Способ дистанционного поиска местоположения подземных коммуникаций и определения их поперечного размера и глубины залегания в грунте

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для дистанционного определения местоположения подземных коммуникаций (трубопроводов, кабелей и т.п.), их поперечного размера и глубины залегания в грунте. Технический результат: расширение области применения. Сущность: формируют рой беспилотных летательных аппаратов (БПЛА), соединенных каналами связи между собой и с центральной станцией управления. Через каналы связи управляют траекторией полета БПЛА, взаимным расположением БПЛА и высотой полета БПЛА над поверхностью земли. На нескольких БПЛА помещают передатчики с передающими антеннами. На каждом из остальных БПЛА помещают приемники с приемными антеннами для приема компонент электромагнитного поля. С БПЛА с передатчиком и передающей антенной 4 генерируют первичное электромагнитное поле. На приемных БПЛА с помощью приемников с приемными антеннами принимают сигналы первичного электромагнитного поля и вторичного результирующего электромагнитного поля, возникающего в результате взаимодействия первичного поля с подземными проводящими объектами, над которыми перемещают рой БПЛА. Данные координат БПЛА и принимаемые приемниками сигналы компонент электромагнитного поля по каналам связи передают на центральную станцию управления. По результатам совместной обработки принимаемых сигналов компонент электромагнитного поля и данных координат БПЛА определяют местоположение подземных коммуникаций, их поперечный размер и глубину залегания в грунте. В процессе поиска БПЛА в рое под управлением с центральной станции управления могут перестраиваться, изменяя направление, скорость, высоту и взаимное расположение БПЛА в рое для обеспечения оптимальных условий поиска и безопасности полета. 1 ил.

 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для дистанционного определения местоположения подземных коммуникаций (трубопроводов, кабелей и т.п.), их поперечного размера и глубины залегания в грунте.

Известны способы [1-7] применения и управления для роя беспилотных летательных аппаратов (БПЛА), обеспечивающие полет роя БПЛА по заданной траектории с заданными координатами БПЛА, на заданной высоте, при заданном взаимном расположении БПЛА в рое. Однако данные способы не применяются для определения местоположения подземных коммуникаций, их поперечного размера и глубины залегания в грунте.

Известны способы [8, 9] многопозиционной радиолокации, заключающиеся в излучении радиолокационных сигналов, синхронизированном приеме отраженных сигналов аппаратурой с разнесенных позиций, объединении и совместной обработке сигналов и информации с разнесенных позиций в пункте обработки информации для обнаружения целей, измерения их координат, определения параметров их траекторий и последующего их отождествления. Преимущества таких способов многопозиционной радиолокации по сравнению с однопозиционными заключаются в возможности формирования сложных пространственных зон обзора, повышения эффективности использования энергии радиолокационной системой, снижения погрешностей определения местоположения объектов в пространстве, повышения помехозащищенности и повышения надежности функционирования системы в целом. Однако указанные способы не предназначены для определения трасс прокладки подземных коммуникаций, таких как кабельные линии, трубопроводы и т.п., определения их местоположения, поперечных размеров, глубины залегания.

Известны радиолокационные способы дистанционного поиска местоположения подземных коммуникаций и определения их поперечного размера и глубины залегания в грунте [10, 11], заключающиеся в том, что на борту летательного аппарата помещают высокочастотный генератор импульсов и передающую антенну, приемник и принимающую антенну, блок управления антеннами, процессор с программным обеспечением и монитор, в процессе полета летательного аппарата осуществляют зондирование подповерхностного слоя земли зондирующими сигналами, принимают сигналы, отраженные от подповерхностных структур, обрабатывают и анализируют принятые сигналы и по результатам обработки определяют местоположение подземных коммуникаций, их поперечный размер и глубину залегания. К недостаткам метода, прежде всего, следует отнести все перечисленные выше недостатки однопозиционной радиолокации. В частности, следует отметить недостаточное разрешение в радиальном направлении, что приводит к погрешностям определения их местоположения, поперечных размеров, глубины залегания кабелей, трубопроводов и т.п. и, как следствие, ограничениям области применения данных способов.

Улучшить разрешение позволяет способ определения местоположения подземных объектов [12], заключающийся в том, что применяют радиолокатор с синтезированной апертурой, при этом на борту летательного аппарата помещают передатчики зондирующих сигналов, приемники, антенны для приема составляющей электромагнитного поля вертикальной поляризации и антенны составляющей электромагнитного поля горизонтальной поляризации, процессор с программным обеспечением и монитор, в процессе полета летательного аппарата осуществляют зондирование подповерхностного слоя земли зондирующими сигналами, принимают сигналы, отраженные от подповерхностных структур, обрабатывают и анализируют принятые сигналы и по результатам обработки определяют местоположение подземных коммуникаций. Однако возможности улучшения разрешающей способности, чувствительности к отраженным сигналам, помехозащищенности данного способа ограничены по сравнению с многопозиционной радиолокацией. А возможности разнесения антенн для данного способа ограничены размерами летательного аппарата.

Наиболее близким техническим решением к заявляемому является способ [13], заключающийся в том, что вертолет буксирует устройство генераторной петли. Передатчик, которым снабжено устройство генераторной петли, генерирует первичное электромагнитное поле. Приемник, которым снабжена гондола с высоким аэродинамическим сопротивлением, соединенная с устройством генераторной петли, принимает сигналы первичного электромагнитного поля и вторичного результирующего электромагнитного поля, возникающего в результате взаимодействия первичного поля с подземными проводящими объектами, над которыми перемещается вертолет, и по результатам совместной обработки принимаемых сигналов определяют местоположение подземных коммуникаций, их поперечный размер и глубину залегания в грунте. Данному способу также присущи все недостатки, характерные для радиолокации с одной приемной антенной. Кроме того, реализация данного способа требует подъема летательным аппаратом сооружения со значительными массогабаритными параметрами, что существенно увеличивает стоимость работ и эксплуатации поисковой системы, а это ограничивает область применения способа.

Сущностью предлагаемого изобретения является расширение области применения.

Эта сущность достигается тем, что согласно способу дистанционного поиска местоположения подземных коммуникаций и определения их поперечного размера и глубины залегания в грунте передатчик перемещают с помощью летательного аппарата, приемник с приемной антенной перемещают на заданном расстоянии от передатчика, с помощью передатчика генерируют первичное электромагнитное поле, с помощью приемника с приемной антенной принимают сигналы первичного электромагнитного поля и вторичного результирующего электромагнитного поля, возникающего в результате взаимодействия первичного поля с подземными проводящими объектами, над которыми перемещается летательный аппарат, и по результатам совместной обработки принимаемых сигналов определяют местоположение подземных коммуникаций, их поперечный размер и глубину залегания в грунте, при этом формируют рой беспилотных летательных аппаратов (БПЛА), соединенных каналами связи между собой и с центральной станцией управления, через каналы связи управляют траекторией полета БПЛА по заданным координатам в рое, взаимным расположением БПЛА в рое и высотой полета БПЛА над поверхностью земли в рое, на нескольких БПЛА помещают передатчики с передающими антеннами, на каждом из остальных приемных БПЛА в рое помещают приемники с приемными антеннами для приема компонент электромагнитного поля, с БПЛА с передатчиком и передающей антенной 4 генерируют первичное электромагнитное поле, на приемных БПЛА с помощью приемников с приемными антеннами принимают сигналы первичного электромагнитного поля и вторичного результирующего электромагнитного поля, возникающего в результате взаимодействия первичного поля с подземными проводящими объектами, над которыми перемещают рой БПЛА, данные координат БПЛА и принимаемые приемниками сигналы компонент электромагнитного поля от приемных БПЛА по каналам связи передают на центральную станцию управления, на которой их совместно обрабатывают и по результатам совместной обработки принимаемых сигналов компонент электромагнитного поля и данных координат БПЛА определяют местоположение подземных коммуникаций, их поперечный размер и глубину залегания в грунте, при этом в процессе поиска БПЛА в рое под управлением с центральной станции управления через каналы связи могут перестраиваться, изменяя направление, скорость, высоту и взаимное расположение БПЛА в рое для обеспечения оптимальных условий поиска и безопасности полета.

На фиг. 1 представлена структурная схема устройства для реализации заявляемого способа.

Устройство включает подземное протяженное металлическое сооружение 1, проложенное ниже поверхности земли 2, рой БПЛА 3, который включает БПЛА с передатчиком и передающей антенной 4 и приемные БПЛА с приемниками и приемными антеннами 5, каналы связи 6, центральную станцию 7 с блоком управления 8, блоком обработки 9 и блоком отображения 10. Все БПЛА 4 и 5 в рое БПЛА 3 связаны между собой и с центральной станцией 7 по каналам связи 6. Вход центральной станции 7 соединен с выходом блока управления 8 и входом блока обработки 9, первый выход которого соединен с входом блока управления 8, а второй выход - с входом блока отображения 10.

Устройство работает следующим образом. Под управлением блока управления 8 с центральной станции 7 через каналы связи 6 рой БПЛА 3, включающий БПЛА 4 и БПЛА 5, перемещается над поверхностью земли 2 на участке, на котором предположительно проложено подземное протяженное металлическое сооружение 1, по траекториям с заданными координатами, на заданных высотах, при заданном взаимном расположении БПЛА 4 и 5 в рое БПЛА 3. С БПЛА с передатчиком и передающей антенной 4 генерируется первичное электромагнитное поле. На приемных БПЛА с приемниками и приемными антеннами 5 с помощью приемников с приемными антеннами принимаются сигналы первичного электромагнитного поля и вторичного результирующего электромагнитного поля, возникающего в результате взаимодействия первичного поля с подземным протяженным металлическим сооружением 1, над которым перемещают рой БПЛА 3. Данные о координатах БПЛА 4 и 5 и принимаемые приемными БПЛА с приемниками и приемными антеннами 5 сигналы по каналам связи 6 передаются на вход центральной станции 7 на вход блока обработки 9, в котором они совместно обрабатываются, и по результатам обработки определяется местоположение подземного протяженного металлического сооружения 1, его поперечный размер и глубина залегания. Результаты обработки передаются со второго выхода блока обработки 9 на вход блока отображения 10, где они отображаются в удобной для оператора форме. По результатам обработки корректируются данные маршрута роя БПЛА 3, поправки передаются с первого выхода блока обработки на вход блока управления 9, который через каналы связи 6 корректирует направление, скорость, высоту и взаимное расположение БПЛА 4 и 5 в рое БПЛА 3 в целях обеспечения оптимальных условий поиска и безопасности полета.

В отличие от известного способа, которым является прототип, размещение передатчиков с передающими антеннами и приемников с приемными антеннами на БПЛА, которые образуют рой БПЛА с управляемыми параметрами полета - по заданной траектории с заданными координатами, на заданных высотах, с заданным взаимным расположением, - позволяет реализовать преимущества многопозиционной радиолокации, обеспечивая синхронизированный прием отраженных сигналов аппаратурой с разнесенных позиций, объединение и совместную обработку сигналов и информации с разнесенных позиций на центральной станции управления и определения по результатам местоположения подземных коммуникаций, их поперечных размеров и глубины залегания. Заявляемый способ дает возможность формирования сложных пространственных зон обзора с возможностью перестройки в зависимости от условий поиска. При этом повышается помехозащищенность, улучшается разрешающая способность, уменьшаются погрешности определения местоположения и параметров подземных коммуникаций. Следует отметить и повышение надежности функционирования системы поиска в целом. Важным преимуществом заявляемого способа по сравнению с прототипом является возможность применения «легких» БПЛА, поскольку он не требует подъема устройств, имеющих существенные массогабаритные параметры. Это обеспечивает снижение стоимости выполнения работ и эксплуатации поисковой системы. В целом, вышеуказанные преимущества позволяют расширить область применения заявляемого способа по сравнению с известным.

ЛИТЕРАТУРА

1. RU 2008/140595.

2. RU 2457531.

3. US 2014/249693.

4. US 4997144.

5. US 5340056.

6. US 5521817.

7. US 9104201.

8. Бакулев П.А. Радиолокационные системы. Учебник для вузов. - М.: Радиотехника, 2004.

9. RU 2332684.

10. RU 2256941.

11. RU 2451954.

12. US 2015/331097.

13. RU 2358294.

Способ дистанционного поиска местоположения подземных коммуникаций и определения их поперечного размера и глубины залегания в грунте, заключающийся в том, что передатчик перемещают с помощью летательного аппарата, приемник с приемной антенной перемещают на заданном расстоянии от передатчика, с помощью передатчика генерируют первичное электромагнитное поле, с помощью приемника с приемной антенной принимают сигналы первичного электромагнитного поля и вторичного результирующего электромагнитного поля, возникающего в результате взаимодействия первичного поля с подземными проводящими объектами, над которыми перемещается летательный аппарат, и по результатам совместной обработки принимаемых сигналов определяют местоположение подземных коммуникаций, их поперечный размер и глубину залегания в грунте, отличающийся тем, что формируют рой беспилотных летательных аппаратов (БПЛА), соединенных каналами связи между собой и с центральной станцией управления, через каналы связи управляют траекторией полета БПЛА по заданным координатам в рое, взаимным расположением БПЛА в рое и высотой полета БПЛА над поверхностью земли в рое, на нескольких БПЛА помещают передатчики с передающими антеннами, на каждом из остальных приемных БПЛА в рое помещают приемники с приемными антеннами для приема компонент электромагнитного поля, с БПЛА с передатчиком и передающей антенной генерируют первичное электромагнитное поле, на приемных БПЛА с помощью приемников с приемными антеннами принимают сигналы первичного электромагнитного поля и вторичного результирующего электромагнитного поля, возникающего в результате взаимодействия первичного поля с подземными проводящими объектами, над которыми перемещают рой БПЛА, данные координат БПЛА и принимаемые приемниками сигналы компонент электромагнитного поля от приемных БПЛА по каналам связи передают на центральную станцию управления, на которой их совместно обрабатывают, и по результатам совместной обработки принимаемых сигналов компонент электромагнитного поля и данных координат БПЛА определяют местоположение подземных коммуникаций, их поперечный размер и глубину залегания в грунте, при этом в процессе поиска БПЛА в рое под управлением с центральной станции управления через каналы связи могут перестраиваться, изменяя направление, скорость, высоту и взаимное расположение БПЛА в рое для обеспечения оптимальных условий поиска и безопасности полета.