=(0,1÷0,15) м. Предельную глубину измерений с точностью (10-15) % можно рассчитать, исходя из следующих соображений.

В реальных системах - Emin=10-15÷10-17 Еизл, т.е. можно считать допустимым потерю 16-ти порядков излученного сигнала. Эти потери определяются двумя факторами:

- потерей плотности излучения из-за расходимости пучка;

- рассеянием и поглощением света в воде.

При малых дальностях (сотнях метров, вариант 1) в случае одностороннего связного режима расходимость мало влияет на потери излученного сигнала, например, если l=100 м, то пучок расширяется на величину θ·100≤0,1 м, т.е. при идеальном наведении весь пучок можно перехватить приемным объективом, однако на всякий случай следует скидывать один порядок на проблемы с наведением.

Ослабление в воде характеризуется экспонентой е-ξl, почти всегда можно считать, что ξ≤0,1, т.е. на каждых 10 м интенсивность излучения уменьшается примерно в 3 раза, а на 20 м - на порядок, соответственно на 40 м - на два порядка, на 100 м - на пять порядков. Таким образом «запас» в шестнадцать порядков будет исчерпан на глубине 20·15=300 м (множитель 15, а не 16, т.к. один порядок, т.е. 90% излучения составляет запас на неточность наведения). В двустороннем (локационном) режиме, отраженный дном сигнал рассеивается в полусферу. В случае перехвата объективом 0,1 м2 потока (диаметр приемной оптики около 30 см) потери отраженного сигнала на 100 м составят 4π·l2·Sпр=4π·104·10-1≈106 (т.е. шесть порядков).

При l=200 м, соответственно в ( 200 100 ) 2 = 4 р а з а больше и т.д. Таким образом, если l=100 м, то в двустороннем режиме 10 порядков теряются за счет двустороннего распространения в воде, 6 порядков за счет расходимости отраженного сигнала. Предполагаются также дополнительные потери при отражении от дна, для компенсации которых следует увеличить диаметр приемного объектива, и таким образом можно спроектировать подводный лазерный дальномер с дальностью 100 м в относительно прозрачной и прибрежной воде.

Для океана можно принять ξ≈0,01 м-1 и в этом случае связная дальность увеличивается почти в десять раз (max l≈3 км), а локационная дальность может быть доведена до нескольких сотен метров (например, если l=800 м, потери за счет ослабления в воде могут составить 8 порядков, за счет расходимости отраженного сигнала в 6,4·107 раз при 30-сантиметровом объективе и около 2·107 раз при полупроводником лазере).

Сущность предлагаемого технического решения поясняется чертежом.

Фиг.1. Блок-схема устройства, где позициями обозначены: 1 - судно, 2 - передатчик, 3 - измерительный приемный блок, 4 - излучающая антенна, 5 - приемная антенна отраженного от морского дна эхо-сигнала, 6 - регистратор, 7 - блок управления, 8 - блок определения поправок к глубинам, 9 - измеритель относительной скорости, 10 - магнитный компас, 11 - гироазимутгоризонткомпас, 12 - штанга, 13 - передающая система, 14 - фотоприемная антенна, 15 - блок управления и запуска, 16 - блок вторичной обработки отраженного лазерного сигнала, 17 - блок первичной обработки отраженного лазерного сигнала, 18 - процессор, 19 - защитный кожух, 20 - иллюминатор, 21 - датчик гидростатического давления, 22 - датчик температуры, 23 - водная поверхность, 24 - морское дно, 25 - приемоиндикатор спутниковой навигационной системы, 26 - измеритель скорости распространения звука в воде, hэ - глубина измеренная эхолотом, hл - глубина измеренная ЛТУ.

Устройство для определения поправок к глубинам, измеренным эхолотом при съемке рельефа дна акватории, содержит передатчик и измерительный приемный блок, подключенные соответственно к излучающей и приемной антеннам, регистратор и блок управления, соединенный с измерительным приемным блоком, базу с датчиками гидростатического давления и температуры, выходы которых через блок управления соединены с входом блока определения поправок к глубинам, измеренным эхолотом, вход которого через блок управления соединен с выходом приемоизмерительного блока, а выход соединен с входом регистратора 6, датчики горизонтальных и вертикальных перемещений, датчик измерения скорости распространения звука в воде, измеритель относительной скорости, магнитный компас и гироазимутгоризонткомпас, приемоиндикатор спутниковой навигационной системы, в котором, в отличие от прототипа, база установлена на выносной штанге параллельно днищу судна и жестко сочленена с корпусом судна, приемопередающий блок, установленный на базе, выполнен в виде лазерного излучателя и оптического приемника.

Устройства 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 21, 22, 25 и 26 и их принцип действия аналогичны устройствам прототипа.

ЛТУ работает следующим образом. Для достижения синхронизации блок управления тарируемого эхолота одновременно запускает и блок управления и запуска 15 лазерного излучателя. Лазерный импульс на частоте 0,532 мкм посредством передающей системы 13 направляется по фиксируемому направлению перпендикулярно дну моря 24. Для учета временного расширения луча и освещаемой на дне площади необходимо знание гидрооптических характеристик воды в районе тарирования эхолота. Для их оценки предполагается использовать информацию об объемном рассеянии воды, которую содержит отраженный лазерный импульс. С этой целью ЛТУ может решать и такую задачу.

Отраженные лазерные импульсы морским дном 24 принимаются фотоприемной антенной 14. Все отраженные импульсы регистрируются для последующего усиления в усилителях лазерных отраженных сигналов, их обработки и интерпретации возможных помех в принимаемых лазерных сигналах. После обработки лазерные сигналы поступают на вход процессора 18, где происходит их дальнейшая обработка и расчет измеренной глубины. Расстояние от ЛТУ до дна вычисляется по измеренному времени между моментами прихода отраженных импульсов и известной скорости света в воде с учетом задержек сигналов в электронных цепях, прозрачности воды и рассеяния света на взвешенных частицах вещества в водной толще.

Предлагаемый способ обеспечивает увеличение глубины тарирования и получение глубины тарирования с нормированными метрологическими характеристиками. Промышленная применимость предлагаемого способа и устройства для его осуществления технической трудности не представляет, так как при их реализации могут быть использованы серийно освоенные измерительные и программные средства.

Источники информации

1. И.И. Федоров. Эхолоты и другие гидроакустические средства. Курс кораблевождения, Т.5, книга 4. - Л.: Управление начальника Гидрографической службы ВМФ, 1960. - 368 с.

2. Судовые эхолоты. / Хребтов А.А. и др. - Л.: Судостроение, 1982, с.178-179.

3. И.И. Федоров. Эхолоты и другие гидроакустические средства. Курс кораблевождения, т.5, книга 4. - Л.: Управление начальника Гидрографической службы ВМФ, 1960. - 368 с.

4. Патент RU №2461021 С2, 10.09.2012.

5. Патент RU №2292062 C2, 20.01.2007.

6. Патент RU №2272303 C1, 20.03.2006.

7. Патент RU №2340916 C1, 10.12.2008.

8. Патент RU №2326408 C1, 10.06.2008.

9. Патент JP №10325871 A, 08.12.1998.

10. Патент JP №4372890 A, 25.12.1992.

11. Волков А.Е., Галошин А.И. и др. Руководство по использованию гидроакустических навигационных систем для определения места судна и подводных технических средств при выполнении морских геологоразведочных работ // СГФУ НПП по морским геологоразведочным работам. СПб, 1998.

12. Дадашев А.А. Тарирование многолучевого эхолота на пересекающихся галсах. // Записки по гидрографии. - 2000. - №251, с.42-46.

Устройство для определения поправок к глубинам, измеренным эхолотом при съемке рельефа дна акватории, содержащее передатчик и измерительный приемный блок, подключенные соответственно к излучающей и приемной антеннам, регистратор и блок управления, соединенный с измерительным приемным блоком, базу с датчиками гидростатического давления и температуры, выходы которых через блок управления соединены с входом блока определения поправок к глубинам, измеренным эхолотом, вход которого, через блок управления соединен с выходом приемоизмерительного блока, а выход соединен с входом регистратора, датчики горизонтальных и вертикальных перемещений, датчик измерения скорости распространения звука в воде, измеритель относительной скорости, магнитный компас и гироазимутгоризонткомпас, приемоиндикатор спутниковой навигационной системы, отличающееся тем, что база установлена на выносной штанге параллельно днищу судна и жестко сочленена с корпусом судна, приемопередающий блок, установленный на базе, выполнен в виде лазерного излучателя и оптического приемника.



 

Похожие патенты:

Использование: гидроакустика и может быть использовано для построения навигационных гидроакустических станций освещения ближней обстановки. Сущность: способ содержит излучение зондирующего сигнала, прием отраженного эхосигнала, формирование статического веера характеристик направленности, формирование цифрового массива данных с выхода тракта когерентной обработки по каждому пространственному каналу, последовательный вывод цифровых отсчетов на индикатор, определение порога автоматического обнаружения по среднему значению амплитуд цифровых отсчетов первого и второго циклов обработки по всем пространственным каналам, вывод цифровых отсчетов на индикатор осуществляется по правилу А=Аотсч/ (Г-К), где А амплитуда отсчета, выводимая на индикатор, Аотсч - амплитуда исходного цифрового отсчета, Г - параметр, определяемый оператором как глубина регулировки усиления, К - номер цикла обработки, порог автоматического обнаружения выбирается из условия минимума пропуска эхосигнала от цели, формирование общего цифрового массива данных с выхода тракта когерентной обработки по всем пространственным каналам от момента излучения до момента достижения зондирующим сигналом установленной шкалы работы, определение отсчетов, превысивших порог, определение номера пространственного канала М, определение временного положения отсчета Т, проведение классификации по цифровым отсчетам обнаруженной цели из общего цифрового массива по М пространственным каналам, средний канал из которых равен измеренному каналу, и во временном окне, равном Н циклам набора временной реализации, автоматическое определение классификационных признаков и автоматическое принятие решения о классе цели, вывод результата обработки по обнаруженной цели на индикатор с указанием номера цели, измеренных координат М и Т, классификационных признаков и класса обнаруженной цели, при очередном обнаружении превышения порога процедура повторяется до окончания шкалы дистанции и по совокупности всех обнаруженных целей формируется банк классификации.

Использование: гидроакустика. Сущность: способ содержит излучение зондирующего сигнала, прием эхосигнала веером статических характеристик, набор временной реализации последовательно по всем пространственным каналам, обработку последовательно по всем пространственным каналам, определение уровня помехи, как результат суммирования всех отсчетов по первому циклу приема по всем пространственным каналам, вычисляют порог обнаружения по среднему значению всех отсчетов Аср, производят выбор минимального значения в каждом наборе временных отсчетов огибающей последовательно по всем пространственным каналам по правилу 0≤Амин<Аср, запоминают номера пространственных каналов, в которых обнаружены минимальные значения огибающих, производят выбор максимального отсчета Амакс в каждом наборе отсчетов огибающей по всем пространственным каналам, проводят прореживания с оставлением минимального отсчета по правилу п последовательных отсчетов выбирают наименьший, и максимального отсчета по правилу из n последовательных отсчетов выбирают максимальный, в каждом наборе временных отсчетов огибающей по всем пространственным каналам, производят автоматическое обнаружения превышения эхосигналами выбранного порога обнаружения Амакс>Апорог=кАср последовательно по всем пространственным каналам статического веера характеристик направленности, измеряют и запоминают амплитуды и номера отсчетов сигналов, превысивших порог обнаружения, измеряют и запоминают номера пространственных каналов, в которых произошло обнаружение сигнала, измеряют угловую протяженность УПмак объекта по количеству пространственных каналов, превысивших порог обнаружения, определяют номера отсчетов и пространственных каналов, в которых не произошло превышение выбранного порога и уровень сигнала в которых близок к 0, определяют угловую протяженность УПмин области минимальных отсчетов по числу пространственных каналов, в которых 0≤Амин<Аср, и при совпадении угловых протяженностей принимают решения о наличии тени объекта.

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.

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.

Изобретение относится к области гидролокации и предназначено для обнаружения газовой пелены и определения глубины местоположения начала утечек газа трубопроводов гидроакустическими средствами.

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.

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.

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.

Использование: изобретение относится к вооружению подводных лодок, а именно к защите подводных лодок от торпед или мин, преимущественно от широкополосных мин-торпед.

Использование: в гидроакустике. Сущность: способ предназначен для определения ошибки оценки дистанции гидролокатором, установленным на подводном подвижном носителе относительно неподвижного отражателя.

Изобретение относится к гидроакустике и может быть использовано для обнаружения движущегося заглубленного источника звука, измерения координат источника звуковых волн в мелком море в пассивном режиме с помощью акустических приемников, установленных на морском дне, координаты которых и угловое положение считаются известными. Технический результат - уменьшить погрешность измерения и увеличить дальность действия при работе измерительного комплекса в мелком море. Гидроакустический измерительный комплекс содержит N акустических комбинированных приемников, каждый из которых состоит из гидрофона, трехкомпонентного векторного приемника и соединенных с ними усилителей, телеметрический блок, включающий делители напряжения, аналого-цифровую преобразующую схему, единую схему электронного мультиплексирования, модулятор и оптический излучатель, связанный оптической линией связи с оптическим ресивером, систему сбора, обработки и передачи информации, содержащую блок сбора, обработки и передачи информации и устройство доступа к цифровым сетям передачи данных. Посредством акустических комбинированных приемников образуются две донные вертикально ориентированные эквидистантные антенны, в каждой из которых число элементов равно N/2, а локальные координатные системы всех акустических комбинированных приемников совмещены. При этом расстояние между вертикальными антеннами 1>λн, где λн - длина волны на нижней частоте рабочего диапазона шумоизлучения источника звука, расстояние между акустическими комбинированными приемниками равно заданной погрешности определения вертикальной координаты (горизонта) источника звука Δz, а число приемников в каждой антенне N/2=h12/Δz, h12=z1-z2, z1, z2 нижний и верхний горизонты вероятного нахождения источника звука, образующие коридор обнаружения. Кроме того, в систему сбора, обработки и отображения информации дополнительно введены N-канальный блок вычисления вертикальной компоненты вектора интенсивности, блок определения максимума вертикальной компоненты вектора интенсивности, N-канальный блок вычисления горизонтальных компонент вектора интенсивности, N-канальный блок вычисления азимутальных углов φ1n, φ2n, блок вычисления усредненных азимутальных углов, блок вычисления горизонтальных координат источника звука. Информация с выхода блока вычисления горизонтальных координат источника звука и блока определения максимума вертикальной компоненты вектора интенсивности поступает на первый и второй входы устройства доступа к цифровым сетям передачи данных. Для увеличения дальности обнаружения движущегося источника звука и поддержания с ним акустического контакта в систему сбора, обработки и отображения информации дополнительно введены N/2-канальный вычислитель взаимного спектра сигналов для пар акустических комбинированных приемников, расположенных на одном горизонте и принадлежащих двум донным вертикально ориентированным эквидистантным антеннам, N/2-канальный вычислитель взаимной корреляционной функции, сумматор, блок измерения максимума взаимной корреляционной функции, блок нормирования взаимной корреляционной функции, блок вычисления ширины основного лепестка нормированной взаимной корреляционной функции, вычислитель отношения предыдущего измерения к последующему на каждом шаге, компаратор, блок задания расчетных значений отношений предыдущего измерения к последующему, блок принятия решения об обнаружении источников звука и их числе. 2 ил.

Система для освещения подводной обстановки относится к специальной технике и может быть использована для обнаружения и опознания подводных объектов, а также для сигнализации и оповещения о появлении на акваториях морских объектов хозяйственной деятельности (акватории портов, морские терминалы по добыче и транспортировке углеводородов, гидротехнические сооружения и т.д.) неизвестных малогабаритных подвижных аппаратов (МПА) или подводных пловцов (ПП), а также для обнаружения и сопровождения айсбергов. Задачей изобретения является возможность оперативно определять место появления неизвестного подводного объекта, идентифицировать подводный объект и визуально отображать на мониторе диспетчерской станции морского объекта хозяйственной деятельности (МОХД) появление несанкционированного подводного объекта. Система для освещения подводной обстановки, состоящая из группы многолучевых эхолотов, гидроакустические приемопередатчики которых посредством приемопередающей антенны формируют n-лучей с возможностью секторного обзора на акватории расположения объекта морской хозяйственной деятельности, при этом приемопередатчики соединены с блоком обработки акустических сигналов, установленным на диспетчерском пункте морского объекта хозяйственной деятельности, который соединен с процессором с программным обеспечением автоматического обнаружения и сопровождения, который соединен с устройством отображения информации, при этом каждый приемопередатчик соединен при помощи оптоволоконного кабеля с блоком обработки акустических сигналов, установленным на диспетчерской станции морского объекта хозяйственной деятельности, излучающий и приемный каналы соединены с блоком обработки акустических сигналов, предназначенным для формирования излучающих сигналов, регистрации и обработки принятых сигналов соответственно, блок обработки акустических сигналов соединен с процессором с программным обеспечением автоматического обнаружения и сопровождения, соединенным с устройством отображения информации, отличающаяся тем, что каждый многолучевой эхолот содержит параметрический профилограф, причем антенны накачки параметрического профилографа размещают на дрейфующих или заякоренных буях на разных горизонтах по глубине акватории на расстояниях не более 8000 метров друг от друга. 2 ил.
Изобретение относится к области использования систем технического зрения для обнаружения объектов и скорости их движения на гидролокационных изображениях. Техническим результатом изобретения является высокая точность определения координат объектов, окружающих подвижную подводную платформу, и скорости их движения за счет использования совместной обработки последовательности гидролокационных изображений и данных инерциальной системы самой движущейся платформы.

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. Техническим результатом изобретения является повышение точности определения дистанции до цели. Это достигается за счет того, что определение дистанции до цели производится с использованием многоканального запоминающего устройства на выходе системы доплеровской фильтрации, на основе измерения времени задержки отклика на выходе согласованного фильтра для специально сформированного сложного сигнала, причем длительность этого отклика существенно (например, в десятки-сотни раз) меньше длительности сигнального отклика тонального сигнала. Сложный сигнал формируется с использованием сигнального отклика тонального эхо-сигнала на выходе того доплеровского канала, в котором этот эхо-сигнал был обнаружен, и модулирующей функции сложного сигнала. 2 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. Техническим результатом изобретения является то, что обеспечивается повышение точности определения дистанции до цели. Это достигается за счет того, что определение дистанции до цели производится на основе измерения времени задержки отклика на выходе второго согласованного фильтра для специально сформированного (на основе отклика эхо-сигнала на выходе первого согласованного фильтра) вспомогательного сложного сигнала, причем длительность отклика на выходе второго согласованного фильтра существенно меньше длительности отклика эхо-сигнала на выходе первого согласованного фильтра. 2 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. Техническим результатом изобретения является то, что обеспечивается повышение точности определения дистанции до цели. Это достигается за счет того, что определение дистанции до цели производится на основе измерения времени задержки отклика на выходе согласованного фильтра для специально сформированного (на основе отклика тонального сигнала) сложного сигнала, причем длительность этого отклика существенно меньше длительности сигнального отклика тонального сигнала. 2 ил.

Изобретение относится к автоматизированной регистрации в реальном времени морских млекопитающих. Техническим результатом является повышение точности регистрации в режиме реального времени морских млекопитающих. В способе на этапе предварительной обработки (FPP) изображений осуществляется коррекция изображения и невзвешенная полная сегментация (SEG) изображения на фрагменты, на этапе обнаружении (DET) используется алгоритм предельного значения на основе обнаруженного локального изменения контраста, на этапе классификации (CLA) выполняется контролируемое обучение с использованием метода опорных векторов (SVM) с гиперплоскостью (НЕ) для разделения на два класса, на этапе локализации (LOC) выполняется автоматическое вычисление расстояния до обнаруженной тепловой сигнатуры морского млекопитающего (TSMM) и его временных и пространственных изменений относительно судна (RV), на этапе верификации (VER) обеспечивается возможность мгновенной проверки решения оператором, и на этапе документировании (DOC) пользовательские данные (IRV) изображения обнаруженных тепловых сигнатур морских млекопитающих (TSMM) автоматически предоставляются в распоряжение. Для формирования данных используется система инфракрасной камеры (IRC) с регистрацией в пределах полного круга или части круга и с активной гироскопической стабилизацией относительно горизонта (HZ). 20 з.п. ф-лы, 9 ил.

Изобретение относится к освоению подводных месторождений полезных ископаемых, преимущественно жидких и газообразных, а именно к сооружению технологических комплексов, предназначенных для обустройства морских глубоководных нефтегазовых месторождений и работающих в экстремальных условиях. Способ обустройства морских глубоководных нефтегазовых месторождений заключается в сооружении ряда морских стационарных платформ, подводных донных комплексов, подводных внутрипромысловых и магистральных трубопроводов, емкостей хранения продукции скважин и отгрузочных установок, при этом, по крайней мере, одну из платформ выполняют в подводном исполнении с закрепленным ко дну опорным блоком, верхний габарит которого располагают ниже уровня воды на величину наибольшего габарита прохождения подводной части айсберга. Кроме этого все платформы в подводном исполнении конструктивно и технологически соединены между собой электрическими кабелями и трубопроводами для конденсата и газа. Выполняют регулярное глубинное сейсмическое зондирование в районе терминалов по добыче подводных залежей углеводородов, путем пассивного зондирования морского дна и последующего анализа микросейсмических колебаний земной коры, блок-модуль энергетической платформы выполняют с газовой турбинной установкой, выполняют прогноз состояния моря вблизи морских буровых платформ путем размещения на акватории волномерных буев и запуска беспилотных летательных аппаратов, оснащенных измерительной аппаратурой, величину наибольшего габарита прохождения подводной части айсберга определяют путем зондирования подводной части айсберга гидроакустическими сигналами с подвижного подводного аппарата, оснащенного параметрическим гидролокатором и управляемым по гидроакустическому каналу связи посредством автоматизированной системы управления и контроля, блок-модули опорных блоков платформы в подводном исполнении, служащие для размещения персонала в подводных воздушных камерах, выполнены со стыковочными устройствами, обеспечивающими стыковку со спасательными подводными аппаратами, размещенными в специальном подводном ангаре. Техническим результатом является повышение надежности строительства и эксплуатации, снижение стоимости капитальных и эксплуатационных затрат при обустройстве морских глубоководных нефтегазовых месторождений. 2 ил.

Изобретение относится к техническим средствам охраны объектов со стороны водной среды с прямой передачей информации в пункт приема об обнаруженных подводных целях через границу вода-воздух на основе эффекта параметрического взаимодействия электромагнитных и акустических колебаний, организованных на границе вода-воздух. Система охраны предназначена для использования в морских областях, озерах, в речных руслах и каналах. Использование в системе прямой передачи информации через границу вода-воздух позволяет оперативно развертывать систему охраны в зоне наблюдений, не прокладывать по дну кабели и не использовать радиобуи на водной поверхности, тем самым исключить возможность несанкционированных внешних воздействий на систему. Техническим результатом настоящего изобретения является увеличение надежности и эффективности системы охраны, упрощение и удешевление передачи в пункт приема информации о подводной обстановке в сложных условиях проведения подводных наблюдений и охранных мероприятий в реальных акваториях. 2 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. Техническим результатом изобретения является обеспечение возможности обнаружения с высокой вероятностью объектов на фоне реверберационной помехи, при неизвестной радиальной скорости отражающего объекта, определения с повышенной точностью координат и параметров движения обнаруженных объектов при излучении только одной посылки. 1 ил.
Наверх