Способ измерения скорости судна доплеровским лагом

Изобретение относится к области кораблевождения, а именно к способам и устройствам измерения абсолютной скорости судна. Достигаемый технический результат - повышение точности измерения скорости судна доплеровским лагом в условиях вертикального перемещения судна. Указанный технический результат достигается тем, что в доплеровском лаге, функционирующем по схеме "Янус", дополнительно измеряют направление и скорость вертикального перемещения судна в момент излучения зондирующих сигналов и в момент обнаружения эхо-сигналов, отраженных от дна, которые учитывают при вычислении скорости судна. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

 

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

Для повышения точности измерения скорости судна широко применяется схема «Янус» излучения зондирующих сигналов (ЗС) и приема эхо-сигналов (ЭС), отраженных от дна, по двум наклонным лучам, симметричным в вертикальной плоскости относительно вертикали и противоположно направленных в горизонтальной плоскости (фиг. 1).

На фиг. 1: V - скорость судна, - угол между направлением вертикально вниз и направлением излучения.

В основе схемы «Янус» лежит измерение доплеровской частоты ƒдоп как разности частот ЭС, отраженных от дна, полученных с двух направлений излучения ЗС:

где ƒЭС/нос, ƒЭС/корма - частоты эхо-сигналов, отраженных от дна и принимаемых по лучам, направленным под углом в нос и корму, соответственно. При отсутствии возмущений, обусловленных качкой и рысканием судна, ƒЭС/нос и ƒЭС/корма вычисляются по формулам [1]:

где

ƒЗС - частота ЗС;

с - скорость звука в воде.

Подставляя (2) в (1), получим:

Раскрывая скобки и выполняя очевидные преобразования, получим формулу для вычисления скорости судна [1, формула (2.8)]:

Как правило, на практике одновременно используются две схемы «Янус» во взаимно перпендикулярных направлениях, что позволяет определять две проекции скорости судна.

Одним из факторов, снижающих точность определения скорости судна доплеровским лагом, является вертикальное перемещение судна, обусловленное влиянием волнения для надводного судна либо рысканием по глубине для подводной лодки [1, 2].

Вертикальное перемещение судна в момент излучения зондирующего сигнала (ЗС) и приема эхо-сигнала (ЭС), отраженного от дна, приводит к дополнительным ошибкам измерения скорости, пропорциональным проекции скорости вертикального перемещения судна на направление излучения ЗС.

С учетом вертикального перемещения формулы (2) примут вид:

где Vверт/изл, Vверт/пр - скорости вертикального перемещения судна в момент излучения ЗС и приема ЭС, соответственно (положительная скорость соответствует перемещению вниз, отрицательная - вверх).

Подставляя (5) в (1), получим:

Раскрывая в (6) скобки и выполняя очевидные преобразования, получим формулу для вычисления скорости судна с учетом его вертикального перемещения:

Рассмотрим частный случай, когда скорости вертикального перемещения судна в момент излучения ЗС и приема ЭС равны по модулю, т.е. |Vверт/изл|=|Vверт/пр|:

Из формулы (8) следует, что при наличии вертикального перемещения судна к формуле (4) для вычисления скорости судна в отсутствии возмущений, добавляется еще одни сомножитель, основу которого составляет разность между единицей и отношением проекции скорости вертикального перемещения судна на направление излучения к скорости звука в воде. При разнонаправленном вертикальном перемещении судна в моменты излучения и приема сигнала этот сомножитель имеет первую степень, при однонаправленном - вторую.

Если при вычислении скорости судна не учитывать наличие его вертикального перемещения (т.е. применять формулу (4)), то при типовой скорости вертикального перемещения 2 м/с ошибка определения скорости судна составит 0,15% при разнонаправленном вертикальном перемещении судна в моменты излучения и приема сигнала и 0,25% при однонаправленном, что является достаточно большой величиной (например, при скорости судна 10 м/с ошибка будет равна 25 мм/с при типовой норме 10 мм/с). Отсюда следует вывод, что вертикальное перемещение судна при определении скорости судна доплеровским лагом необходимо учитывать.

В качестве прототипа выбран описанный в работе [1] способ измерения скорости судна доплеровским лагом, включающий одновременное излучение двух тональных зондирующих сигналов по двум наклонным симметричным в вертикальной плоскости относительно вертикального направления и разнонаправленным в горизонтальной плоскости лучам, формирование двух характеристик направленности для приема сигналов с направлений излучения, обнаружение в каждой сформированной характеристике направленности отраженного от дна эхо-сигнала и измерение его частоты, вычисление разности частот сигналов, измеренных на выходе двух сформированных характеристик направленности, с использованием которой по формуле (4) вычисление скорости судна. Блок схема способа-прототипа приведена на фиг. 2.

Решаемая задача предлагаемого способа - повышение качества кораблевождения.

Технический результат - повышение точности измерения скорости судна в условиях его вертикального перемещения.

Указанный технический результат достигается тем, что дополнительно к способу-прототипу измеряют направление и скорость вертикального перемещения судна в моменты излучения зондирующих сигналов и обнаружения эхо-сигналов, которые учитывают при вычислении скорости судна по формуле (7).

Как показано выше, реализация заявляемого способа при типовой скорости вертикального перемещения 2 м/с позволяет сократить ошибку определения скорости судна от 0,15% до 0,25% (например, при скорости судна 10 м/с повышение точности измерения скорости судна составит от 15 до 25 мм/с (при типовой норме точности измерения скорости судна 10 мм/с).

Таким образом, заявленный технический результат - повышение точности измерения скорости судна в условиях его вертикального перемещения - можно считать достигнутым.

Блок-схема реализации заявляемого способа приведена на фиг. 3.

Источники информации

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

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

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

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

5. Патент РФ №2439613. Гидроакустический доплеровский лаг с алгоритмом многоальтернативной фильтрации эхо-сигнала, основанным на использовании банка фильтров Калмана.

1. Способ измерения скорости судна доплеровским лагом, включающий одновременное излучение двух тональных зондирующих сигналов по двум наклонным лучам, симметричным в вертикальной плоскости относительно вертикального направления и противоположно направленным в горизонтальной плоскости, формирование двух характеристик направленности для приема сигналов с направлений излучения, обнаружение в каждой сформированной характеристике направленности отраженного от дна эхо-сигнала и измерение его частоты, вычисление разности частот сигналов, измеренных на выходе двух сформированных характеристик направленности, вычисление скорости судна с использованием вычисленной разности частот, отличающийся тем, что дополнительно измеряют направление и скорость вертикального перемещения судна в момент излучения зондирующих сигналов и в момент обнаружения эхо-сигналов, которые учитывают при вычислении скорости судна.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что учет направления и скорости вертикального перемещения судна в момент излучения зондирующих сигналов и в момент обнаружения эхо-сигналов осуществляют по формуле

,

где

V - скорость судна, м/с;

ψизл - угол между направлением излучения/приема каждого луча и направлением вертикально вниз, град;

- частота зондирующего сигнала, Гц;

- разность частот эхо-сигналов, отраженных от дна, обнаруженных на выходе двух характеристик направленности, Гц;

c - скорость звука в воде, м/с;

Vверт/изл, Vверт/пр - скорости вертикального перемещения судна в момент излучения зондирующих сигналов и в момент обнаружения эхо-сигналов, отраженных от дна, м/с (положительная скорость соответствует перемещению вниз, отрицательная - вверх).



 

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.

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.

Изобретение относится к области кораблевождения, а именно к способам и устройствам измерения абсолютной скорости судна. Достигаемый технический результат - повышение точности измерения скорости судна доплеровским лагом в условиях вертикального перемещения судна. Указанный технический результат достигается тем, что в доплеровском лаге, функционирующем по схеме Янус, дополнительно измеряют направление и скорость вертикального перемещения судна в момент излучения зондирующих сигналов и в момент обнаружения эхо-сигналов, отраженных от дна, которые учитывают при вычислении скорости судна. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

Наверх