Способ измерения скорости судна доплеровским лагом

Изобретение относится к области кораблевождения, а именно к способам и устройствам измерения абсолютной скорости судна. Одним из условий безопасного кораблевождения является постоянный контроль абсолютной (относительно дна) скорости судна и расстояния до дна. Технический результат - повышение точности измерения доплеровским лагом расстояния до дна. Указанный технический результат достигается тем, что следом за излучением доплеровским лагом тонального зондирующего сигнала с большой длительностью излучается широкополосный зондирующий сигнал с малой длительностью. В результате по отраженному от дна тональному сигналу с высокой точностью определяется частота эхосигнала и, как следствие, скорость судна, а по отраженному от дна широкополосному сигналу с высокой точностью определяется время распространения сигнала до дна и обратно и, как следствие, расстояние до дна. 2 ил.

 

Изобретение относится к области кораблевождения, а именно к способам и устройствам измерения скорости судна доплеровским методом.

Одним из условий безопасного кораблевождения является постоянный контроль абсолютной (относительно дна) скорости судна и глубины под килем с использованием гидроакустического доплеровского лага (ДЛ) [1-6].

Глубина под килем измеряется при помощи эхолота [4-6].

Как ДЛ, так и эхолот являются дорогостоящими устройствами, особенно при плавании в глубоководных районах, когда необходимо использовать относительно низкие частоты и, как следствие, иметь приемно-излучающую антенну больших габаритов. Поэтому было бы целесообразно использовать в качестве измерителя скорости судна и глубины под килем одно универсальное устройство - лаг-эхолот.

Совмещение функций ДЛ и эхолота в одном устройстве известно. Например, в ДЛ, описанном в изобретении [3], сначала измеряется глубина под килем, затем с использованием измеренной глубины рассчитывается допустимая длительность тонального сигнала, применяемого для измерения скорости судна. Недостатком такого технического решения является невозможность отслеживания изменения глубины под килем (т.е. рельефа дна) в процессе движения судна.

Для отслеживания рельефа дна необходимо глубину под килем измерять одновременно с измерением скорости судна. Но для этого нужно разрешить техническое противоречие между ДЛ и эхолотом. Оно состоит в том, что в ДЛ для обеспечения высокой точности измерения скорости судна используется тональный зондирующий сигнал (ЗС) большой длительности, определяемой по приближенной формуле [1]:

ТТС - длительность тонального ЗС, с;

Hdno - глубина под килем, м;

Czv - средняя скорость распространения ЗС, м/с.

При использовании ЗС такой длительности среднеквадратическая ошибка (СКО) , измерения глубины составит

т.е. 33% от измеряемой глубины. Естественно, такая ошибка для практического использования неприемлема.

Для уменьшения ошибки измерения глубины необходимо вместо тонального зондирующего сигнала использовать сложный широкополосный сигнал с полосой частот ΔƒШС и малой длительностью ТШС, разрешение которого по времени (а следовательно и по глубине) пропорционально обратной величине его полосы частот. В результате СКО определения расстояния до дна будет определяться по формуле:

Например, при типовом значении ΔƒШС=1 кГц СКО определения расстояния до дна составит порядка 0,2 м, что достаточно для практического использования.

В качестве прототипа выберем описанный в работе [1] и поясненный условной блок-схемой (фиг. 1) способ измерения скорости судна доплеровским лагом, включающий излучение под наклоном ψизл тонального зондирующего сигнала с длительностью ТТС; формирование характеристики направленности (ХН) для приема сигнала с направления излучения; вычисление спектра сигнала, поступающего с выхода сформированной ХН, на интервале длительности ТТС с перекрытием не менее чем на 50% относительно предыдущего интервала той же длительности; выполнение процедуры обнаружения эхосигнала в вычисленном спектре. В случае обнаружения эхосигнала (ЭС) осуществляется определение его частоты и с ее использованием вычисление скорости судна по формуле:

где

ƒЗС - частота тонального ЗС, Гц;

ƒЭС - частота эхосигнала (ЭС), Гц;

V - скорость судна, м/с;

ψизл - угол между направлением излучения ЗС и направлением вертикально вниз, град (как правило, ψизл=30°);

Процедуры, реализуемые в блоках 3 и 4, повторяются на интервале времени

где Hmax - максимальная глубина под килем, м.

Решаемая техническая проблема - расширение функций ДЛ.

Технический результат - повышение точности измерения доплеровским лагом расстояния до дна.

Указанный технический результат изобретения достигается тем, что следом за излучением доплеровским лагом тонального ЗС (далее - тональный сигнал) с большой длительностью ТТС, рассчитанной по формуле (1), дополнительно излучается широкополосный зондирующий сигнал (далее - широкополосный сигнал) с полосой частот ΔƒШС и с малой длительностью ТШС. В результате по отраженному от дна тональному сигналу с высокой точностью определяется скорость судна, а по широкополосному сигналу - расстояние до дна.

Полоса частот ΔƒШС широкополосного сигнала определяется с учетом формулы (3), исходя из заданной точности измерения глубины и полосы пропускания излучающей антенны. Длительность широкополосного сигнала ТШС определяется исходя из примерного равенства помехоустойчивости обнаружения тонального и широкополосного сигналов, что имеет место при выполнении условия

Блок-схема заявляемого способа изображена на фиг. 2.

В блоке 1 осуществляется излучение тонального зондирующего сигнала, состоящего из тонального сигнала с большой длительностью ТТС и следующего непосредственно за ним широкополосного сигнала с полосой ΔƒШС и с малой длительностью ТШС.

В блоке 2 выполняется формирование характеристики направленности для приема сигнала с направления излучения.

В блоке 3 осуществляется вычисление спектра сигнала на последовательных перекрывающихся не менее чем на 50% интервалах времени длительности ТТС.

В блоке 4 выполняется процедура обнаружения тонального эхосигнала в каждом вычисленном спектре. В случае обнаружения тонального ЭС определяется его частота и с ее использованием по формуле (3) вычисляется скорость судна.

В блоке 5 вычисляется мощность широкополосного сигнала в полосе ΔƒШС на каждом из перекрывающихся интервалов времени длительности ТШС.

В блоке 6 выполняется процедура обнаружения широкополосного эхосигнала методом временного контраста [1] на каждом из перекрывающихся интервалов времени длительности ТШС. В случае обнаружения широкополосного ЭС вычисляется разность ΔT времен его обнаружения и излучения и с использованием этой разности вычисляется расстояние до дна (глубина под килем) по формуле:

Таким образом, обеспечивается одновременное измерение скорости судна и глубины под килем и, как следствие, отслеживание рельефа дна.

Технический результат подтвержден имитационным моделированием.

Источники информации:

1. Виноградов К.А., Кошкарев В.Н., Осюхин Б.А., Хребтов А.А. Абсолютные и относительные лаги // Л.: Судостроение, 1990.

2. Хребтов А.А., Виноградов К.А., Кошкарев В.Н., и др. Судовые измерители скорости // Л.: Судостроение, 1978.

3. Патент РФ №2439613. Гидроакустический доплеровский лаг с алгоритмом многоальтернативной фильтрации эхосигнала, основанным на использовании банка фильтров Калмана.

4. Богородский В.В. и др. Гидроакустическая техника исследования и освоения океана // Л.: Гидрометиздат, 1984, 264 с.

5. Гидроакустические навигационные средства. Под ред. В.В. Богородского // Л.: Судостроение, 1983. 262 с.

6. Виноградов К.А., Новиков И.А., Гидроакустические навигационные системы и средства // Навигация и гидрография, 1999, №7.

Способ измерения скорости судна доплеровским лагом, включающий излучение под наклоном ко дну тонального зондирующего сигнала с большой длительностью, формирование характеристики направленности для приема сигнала с направления излучения, обнаружение отраженного от дна эхосигнала с большой длительностью на выходе сформированной характеристики направленности, определение частоты обнаруженного эхосигнала с большой длительностью, с использованием которой вычисляют скорость судна, отличающийся тем, что при излучении вслед за тональным сигналом с большой длительностью дополнительно излучают широкополосный зондирующий сигнал с малой длительностью, при приеме эхосигнала одновременно с обнаружением тонального эхосигнала с большой длительностью на выходе сформированной характеристики направленности осуществляют обнаружение широкополосного эхосигнала с малой длительностью, определяют разность времен между моментами обнаружения и излучения широкополосного зондирующего сигнала с малой длительностью и с использованием этой разности времен вычисляют расстояние до дна.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области кораблевождения, а именно к способам и устройствам измерения абсолютной скорости судна. Одним из условий безопасного кораблевождения является постоянный контроль абсолютной (относительно дна) скорости судна и расстояния до дна.

Настоящее изобретение относится к области гидролокации и направлено на повышение эффективности определения основных параметров обнаруженной цели. Использование совместной обработки принятого эхосигнала по вертикальным и горизонтальным каналам позволит автоматически определять глубину погружения цели по одному циклу излучения прием на фоне поверхностной и донной реверберации и не только по неподвижным объектам.

Изобретение относится к области кораблевождения, а именно к способам и устройствам измерения абсолютной скорости судна. Решаемая техническая проблема - увеличение надежности и точности работы доплеровского лага без значительного увеличения цены и габаритов аппаратуры.

Изобретение относится к области кораблевождения, а именно к способам и устройствам измерения абсолютной скорости судна. Решаемая техническая проблема - уменьшение погрешности измерения собственной скорости судна и увеличение предельной глубины работы лага без увеличения цены и габаритов аппаратуры.

Изобретение относится к области кораблевождения, а именно к способам и устройствам измерения абсолютной скорости судна. Достигаемый технический результат - повышение надежности обнаружения эхосигналов, отраженных от морского дна, при наличии во входном сигнале, кроме эхосигналов, отраженных от дна, также эхосигналов, отраженных от водных звукорассеивающих слоев.

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к способам измерения путевой скорости транспортных средств с использованием эффекта Доплера для электромагнитных волн.

Изобретение относится к медицинской технике, а именно к ультразвуковым системам диагностической визуализации. Система формирует отображения спектральной допплерографии потока для анатомических местоположений, выбранных из изображения от цветового картирования потока и содержит зонд с массивом ультразвуковых преобразователей, формирователь лучей, который управляет направлениями, в которых лучи передаются зондом, допплеровский процессор, дисплей, на котором одновременно отображаются изображения цветового допплеровского картирования потока и спектральной допплерографии, пользовательский элемент управления, процессор положения и угла отклонения цветовой рамки, реагирующий на допплеровские сигналы для автоматического изменения положения цветовой рамки в изображении цветового допплеровского картирования потока относительно потока в кровеносном сосуде, когда пользователь манипулирует элементом управления, осуществляя перемещение из одного указанного положения в другое.

Изобретение относится к области морской навигации и судовождения по ведущему кабелю, а также к подводным навигационным системам с гидроакустическими маяками-ответчиками, и может быть использовано для разработки технических средств навигационного обеспечения, связи и управления надводных и подводных объектов навигации в стесненных условиях плавания, преимущественно в арктических и прилегающих к ним акваториях, в частности на Северном морском пути (СМП).

Использование: изобретение относится к области гидроакустики и может быть использовано для измерения параметров положения объекта, обнаруженного на дне с использованием гидролокатора ближнего действия.

Использование: изобретение относится к области гидроакустики и может быть использовано для измерения высоты объекта над уровнем дна. Сущность: гидроакустический способ определения пространственных характеристик объекта, содержащий излучение зондирующего сигнала в момент времени t, приема эхосигнала tэхо, определяется дистанция D до объекта по величине временной задержки и известной скорости распространения звука С, после излучения измеряют уровень объемной реверберации U0, определяют порог обнаружения Uпор., измеряют tнач время начала эхосигнала, при котором впервые амплитуда эхосигнала Аоб превысила порог Аоб>Uпор и определяют дистанцию D0=0,5 С tнач, измеряют момент времени последней амплитуды эхосигнала tпос, при котором минимальная амплитуда эхосигнала от объекта Аоб>Uпор, определяют момент времени начала тени tтени, при котором выполняется условие U0≥Атен и tтени>tпос, определяют момент времени окончания тени tкон.т, при котором Uпор>Аоб≥U0, определяют дистанцию до момента окончания тени Dтени=0,5 С tкон.т, определяют глубину от гидролокатора до дна Hдна, а высоту объекта определяют по формуле .

Изобретение относится к области кораблевождения, а именно к способам и устройствам измерения абсолютной скорости судна. Одним из условий безопасного кораблевождения является постоянный контроль абсолютной скорости судна и расстояния до дна. Технический результат - повышение точности измерения доплеровским лагом расстояния до дна. Указанный технический результат достигается тем, что следом за излучением доплеровским лагом тонального зондирующего сигнала с большой длительностью излучается широкополосный зондирующий сигнал с малой длительностью. В результате по отраженному от дна тональному сигналу с высокой точностью определяется частота эхосигнала и, как следствие, скорость судна, а по отраженному от дна широкополосному сигналу с высокой точностью определяется время распространения сигнала до дна и обратно и, как следствие, расстояние до дна. 2 ил.

Наверх