Способ измерения координат дна многолучевым эхолотом

Изобретение относится к области гидроакустики и предназначено для использования в многолучевых эхолотах для измерения координат отражающего объекта и определения рельефа дна. Сущность: способ измерения координат дна многолучевого эхолота содержит излучение зондирующего сигнала, прием эхосигналов статическим веером вертикальных характеристик направленности с различными углами наклона, измерение скорости звука на глубине приема, определяется вертикальная характеристика направленности, имеющая нулевой угол наклона α0, для нее измеряется время распространения эхосигнала до дна и обратно Тверт, измеряют скорость звука на глубине приема С0, определяют глубину места под килем Hk=0,5С0Тверт, находят среднее значение градиента изменения скорости звука по глубине g из формулы с использованием метода численной итерации, измеряют время распространения эхосигнала по каждому из наклонных лучей Ti накл с углом наклона αi, определяют глубину Hi для выбранной характеристики направленности с углом αi из формулы методом численной итерации, определяют горизонтальное расстояние от приемника до отражающего участка дна для выбранной характеристики направленности по формуле где отображают на графике координаты снятой точки на дне Hi и Di. Технический результат: исключение влияния рефракции лучей, уменьшение времени съемки. 1 ил.

 

Изобретение относится к области гидроакустики и предназначено для использования в многолучевых эхолотах (МЛЭ) для измерения координат отражающего объекта и определения рельефа дна.

Для измерения глубины места под движущимся судном используют промерные эхолоты. Промерные эхолоты подразделяются на однолучевые, которые измеряют глубину места непосредственно под судном, и многолучевые, которые предназначены для измерения глубины не только под судном, но и на значительных расстояниях от него.

Достаточно подробно принципы работы многолучевого эхолота рассмотрены в отечественной литературе А.В. Богородский, Д.Б. Островский «Гидроакустические навигационные и поисково-обследовательские средства». СПб., 2009 г. Изд. ЛЭТИ с.116-122, а также Ю.Л. Корякин, С.Л. Смирнов, Г.В. Яковлев «Корабельная гидроакустическая техника» СПб., «Наука», 2004 г., с.320-327.

Поскольку морская среда по своим гидрофизическим характеристикам имеет существенную вертикальную изменчивость, переменную в пространстве и во времени, то для определения глубин с требуемой точностью необходимо достоверно знать вертикальное распределение скорости звука на всей обследуемой акватории. Однако постоянный мониторинг распределения скорости звука по глубине в процессе съемки является весьма затратным. Применяя многолучевой эхолот в существенно изменчивой среде, следует учитывать наличие эффекта рефракции наклонных лучей, что приводит к появлению параллакса, когда определяемое по прямой положение отражающей точки отличается от истинного. Ошибка для каждого наклонного луча может оказаться существенной. В результате наблюдаемый профиль дна будет искажен относительно реального. Этот эффект тем больше, чем шире угловой сектор обзора МЛЭ и больше полоса обзора. С учетом эффекта параллакса для получения достоверных картографических материалов планирование галсов проводится таким образом, чтобы обеспечить значительную площадь перекрытия промерных полос. В этом случае участок рельефа дна дважды обследуется МЛЭ для увеличения плотности точек промера. Избыточность данных съемки МЛЭ обеспечивает возможность построения обоснованной трехмерной цифровой модели рельефа (ЦМР) дна, когда с помощью специальных алгоритмов при камеральной обработке осуществляется устранение эффекта параллакса.

Подробно методика съемки и способы последующей обработки материалов съемки изложены в книге: Фирсов Ю.Г. Основы гидроакустики и использования гидрографических сонаров. - СПб.: Нестор-История, 2010, и в руководящем документе: Правила гидрографической службы №4. Съемка рельефа дна. Часть 2. Методы и требования. МО СССР. ГУНиО. - М., 1984.

Таким образом, существующая методическая база допускает применение МЛЭ для проведения гидрографических работ, однако, в силу естественных причин, не позволяет при одном проходе получить равноточный материал в пределах всей полосы обзора, которую дает многолучевой эхолот. Отсюда остается потенциальная возможность существенно повысить производительность промерных работ, если добиться достоверности данных съемки МЛЭ по всей промерной полосе на одном галсе.

В силу отмеченных обстоятельств, для обеспечения производительной и качественной съемки рельефа дна с помощью многолучевого эхолота практический интерес представляет поиск способа уменьшения методической ошибки, возникающей при рефракции лучей, в условиях, когда вертикальное распределение скорости звука в акватории съемки остается неизвестным.

Известен многолучевой эхолот, выполненный в соответствии с патентом РФ №126146 на полезную модель, который содержит антенну с генератором, приемную систему с системой формирования характеристик направленности, последовательно соединенную с процессором обработки, блок выделения характеристик направленности, блок выбора угла наклона первой характеристики направленности, блок выбора угла наклона второй характеристики направленности, блоки измерения времени прихода сигнала по характеристикам направленности, блок вычисления отношения времен прихода, блок вычисления функции, блок перебора оценок скоростей звука. Это техническое решение позволяет использовать стандартную разработанную аппаратуру многолучевого эхолота и с помощью дополнительной программы определять скорость звука на глубине с достаточной достоверностью, что позволит повысить точность оценки глубины многолучевого эхолота. Однако следует учитывать, что морская среда по своим гидрофизическим характеристикам имеет существенную вертикальную изменчивость в пространстве и во времени. Наличие эффекта рефракции наклонных лучей приводит к появлению параллакса, когда определяемое в результате промеров положение отражающей точки по прямой линии искажается от истинного положения. Этот эффект тем больше, чем шире угловой сектор обзора МЛЭ и больше полоса обзора.

Поэтому недостатком рассматриваемого МЛЭ, взятого нами за прототип, является то, что он не позволяет в полной мере использовать предельные возможности многолучевого эхолота для определения реального профиля дна на одном галсе по всей ширине полосы обзора.

Целью настоящего изобретения является повышение предельной возможности достоверной оценки глубины на одном галсе по всей ширине полосы обзора, которую дает многолучевой эхолот, путем исключения влияния параллакса, возникающего в силу незнания скорости звука по всей глубине океана.

Способ-прототип содержит следующие операции: излучение зондирующего сигнала, прием отраженных сигналов статическим веером вертикальных характеристик направленности, прием сигнала первой характеристикой направленности, измерение угла наклона первой характеристики направленности, измерение времени прихода эхосигнала по первой характеристике направленности, прием эхосигнала по второй характеристике направленности, определение угла наклона характеристики направленности, измерение времени прихода эхосигнала по второй характеристике направленности, вычисление отношения времен принятых эхосигналов двумя характеристиками, измерение скорости звука на глубине приема, вычисление функции и вычисление оценки скорости звука, которая наиболее близка вычисленной функции.

Поэтому недостатком рассматриваемого МЛЭ, взятого нами за прототип, является то, что он не позволяет в полной мере использовать предельные возможности измерения профиля дна по ширине полосы обзора, которую дает многолучевой эхолот.

Целью настоящего изобретения является получение способа определения координат отражающего объекта на дне и рельефа дна на всей полосе обзора многолучевого эхолота в процессе одного промерного галса без необходимости проводить измерение разреза скорости звука по всей рабочей глубине.

Указанный недостаток устраняется тем, что в способ, содержащий излучение зондирующего сигнала, прием эхосигналов статическим веером вертикальных характеристик направленности, измерение скорости звука на глубине приема, введены новые признаки, а именно определяется характеристика направленности, имеющая нулевой угол наклона α0, измеряется время распространения эхосигнала до дна и обратно Тверт, измеряют скорость звука на глубине приема C0, определяют глубину места под килем Hk=0,5С0Тверт, находят среднее значение градиента изменения скорости звука по глубине g из формулы с использованием метода численной итерации

измеряют время распространения эхосигнала по каждому из наклонных лучей Ti накл. с углом наклона αi, определяют глубину Hi для выбранной характеристики направленности с углом αi из формулы методом численной итерации

определяют горизонтальное расстояние от приемника отражающего участка дна для выбранной характеристики направленности по формуле

отображают на графике координаты снятой точки на дне Hi и Di.

Существо изобретения можно пояснить на следующем изложении.

Времена распространения отраженного сигнала по каждому i-му лучу Ti являются функцией таких параметров, как глубина H, углы приемных лучей в вертикальной плоскости αi и зависимость скорости звука от глубины С(H)Ti=F[H,С(H),αi]. В этом уравнении имеются два неизвестных: параметр - глубина H и функция скорости звука от глубины C(H).

В первом представлении задача определения глубины, когда известны параметры сигнала по множеству лучей, но не известно вертикальное распределение скорости звука, относится к не полностью определенным задачам. Это обусловлено, в частности, тем, что вертикальное распределение скорости звука является непрерывной функцией глубины, а многолучевой эхолот производит конечное (равное числу лучей) число измерений временных задержек.

Рассмотрим возможность решения задачи определения глубины, минуя процедуру поиска истинного профиля скорости звука. Для этого допустимо предположить, что наблюдаемое время распространения сигнала по лучу с известным углом приема сигнала и для известной глубины может быть получено не только в существующих гидрофизических условиях. Другими словами, всегда найдется иное, отличное от реального, распределение скорости звука по глубине, которое даст аналогичные параметры принимаемого сигнала при той же глубине места. Допустим, что решение задачи можно найти, формально заменив реальный профиль скорости звука некоторой виртуальной функцией, вид которой задается значением одного какого-то регулирующего параметра ζ. Тогда существует такое значение переменной ζ, при котором для наблюдаемого времени распространения отраженного сигнала по каждому i-му лучу можно записать функцию вида Ti=F[H,Ф(ζ,Н),αi], где Ф(ζ,H) - виртуальная функция вида зависимости скорости звука от глубины Н. В этом уравнении остаются два неизвестных - искомая глубина Н и параметр ζ.

Допустим, что в качестве виртуальной функции Ф(ζ,Н) можно использовать линейную зависимость

где С0 - скорость звука на горизонте наблюдения (горизонте приема-излучения), H - текущая глубина, g - значение градиента скорости звука.

Такая зависимость удобна для решения задачи, т.к. линейное распределение скорости звука задается одним значением градиента скорости звука g. Тогда для решения задачи перейдем к системе уравнений

где T1 и Т2 - времена прихода отраженных от дна сигналов многолучевого эхолота по двум лучам с углами соответственно α1 и α2; Н1 и H2 - глубины места в точках пересечения с поверхностью дна первого и второго лучей, соответственно. Значение скорости звука С0 на горизонте приема-излучения эхолота всегда определяется с помощью специального устройства, устанавливаемого на корпусе судна рядом с антеннами многолучевого эхолота.

Очевидно, что возможность решения системы уравнений (2) потребует приведения ее к виду, где явно будут присутствовать два неизвестных параметра. Для этого следует принять, что одно значение глубины известно. Методически верно будет принять, что глубина места, определяемая вертикальным лучом α0, который не подвержен эффекту рефракции, оценивается с минимальной ошибкой. На это указывают принятые методики, например, Правила гидрографической службы №4. Съемка рельефа дна. Часть 2. Методы и требования. МО СССР. ГУНиО. - М., 1984.

На этом основании далее для рассмотрения принципиальной возможности решения задачи примем, что значение глубины под килем известно Hк.

Для вертикального распределения скорости звука вида (1) при вертикальной локации время распространения сигнала имеет зависимость вида

где Hk=0,5С0Тверт - глубина места под килем.

Время распространения сигнала по наклонному лучу в слое с постоянным градиентом скорости звука можно записать согласно Бреховских Л.М., Лысанова Ю.П. Акустика океана. - В кн.: Физика океана, т.2, М., «Наука», 1978, С.49-145:

где α и - углы наклона луча (относительно горизонтали) в точке приема и у дна, соответственно.

Воспользуемся соотношением а также согласно закону Снелиуса для углов скольжения. Тогда для времени распространения сигнала по наклонному лучу можно записать

где CH - скорость звука, которая определяет вертикальную координату точки на дне Hк, от которой отразился луч.

Для решения поставленной задачи из (3) можно найти градиент скорости звука g. После чего из (5) находим глубину отражающей точки, сигнал от которой пришел по лучу с углом прихода αi за время Ti накл. Для расчета значения глубины, используя (1), перепишем (5) в виде

Когда известно значение глубины отражающей точки Hi, определим ее горизонтальную координату Di. Согласно Сташкевич А.П. Акустика моря. Л., «Судостроение» 1966 г. горизонтальное расстояние, пройденное лучом, можно найти из выражения

где CH=C0+gHi, а угол скольжения луча на дне αH можно найти, используя закон Снелиуса [Сташкевич А.П. Акустика моря …]

Таким образом, получаем координаты положения точек на дне по каждому лучу: глубины Hi и горизонтального расстояния Di.

На фиг.1 представлена блок-схема, реализующая предлагаемый способ. Антенна 2 излучения и генератор последовательно соединена с первым выходом системы 3 управления, регистрации и отображения результата, второй выход которой соединен со вторым входом блока 4 системы формирования характеристик направленности. Приемная антенна 1 соединена последовательно с системой 4 формирования характеристики направленности, системой 5 предварительной обработки и спецпроцессором 6, в котором последовательно соединены блок 7 выделения характеристик направленности и измерения времени по каждой характеристике, блок 8 определения глубины для ХН с нулевым углом наклона H0, блок 9 вычисления функции ТвертТнакл, определение глубины по каждой характеристике Hi и определения истинного горизонтального расстояния по каждой характеристике Di. Выход спецпроцессора 6 соединен со входом блока 3 управления, регистрации и отображения, а второй вход спецпроцессора 6 соединен с измерителем скорости звука на глубине приемника.

Схема измерения координат отражающего донного объекта работает следующим образом. Из системы 3 регистрации, управления и отображения результата поступает команда на излучение зондирующего сигнала на антенну 2 излучения и генератор и в блок системы 4 формирования характеристик направленности для обеспечения приема эхосигнала, соответствующего излученному зондирующему сигналу. Приемной антенной 1 принимаются эхосигналы по всей апертуре антенны, и через систему 4 формирования характеристик направленности передаются в систему 5, где производится оптимальная обработка принятых эхосигналов в статическом веере характеристик направленности системы. Система 5 предварительной обработки работает в своем стационарном режиме и одновременно с блоком 6 спецпроцессором. Эти системы являются стандартными гидролокаторов. Достаточно подробно принципы работы гидролокаторов рассмотрены в отечественной литературе, А.В. Богородский, Д.Б. Островский. Гидроакустические навигационные и поисково-обследовательские средства, СПб, 2009 г., Изд. ЛЭТИ, с.116-122, а также Ю.А. Корякин, С.А. Смирнов, Г.В. Яковлев «Корабельная гидроакустическая техника», СПб., «Наука», 2004 г., с.320-327. Спецпроцессоры также являются известными устройствами, которые работают по разработанным программам и жесткой логике управления при поступлении исходной информации.(Ю.А. Корякин, С.А. Смирнов, Г.В. Яковлев «Корабельная гидроакустическая техника», СПб., «Наука», 2004 г., с.281-289).

Для определения параметров координат донного отражателя используется оценка скорости звука, измеренная на глубине погружения приемной антенны. Измерение скорости звука производится в блоке 10 измерения скорости звука на глубине приемника С0. Измеритель скорости звука является известным устройством, который выпускается серийно и широко известен в литературе. (В.А. Комляков «Корабельные средства измерения скорости звука и моделирования акустических полей в океане», СПб., «Наука», 2003 г., стр.50-87).

В блоке 7 по каждой характеристике направленности определяется время прихода эхосигнала от дна. По выбранной характеристике в блоке 8 определяется угол наклона, его значение, время распространения и глубина для характеристики направленности с нулевым углом наклона и передаются в блок 9 вычисления функций. Блок 9 предназначен для вычисления функции ТвертТнакл и определения глубины по каждой характеристике Hi и определения истинного горизонтального расстояния по каждой характеристике Di. Вычисление функций производится по программам, содержащим известные стандартные процедуры с использованием последовательных численных итераций, которые обеспечивают минимальную ошибку между измеренной величиной и результатами вычислений. Все вычислительные операции производятся в спецпроцессоре 3 с использованием стандартных процедур и разработанного программного обеспечения и могут быть выполнены в тех же спецпроцессорах, на которых реализуется работа любого гидролокатора. Вычисленные оценки координаты Н и D, принадлежащие донному отражателю, передаются в блок 3 для отображения на индикаторе и вывода результата.

Таким образом, практическое внедрение предлагаемого способа определения координат донного отражателя позволяет исключить влияние рефракции лучей, может дать значительный выигрыш по времени. При этом значение методической ошибки может быть снижено существенно за счет отсутствия необходимости измерять разрез скорости звука по всей рабочей глубине.

Способ измерения координат дна многолучевого эхолота, содержащий излучение зондирующего сигнала, прием эхосигналов статическим веером вертикальных характеристик направленности с различными углами наклона, измерение скорости звука на глубине приема, отличающийся тем, что определяют вертикальную характеристику направленности, имеющую нулевой угол наклона α0, для нее измеряют время распространения эхосигнала до дна и обратно Тверт, измеряют скорость звука на глубине приема С0, определяют глубину места под килем Hk=0,5С0Тверт, находят среднее значение градиента изменения скорости звука по глубине g из формулы

с использованием метода численной итерации, измеряют время распространения эхосигнала по каждому из наклонных лучей Tiнакл с углом наклона αi, определяют глубину Hi для выбранной характеристики направленности с углом αi из формулы

методом численной итерации, определяют горизонтальное расстояние от приемника до отражающего участка дна для выбранной характеристики направленности по формуле

отображают на графике координаты снятой точки на дне Hi и Di.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области гидролокации и может быть использовано при съемке нижней поверхности ледяного покрова на морских акваториях, в том числе и на шельфе в условиях высоких широт.

Заявленное изобретение относится к области технических средств охраны и может быть использовано для определения азимута на обнаруженный объект и расстояния до него по сейсмическому сигналу при охране протяженных участков местности, территорий и подступов к различным объектам.

Изобретение относится к области физической акустики и предназначено для изучения акустических свойств жидкостей, таких как морская вода и различные технические жидкости.

Изобретение относится к океанологическим исследованиям. Устройство включает в себя средство для генерации параллельного потока импульсов оптического излучения, средство для формирования оптическим путем реперного объема прямоугольного сечения, средство для перемещения реперного объема, средство для приема и преобразования оптического излучения в электрические сигналы и средство для регистрации изменения амплитуды электрических импульсов, снабженное средством для определения разности между сигналом в отсутствие импульсов и сигналом, полученным во время действия импульсов, и средством, формирующим временной интервал на время регистрации частиц.

Изобретение относится к области технических средств судовождения, предназначенных для автоматической проводки судна по заданному курсу, оси фарватера (судового хода) или по заданной траектории движения, преимущественно автономных необитаемых подводных аппаратов, при их использовании в арктических морях.

Изобретение относится к гидроакустике, а именно к области импульсных измерений (акустической томографии), и может быть использовано для измерений и мониторинга во времени вертикального распределения скорости звука, а также температуры и уровня поверхности в мелководных акваториях: озерах, заливах, проливах, в области океанического шельфа и во внутренних морях.

Изобретение относится к методам определения параметров волнения водной поверхности и может быть использовано в метеорологии и океанологии для мониторинга состояния приповерхностного слоя Мирового океана.

Изобретение относится к области гидролокации и может быть использовано при съемке нижней поверхности ледяного покрова. .

Изобретение относится к области геофизики и может быть использовано для определения азимута на обнаруживаемые объекты на охраняемом рубеже, подсчета количества объектов в групповой цели и классификации обнаруженных объектов.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для определения вертикального распределения гидрологических характеристик в море при океанологических исследованиях и при решении прикладных задач в обеспечение безопасной эксплуатации морских объектов хозяйственной деятельности, включая морские добычные комплексы углеводородов.

Изобретение относится к неконтактным океанографическим измерениям и может быть использовано для определения статистических характеристик морского волнения с борта движущегося судна. Способ измерения сверхмалой высоты полета самолета, преимущественно гидросамолета, над водной поверхностью и параметров морского волнения, основанный на регистрации физических величин, зависящих от электромагнитного поля, создаваемого установленной на самолете антенной, по которым судят о высоте полета самолета, о высоте морской волны, о длине морской волны в направлении полета и в месте, над которым пролетает самолет, в котором антенна для создания электромагнитного поля выполнена в виде пяти независимых антенн, установленных на корпусе самолета соответственно в центре тяжести самолета, в носовой и кормовой частях самолета, и в оконечных частях крыльев самолета. Техническим результатом является повышение достоверности и информативности измерения высоты морских волн с борта летательного аппарата для обеспечения посадки на морскую поверхность. 3 ил.

Использование: гидроакустика, океанография, и может быть использовано для оценки состояния ледового поля. Сущность: способ реализуют с помощью гидроакустических излучающей и приемной антенн, соединенных Т-образно и размещенных в плоскости, параллельной плоскости, совпадающей со средним уровнем водной поверхности в спокойном состоянии, излучение акустических импульсов производят излучающей антенной с характеристикой направленности (ХН), прием эхо-сигналов от нижней поверхности льда производят приемной антенной, формирующей статический веер приемных ХН электронным способом, обзор участка нижней поверхности льда в пределах сектора обзора производят за заданное число циклов зондирования путем последовательного поворота оси ХН излучающей антенны в плоскости ее наибольшего размера относительно нормали к нижней поверхности льда, для каждого положения оси ХН излучающей антенны в полосе обзора измеряют расстояния от приемной антенны до нижней поверхности льда, перед началом каждого цикла зондирования производят измерение и коррекцию углов наклона излучающей и приемной антенн в плоскостях их наибольших размеров. Технический результат: расширение сектора обзора нижней поверхности льда при сохранении размеров элемента разрешения по пространству, в пределах которого производится оценка погруженной части льда. 2 ил.

Предлагается способ определения высоты значительного волнения и оценки средней дисперсии наклонов крупномасштабного, по сравнению с длиной волны акустического излучения, волнения с помощью акустической системы, включающей импульсный акустический излучатель с одной приемо-передающей антенной с симметричной широкой диаграммой направленности. Акустическую систему размещают на дне или на неподвижной подводной платформе и излучают вертикально вверх. Для такой конфигурации измерительной системы разработан способ восстановления значений высоты значительного волнения и средней дисперсии наклонов крупномасштабного волнения по форме отраженного импульса. 5 ил.

Изобретение относится к области гидроакустики и гидродинамики в части обнаружения и регистрации естественного гидродинамического поля Мирового океана, гидроакустических и гидродинамических полей, создаваемых движением подводных и надводных объектов, в том числе в инфразвуковом диапазоне от нуля до 1 Гц. Техническими результатами являются расширение частотного диапазона от нуля до 1 Гц и далее, а также обеспечение высокой помехозащищенности, низкой чувствительности к внешним электромагнитным воздействиям. Система обнаружения и регистрации гидроакустических и гидродинамических воздействий содержит приемный модуль с якорем и поплавком. Приемный модуль связан посредством волоконно-оптического кабеля для передачи оптических импульсов с регистрирующей и обрабатывающей аппаратуры и выполнен в виде корпуса с размещенным внутри него чувствительным элементом датчика угловой скорости в виде катушки с изотропным одномодовым оптоволокном длиной до 25 км и ответвителя. В качестве регистрирующей и обрабатывающей аппаратуры используется оптоэлектронный модуль, включающий корпус, в котором размещены лазерный источник света, фотоприемник, регистратор, преобразователь и источник питания. При этом оптоэлектронный модуль выполнен с возможностью получения и передачи аналоговой или цифровой информации в вычислитель по линии связи. 3 ил.
Изобретение относится к области морской гидрометеорологии и может быть использовано для определения дрейфа морских льдов. Сущность: следят за перемещением морских льдов, отображая на мониторе пути их перемещения. При этом изменение координат ледовых полей определяют посредством спутниковой и/или гидроакустической навигационной системы. При отображении на мониторе пути перемещения льдов выявляют потенциально опасные ледовые поля, а также дистанцию сближения этих полей и запас времени для принятия решения по их локализации. На выявленные потенциально опасные ледовые поля посредством дрона, снабженного магнитометром, рассеивают ферромагнитный материал с различным коэрцитивным спектром намагниченности. При периодических пролетах дрона над потенциально опасными ледовыми полями измеряют магнитометром формируемое ферромагнитным материалом магнитное поле. Данные, полученные с помощью установленного на дроне магнитометра, используют при определении скорости и направления движения потенциально опасных ледовых полей. Технический результат: снижение трудозатрат, расширение функциональных возможностей.

Изобретение относится к гидрофизике, геофизике и может быть использовано в решении задач комплексного мониторинга гидрофизических и геофизических полей, формируемых естественными и искусственными источниками, процессами и явлениями океана и земной коры. Такие поля формируются морскими объектами, динамическими и сейсмическими, а также синоптическими процессами и опасными явлениями. Заявленный способ акустической томографии гидрофизических и геофизических полей в морской среде, включает в себя размещение излучающего и приемного блоков системы мониторинга на противоположных границах контролируемой среды, озвучивание среды низкочастотными просветными сигналами стабильной частоты и формирование в ней зоны нелинейного взаимодействия и параметрического преобразования просветных и измеряемых информационных волн. Прием, усиление и спектральный анализ нелинейно преобразованных просветных сигналов, определение в них характеристик информационных волн. Способ отличается тем, что приемный блок системы мониторинга формируют как дискретную линейную антенну, включающую n элементов (акустических преобразователей), которые горизонтально размещают в направлении излучающего блока. Просветные сигналы принимают преобразователями дискретной антенны, предварительно усиливают и посредством многожильного кабеля передают на приемный тракт системы - в блок преобразования их частотно-временного масштаба в высокочастотную область, далее в блок переключения каналов и формирования непрерывного просветного сигнала, формируемые непрерывные сигналы усиливают в полосе параметрического преобразования, измеряют их узкополосные спектры, выделяют в спектрах верхние и (или) нижние боковые полосы, которые формируют и представляют в формате 2D и (или) 3D, регистрируют и с учетом параметрического и частотно-временного преобразования определяют в них признаки гидрофизических и геофизических полей и их пространственно-временную динамику. Кроме того, число приемных преобразователей n в линейной приемной антенне устанавливают в количестве 10 изделий, а расстояния между ними - половина длины просветной акустической волны. Кроме того, количество элементов антенны n соответствует масштабу частотно-временного преобразования принимаемых просветных сигналов. Кроме того, контролируемую среду озвучивают просветными акустическими сигналами стабильной частоты в диапазоне десятки - сотни Герц. Кроме того, операции измерения и формирования спектров измеряемых полей в формате 2D и (или) 3D синхронизируют с режимом цикличного переключения приемных каналов и формирования непрерывного сигнала. Технический результат: разработка технологий просветной акустической томографии характеристик гидрофизических и геофизических полей в морской среде, а также постоянное наблюдение и контроль их пространственно-временной динамики на акваториях протяженностью десятки - сотни километров в диапазоне частот, составляющем сотни - десятки - единицы килогерц, сотни - десятки - единицы - доли герца. 4 з.п. ф-лы, 10 ил.

Изобретение относится к гидрофизике, геофизике и радиофизике. Оно может быть использовано для построения и эксплуатации системы гидроакустической томографии информационных полей атмосферы, океана и земной коры в морской среде на основе технологий дальнего параметрического приема волн различной физической природы, обеспечивающей измерение и формирование их спектров в формате 2D и (или) 3D, а так же непрерывный контроль их пространственно-временной динамики. Система гидроакустической томографии полей атмосферы, океана и земной коры различной физической природы в морской среде включает в себя размещенные на противоположных границах контролируемой среды излучающий и приемный акустические преобразователи, соединенные с излучающим и приемным трактами системы соответственно, сформированную между ними рабочую зону нелинейного взаимодействия и параметрического преобразования просветных и измеряемых информационных волн. Излучающий тракт системы включает в себя последовательно соединенные генератор акустических сигналов стабилизированной частоты, усилитель мощности излучаемых просветных сигналов и блок согласования его выхода с подводным кабелем и далее с излучающим акустическим преобразователем. Приемный тракт системы включает в себя последовательно соединенные широкополосный усилитель, узкополосный анализатор спектров и функционально связанный с ним регистратор нелинейно преобразованных просветных сигналов. Предлагаемая система принципиально отличается тем, что излучающий блок сформирован из трех акустических преобразователей, которые размещены на оси подводного звукового канала (ПЗК), выше и ниже оси ПЗК соответственно, а приемный блок сформирован из трех линейных дискретных приемных антенн, включающих по n элементов (гидрофонов) каждая, которые горизонтально размещены в направлении излучающих акустических преобразователей соответственно. Рабочая зона нелинейного взаимодействия и параметрического преобразования просветных акустических и измеряемых информационных волн в морской среде сформирована из трех излучающих преобразователей и из трех линейных дискретных антенн. Совместная работа блоков приемного тракта системы (блок узкополосного спектрального анализа, формирования и представления спектров принимаемых сигналов в формате 2D и (или) 3D, блок выборочного подключения дискретных приемных антенн и цикличного переключения их элементов (гидрофонов), блок частотно-временного преобразования (переноса) спектров многоканально принимаемых сигналов в высокочастотную область, блок формирования непрерывных сигналов) взаимно синхронизирована, что определяется режимом работы блока спектрального анализа и реализуется их общей линией связи. Периодичность подключения линейных дискретных приемных антенн и длительность процессов томографии полей атмосферы, и (или) океана, и (или) земной коры определяются задачами предлагаемой системы и спецификой контролируемого района. Система дополнительно содержит так же информационно-аналитический тракт, включающий в себя последовательно соединенные приемный радиоблок, который соединен с блоком спектрального анализа приемного тракта системы, блок информационно-аналитического комплекса и передающий радиоблок, который соединен с генератором излучающего тракта системы и с внешним информационным блоком Регионального информационного центра и (или) системой навигации «ГЛОНАСС». Технический эффект предлагаемого изобретения заключается в решении задачи дальней просветной гидроакустической томографии характеристик гидрофизических и геофизических полей, формируемых искусственными и естественными источниками, процессами и явлениями атмосферы, океана и земной коры в условиях протяженного канала с переменными характеристиками среды и границ, а так же непрерывного наблюдения их пространственно-временной динамики на акваториях протяженностью десятки-сотни километров, в диапазоне частот сотни-десятки-единицы-доли герц, включая диапазон СНЧ-колебаний движущихся объектов и неоднородностей среды как целого. 5 з.п. ф-лы, 12 ил.

Изобретение относится к гидролокации и может быть применимо в сейсморазведке и ультразвуковой диагностике для распознавания материалов объектов (целей) любой формы. В данном изобретении определяют возможные резонансные области частот колебаний облучаемой цели, например, расчетным путем на основе известных размеров цели с заданной погрешностью или излучением зондирующего импульса с высоким разрешением по дальности расположения отражающих элементов цели в направлении облучения и измерением времен и углов прихода отраженных импульсов, излучают широкополосные зондирующие импульсы, соответствующие по ширине полосы частот одной или нескольким определенным резонансным областям частот колебаний облучаемой цели, принимают отраженный сигнал, определяют спектр этого сигнала, в спектре выделяют существенные локальные максимумы и измеряют их амплитуду и ширину резонансной области частот по уровню 0,707 от максимальной амплитуды в каждой резонансной области спектра отраженного сигнала, вычисляют добротности в резонансных областях частот путем отношения максимальной амплитуды в резонансной области спектра сигнала к измеренной ширине полосы частотной области и распознают материал акустической цели по выделенным добротностям на основе решающего правила, сформулированного в результате анализа статических характеристик изменения добротностей известных материалов, например, на основе критерия Байеса. Достигаемым техническим результатом является расширение диапазона распознаваемых материалов акустических целей и повышение помехоустойчивости распознавания. 5 ил.

Изобретение относится к области радиолокации и может быть использовано для определения координат затонувших объектов (летательных аппаратов, кораблей и т.п.). Достигаемый технический результат - снижение временных и материальных затрат на поиск затонувшего объекта и повышение точности определения его координат. Указанный результат достигается за счет того, что предварительно на объект, запланированный для пересечения водной поверхности, устанавливают N≥1 контейнеров, в каждом из которых уложен отражатель электромагнитных волн (ЭМВ) с возможностью его автоматической отстыковки при погружении объекта в водную среду, отстыкованный отражатель саморазворачивается и всплывает на водную поверхность, причем отражатель выполнен в виде сетчатой структуры, в узлах которой установлены металлизированные элементы с положительной плавучестью. В район предполагаемого погружения объекта направляют поисковый летательный аппарат с установленной на нем радиолокационной станцией, которая облучает водную поверхность и по сигналам, рассеянным отражателем ЭМВ, фиксируют координаты затонувшего объекта. 2 з.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к области гидроакустики и предназначено для использования в многолучевых эхолотах для измерения координат отражающего объекта и определения рельефа дна. Сущность: способ измерения координат дна многолучевого эхолота содержит излучение зондирующего сигнала, прием эхосигналов статическим веером вертикальных характеристик направленности с различными углами наклона, измерение скорости звука на глубине приема, определяется вертикальная характеристика направленности, имеющая нулевой угол наклона α0, для нее измеряется время распространения эхосигнала до дна и обратно Тверт, измеряют скорость звука на глубине приема С0, определяют глубину места под килем Hk0,5С0Тверт, находят среднее значение градиента изменения скорости звука по глубине g из формулы с использованием метода численной итерации, измеряют время распространения эхосигнала по каждому из наклонных лучей Ti накл с углом наклона αi, определяют глубину Hi для выбранной характеристики направленности с углом αi из формулы методом численной итерации, определяют горизонтальное расстояние от приемника до отражающего участка дна для выбранной характеристики направленности по формуле где отображают на графике координаты снятой точки на дне Hi и Di. Технический результат: исключение влияния рефракции лучей, уменьшение времени съемки. 1 ил.

Наверх