Способ гидроакустического позиционирования автономного необитаемого подводного аппарата




Владельцы патента RU 2790529:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский государственный университет телекоммуникаций и информатики" (СибГУТИ) (RU)

Изобретение относится к области гидроакустической пеленгации и может быть использовано для навигации автономных необитаемых подводных аппаратов с использованием маяков-ответчиков. Сущность: в способе гидроакустического позиционирования автономного необитаемого подводного аппарата относительно источника гидроакустического навигационного сигнала в виде маяка-ответчика, размещенного на объекте подводного или надводного местоположения, повышают точность навигации в условиях малых наклонных расстояний между позиционируемыми объектами за счет введения в алгоритм позиционирования пяти дополнительных функционально связанных вычислительных процедур, позволяющих уменьшить алгоритмические погрешности вычисления угловых координат источника гидроакустического навигационного сигнала. Технический результат: повышение точности навигации в условиях малых наклонных расстояний между объектами позиционирования. 4 ил.

 

Изобретение относится к гидроакустике и может быть использовано для навигации автономных необитаемых подводных аппаратов с использованием маяков-ответчиков, устанавливаемых на различных подводных и надводных объектах.

Современные многоцелевые автономные необитаемые подводные аппараты (АНПА) представляют собой новый класс подводных робототехнических средств с присущими им задачами и практическим применением, особенностями технологии и составом систем. При этом системы, входящие в состав АНПА, отличаются большим разнообразием по назначению и физическим принципам работы с противоречивыми требованиями к технологии конструирования и внутренней системной организации.

Известен способ [1] гидроакустического позиционирования подводного объекта относительно судна обеспечения, ориентированный на минимально возможное, равное четырем, количество приемных трактов пеленгации и позволяющий определять координаты подводного объекта (источника навигационного сигнала) в трехмерном пространстве с достаточно высокой точностью.

В работе [2] даются оценки точностей позиционирования источника гидроакустического навигационного сигнала при использовании фазового пеленгатора с алгоритмом позиционирования (последовательностью действий) способа [1] на базе четырехэлементных пеленгационных антенн диаметрально-ортогональной (ДО) и пирамидальной геометрий.

В статье [3] предложена гидроакустическая навигационная система АНПА с амплитудно-модулированным навигационным сигналом и алгоритмом позиционирования способа [1], использующая четырехэлементные пеленгационные антенны ДО и пирамидальной геометрий, предназначенная для позиционирования АНПА относительно разнообразных по функциональному назначению объектов, оснащенных маяками-ответчиками гидроакустического навигационного сигнала и находящихся в двух областях водной среды, - автономных донных станций, донных станций мониторинга, придонных маяков-ответчиков, плавающих гидроакустических маяков, безэкипажных катеров-разведчиков, надводных роботизированных аппаратов. Указанная навигационная система по совокупности общих признаков может служить в качестве прототипа предлагаемого способа гидроакустического позиционирования АНПА.

В прототипе позиционирование АНПА относительно объекта с источником гидроакустического навигационного сигнала в виде маяка-ответчика осуществляется следующим образом.

АНПА оснащают эхолокационной системой для измерения расстояния до дна морской акватории, измерителем глубины погружения, формирователем запросного гидроакустического сигнала маяка-ответчика с тремя передающими антеннами 5 для излучения в верхней, нижней и передней полусферах водного пространства относительно корпуса АНПА, гидроакустическим фазовым пеленгатором с тремя четырехэлементными пеленгационными антеннами двух геометрий: двумя бортовыми антеннами 6 ДО геометрии (форма правильного параллелепипеда) для приема гидроакустического навигационного сигнала маяка-ответчика объекта позиционирования в верхней и нижней полусферах и носовой антенной 7 пирамидальной геометрии (форма правильной пирамиды) для приема гидроакустического навигационного сигнала маяка-ответчика объекта позиционирования в передней полусфере водного пространства (фиг.1). При этом в пеленгационных антеннах ДО геометрии обеспечивают ортогональное расположение двух пар приемных гидрофонов (1-2 и 3-4) в противоположных углах оснований правильного параллелепипеда (фиг.2а), ориентированного основаниями параллельно продольной оси АНПА и имеющего размер ребер оснований в два раза превышающий размер его боковых ребер, а в пеленгационной антенне пирамидальной геометрии реализуют расположение приемных гидрофонов в вершинах правильной пирамиды (фиг.2б), ориентированной основанием перпендикулярно продольной оси АНПА и имеющей размер ребер оснований (расстояние между приемными гидрофонами 2-3, 2-4, 3-4) в два раза превышающий ее высоту.

Исходя из приемлемой технологической установки пеленгационных антенн в корпусе АНПА среднего класса [4], выбора параметров навигационного сигнала и характера изменения погрешностей [2] определения угловых координат объекта позиционирования в пределах полусферы приема пеленгационной антенны, базовый установочный размер А (см. фиг.2) для пеленгационных антенн ДО и пирамидальной геометрий выбирают одинаковым.

Отсчет углов пеленга ϕ и места θ (см. фиг.2) при определении местоположения АНПА относительно приемопередающей антенны маяка-ответчика объекта позиционирования в системах координат вышеуказанных антенн АНПА иллюстрируется фиг.3, где на фиг.3а показан отсчет углов позиционирования ϕ и θ для носовой антенны 7, а на фиг.3б - отсчет углов позиционирования для бортовых антенн 6 АНПА.

Гидроакустический сигнал формирователя запросного сигнала маяка-ответчика АНПА излучают посредством передающей антенны 5 в полусферу водного пространства с ожидаемым или априорно известным присутствием объекта позиционирования и принимают посредством приемопередающей антенны маяка-ответчика на объекте позиционирования, находящемся в зоне акустического контакта с АНПА.

Излучают посредством приемопередающей антенны маяка-ответчика с объекта позиционирования в водную среду акватории гидроакустический навигационный сигнал с однотональной амплитудной модуляцией, в котором частоту Fm модулирующего гармонического сигнала выбирают из условия фазовой однозначности пеленгования [3]:

Fm≤Cmin 14A, где Cmin - минимальная скорость звука в морской воде, А - базовый установочный размер пеленгационных антенн.

На АНПА принимают и обрабатывают гидроакустический навигационный сигнал маяка-ответчика с определением параметров местоположения его приемопередающей антенны - пеленга ϕ, угла места θ и наклонного расстояния R в системе координат пеленгационной антенны соответствующей полусферы приема.

Пеленг ϕ и угол места θ приемопередающей антенны маяка-ответчика объекта позиционирования определяют с использованием следующих тригонометрических соотношений [3].

Носовая пеленгационная антенна передней полусферы приема:

Бортовые пеленгационные антенны верхней и нижней полусфер приема:

Переменные Δψ12, Δψ13, Δψ14 являются разностями фаз колебаний демодулированного амплитудно-модулированного навигационного сигнала маяка-ответчика объекта позиционирования для соответствующих пар парциальных трактов приема (выходов приемных гидрофонов 1-2, 1-3, 1-4 на фиг.2) пеленгационной антенны АНПА, измеряемыми, например, цифровым квадратурным методом [5] с соответствующими инструментальными погрешностями. Соотношения (1) (4) характеризуют функциональные зависимости алгоритма позиционирования способа [1] применительно к пеленгационным антеннам рассматриваемых геометрий.

Наклонное расстояние R между пеленгационной антенной АНПА и приемопередающей антенной маяка-ответчика объекта позиционирования рассчитывают по формулам:

где h1 - расстояние до дна морской акватории, измеренное в эхолокационной системе АНПА; h2 - глубина погружения АНПА, полученная от измерителя глубины погружения; θ - угол места приемопередающей антенны маяка-ответчика объекта позиционирования в системе координат пеленгационной антенны АНПА соответствующей полусферы приема, вычисленный с учетом зависимостей (2) или (4).

Погрешности оценок угловых координат ϕ и θ приемопередающей антенны маяка-ответчика объекта позиционирования обусловлены инструментальными погрешностями измерения разностей фаз Δψ12, Δψ13, Δψ14 колебаний демодулированного навигационного сигнала на выходах трех пар гидрофонов соответствующих пеленгационных антенн АНПА и погрешностями используемого алгоритма позиционирования, которые в дальнейшем будем именовать алгоритмическими погрешностями. Алгоритмические погрешности являются следствием реализационных ограничений при синтезе алгоритма позиционирования способа [1] и зависят от местоположения объекта позиционирования, а также геометрии и размеров пеленгационных антенн АНПА.

Для наклонных расстояний между АНПА и объектом позиционирования, превышающих 20 метров, влияние на точность пеленгования алгоритмических погрешностей на порядок меньше влияния инструментальных погрешностей измерения разностей фаз. Соизмеримое влияние на точность пеленгования алгоритмические погрешности оказывают при малых наклонных расстояниях (R < 10 м) между АНПА и объектом позиционирования, что нежелательно при решении задачи позиционирования с повышенной точностью, например, заведения АНПА в торпедный отсек подводной лодки, приведения АНПА к причальным устройствам подводных платформ техобслуживания или надводных роботизированных аппаратов.

Техническим результатом предлагаемого способа является повышение точности навигации в условиях малых наклонных расстояний между объектами позиционирования.

Данный технический результат достигается за счет того, что при позиционировании АНПА относительно источника гидроакустического навигационного сигнала в виде маяка-ответчика, размещенного на объекте позиционирования подводного или надводного местоположения, заключающемся в оснащении АНПА эхолокационной системой для измерения расстояния до дна морской акватории, измерителем глубины погружения, формирователем запросного гидроакустического сигнала маяка-ответчика с тремя передающими антеннами для излучения в верхней, нижней и передней полусферах водного пространства относительно корпуса АНПА, гидроакустическим фазовым пеленгатором с тремя четырехэлементными пеленгационными антеннами двух геометрий: двумя бортовыми антеннами ДО геометрии для приема гидроакустического навигационного сигнала маяка-ответчика объекта позиционирования в верхней и нижней полусферах водного пространства с ортогональным расположением двух пар приемных гидрофонов в противоположных углах оснований правильного параллелепипеда, ориентированного основаниями параллельно продольной оси АНПА и имеющего размер ребер оснований в два раза превышающий размер его боковых ребер, и носовой антенной пирамидальной геометрии для приема гидроакустического навигационного сигнала маяка-ответчика объекта позиционирования в передней полусфере водного пространства с расположением приемных гидрофонов в вершинах правильной пирамиды, ориентированной основанием перпендикулярно продольной оси АНПА и имеющей размер ребер основания в два раза превышающий ее высоту, при этом размер боковых ребер параллелепипеда и высоту пирамиды, определяющих базовый установочный размер пеленгационных антенн в корпусе АНПА, выбирают одинаковыми, в излучении с АНПА посредством передающей антенны в полусферу водного пространства с ожидаемым или априорно известным присутствием объекта позиционирования запросного гидроакустического сигнала маяка-ответчика, в приеме посредством приемопередающей антенны маяка-ответчика на объекте позиционирования, находящемся в зоне акустического контакта с АНПА, запросного гидроакустического сигнала маяка-ответчика, в излучении приемопередающей антенной маяка-ответчика с объекта позиционирования гидроакустического навигационного сигнала с однотональной амплитудной модуляцией, частоту модулирующего гармонического сигнала которого выбирают из условия фазовой однозначности пеленгования, в приеме и обработке гидроакустического навигационного сигнала маяка-ответчика на АНПА с определением параметров местоположения его приемопередающей антенны - пеленга, угла места и наклонного расстояния в системе координат пеленгационной антенны АНПА соответствующей полусферы приема на основе тригонометрических соотношений алгоритма позиционирования, вводят в алгоритм позиционирования, при обработке гидроакустического навигационного сигнала маяка-ответчика на АНПА, дополнительные функционально связанные процедуры, в которых для пеленгационной антенны АНПА соответствующей полусферы приема гидроакустического навигационного сигнала маяка-ответчика вычисляют: декартовы координаты приемопередающей антенны маяка-ответчика объекта позиционирования, расстояния от гидрофонов пеленгационной антенны до приемопередающей антенны маяка-ответчика объекта позиционирования, вспомогательные угловые координаты приемопередающей антенны маяка-ответчика объекта позиционирования, приближенные алгоритмические погрешности оценки угловых координат приемопередающей антенны маяка-ответчика объекта позиционирования и скорректированные угловые координаты приемопередающей антенны маяка-ответчика объекта позиционирования.

Существенным отличием предлагаемого способа является введение в алгоритм позиционирования прототипа пяти дополнительных функционально связанных процедур, позволяющих уменьшить алгоритмические погрешности вычисления угловых координат приемопередающей антенны маяка-ответчика объекта позиционирования и тем самым повысить точность навигации в условиях малых наклонных расстояний между АНПА и объектом позиционирования.

Совокупность действий в процессе позиционирования АНПА прототипа и дополнительно введенных функционально связанных процедур предлагаемого способа имеет причинно-следственную связь с достигаемым результатом, из чего можно заключить, что данный способ обладает новизной изобретательского уровня, так как явным образом не следует из известных технических решений, и пригоден для практического применения.

Предлагаемый способ поясняется чертежами.

Фиг. 1 иллюстрирует размещение антенн навигационной системы АНПА, где 5 - передающие антенны запросного сигнала; 6 - бортовые пеленгационные антенны ДО геометрии; 7 - носовая пеленгационная антенна пирамидальной геометрии.

Фиг.2 отображает системы координат и геометрические параметры пеленгационной антенны 6 ДО геометрии (фиг.2а) и пеленгационной антенны 7 пирамидальной геометрии (фиг.2б), где X,Y,Z - декартова система координат; А - базовый установочный размер антенн; ϕ - пеленг приемопередающей антенны объекта позиционирования; θ - угол места приемопередающей антенны объекта позиционирования; 1,2,3,4 - приемные гидрофоны пеленгационных антенн.

Фиг. 3 поясняет порядок отсчета углов позиционирования ϕ и θ в носовой 7 и бортовых 6 пеленгационных антеннах АНПА.

На фиг.4 показано возможное уменьшение максимальных алгоритмических погрешностей в зависимости от угла места позиционируемого объекта при навигации.

В основу предлагаемого способа позиционирования АНПА положено то обстоятельство, что зависимости погрешностей позиционирования от угловых координат объекта позиционирования, получаемые на основе соотношений (1) ÷ (4), являются гладкими функциями с непрерывными производными в области определения, у которых малые изменения аргумента приводят к малым изменениям функции. На этой основе предлагается модификация способа позиционирования прототипа, которая предполагает в своей реализации для пеленгационной антенны АНПА соответствующей полусферы приема навигационного сигнала маяка-ответчика объекта позиционирования следующие действия и функционально связанные вычислительные процедуры, позволяющие повысить точность позиционирования АНПА.

1. Измеряют в процессе позиционирования: разности фаз Δψ12, Δψ13, Δψ14 колебаний демодулированного амплитудно-модулированного навигационного сигнала маяка-ответчика объекта позиционирования для трех пар приемных трактов (гидрофонов) пеленгационной антенны, расстояние h1 от АНПА до дна морской акватории и глубину погружения h2 АНПА.

2. Вычисляют на основе соотношений (1) ÷ (4) угловые координаты приемопередающей антенны маяка-ответчика объекта позиционирования: пеленг ϕ и угол места θ, ас использованием формул (5) - наклонное расстояние R от пеленгационной антенны АНПА до приемопередающей антенны маяка-ответчика объекта позиционирования.

3. Вычисляют декартовы координаты х, у, z приемопередающей антенны маяка-ответчика объекта позиционирования:

4. Вычисляют для пеленгационной антенны АНПА с базовым установочным размером А (см. фиг.2) расстояния S1, S2, S3, S4 от приемных гидрофонов пеленгационной антенны до приемопередающей антенны маяка-ответчика объекта позиционирования.

Бортовые пеленгационные антенны верхней и нижней полусфер приема:

Носовая пеленгационная антенна передней полусферы приема:

5. Вычисляют вспомогательные угловые координаты ϕ0, θ0 приемопередающей антенны маяка-ответчика объекта позиционирования с составляющими только алгоритмической погрешности.

Бортовые пеленгационные антенны верхней и нижней полусфер приема:

Носовая пеленгационная антенна передней полусферы приема:

6. Вычисляют приближенные алгоритмические погрешности ΔϕА, ΔθА оценки угловых координат приемопередающей антенны маяка-ответчика объекта позиционирования:

7. Вычисляют скорректированные угловые координаты ϕск, θск приемопередающей антенны маяка-ответчика объекта позиционирования с уменьшенными алгоритмическими погрешностями:

При технической реализации предлагаемого способа для оснащения АНПА и объектов позиционирования могут быть использованы как промышленно выпускаемые устройства и системы, так и необходимое специализированное оборудование, изготовленное под конкретные типы АНПА и объекты позиционирования.

Так, например, необходимое для реализации предлагаемого способа оснащение АНПА можно осуществить с использованием:

- эхолокационной системы на базе навигационного эхолота Echopilot FLS 3D [6];

- измерителя глубины погружения на основе тензопреобразователя КНС типа [7];

- формирователя запросного сигнала маяка-ответчика, реализованного на базе флэш-плеера Transcend МР330 [8] и усилителя мощности TDA7250 [9];

- трех передающих антенн для излучения запросного сигнала маяка-ответчика, использующих гидроакустические преобразователи фирмы Брюль и Къер типа 8104 [10];

- оборудования гидроакустической навигационной системы прототипа [3] с фазовым пеленгатором, схемотехническая реализация которого рассмотрена в патенте [1].

Маяк-ответчик с однотональным амплитудно-модулированным навигационным сигналом для оснащения объектов позиционирования может быть реализован на базе флэш-плеера Transcend МР330 [8], усилителя мощности TDA7250 [9], приемоизлучающего гидроакустического преобразователя фирмы Брюль и Къер типа 8104 [10], коммутатора сигналов К176КТ1 [11] и микроконтроллера ADUC841BSZ62-5 [12].

В качестве примера эффективности предлагаемого способа на фиг.4 для пеленгационных антенн АНПА с базовым установочным размером А = 0.06 м показано расчетное уменьшение (в разах) максимальных алгоритмических погрешностей в зависимости от угла места позиционируемого объекта в области пеленгов ϕ ∈ 0°…360° относительно курса АНПА при наклонных расстояниях до объекта позиционирования R = 2 и 5 м, определяемых с погрешностью ±2%, и погрешности инструментального измерения разностей фаз Δψ12, Δψ13, Δψ14 колебаний демодулированного навигационного сигнала равной ±0.2°.

Представленные на фиг.4 зависимости показывают возможность значительного (до 34 раз) уменьшения алгоритмических погрешностей позиционирования в условиях малых наклонных расстояний между АНПА и объектом позиционирования, что позволяет повысить точность навигации, свидетельствуя о достижении заявляемого технического результата и целесообразности применения предлагаемого способа позиционирования в бортовой навигационной системе АНПА.

Кроме того, предлагаемый способ позиционирования оказывается востребованным на этапе предэксплуатационной градуировки антенн указанных геометрий гидроакустического фазового пеленгатора навигационной системы АНПА, выполняемой в лабораторных условиях по нестандартизованным методикам проверки функциональных элементов навигационного оборудования АНПА.

Таким образом, предлагаемый способ позиционирования может быть использован при решении задач высокоточного приведения автономных необитаемых подводных аппаратов к объектам причаливания различного вида и функционального назначения. Техническая реализация способа не требует дополнительных аппаратурных затрат, так как выполняется на программном уровне. Способ позиционирования хорошо интегрируется в общую структуру навигационного комплекса автономного необитаемого подводного аппарата, не требуя значительных вычислительных ресурсов бортовой вычислительной системы. Возможность применения способа при лабораторной оценке точностных характеристик фазовых пеленгаторов рассмотренной структуры указывает на его дополнительную практическую востребованность.

Список использованных источников

1. Патент РФ 2709100, МПК G01S 1/72. Способ определения местоположения подводного объекта / В.Г. Арсентьев, Г.И. Криволапое, А.Е. Малашенко, Д.Д. Минаев. - Заявка 2018122532, заявлено 19.06.2018, опубликовано 16.12.2019. Бюл. №35.

2. Арсентьев В.Г., Криволапое Г.И. О влиянии геометрических параметров антенны на характеристики гидроакустического фазового пеленгатора // Вестник СибГУТИ. Новосибирск. 2019. №1. С.92- 101.

3. Арсентьев В.Г., Криволапов Г.И. Гидроакустическая навигационная система автономного необитаемого подводного аппарата // Сборник материалов российской научно-технической конференции «Современные проблемы телекоммуникаций». Новосибирск, апрель 2021. С.159 - 168 [Электронный ресурс] // URL: https://sibsutis.ru/workgroups/w/group/46/files/Материалы Конференций/РНТК-2021 (дата обращения: 20.12.2021).

4. ГОСТ Р 56960-2016. Аппараты необитаемые подводные. Классификация. Введен 01.04.2017. - М.: Стандартинформ. 2016. - 7 с.

5. Арсентьев В.Г., Криволапов Г.И. Измерение разности фаз гармонических сигналов в линейных трактах с квазибелым шумом // Вестник СибГУТИ. Новосибирск. 2019. №2. С.21-31.

6. Навигационный эхолот Echopilot FLS 3D [Электронный ресурс] // URL: https://seacomm.ru/catalog/593/9884 (дата обращения: 20.12.2021).

7. Сенсоры физических величин [Электронный ресурс] // URL: http://www.zaovip.ru/products/kns1/(дата обращения: 20.12.2021).

8. Портативные плееры [Электронный ресурс] // URL: https://headphonesbest.ru/portativnyj -pleer/14941top-15-luchshix-portativnyx-mp3-pleerov.html (дата обращения: 20.12.2021).

9. Усилитель TDA7250 [Электронный ресурс] // URL: http://www.radiomaster.net/pdf/audio/us_mos.pdf (дата обращения: 20.12.2021).

10. Гидрофоны: типы 8101-8106 [Электронный ресурс] // URL: http://asm-tm.ru/wp-content/uploads/2014/08/8101-8106-Gidrofony-NEW-PD.pdf (дата обращения: 20.12.2021).

11. Микросхема коммутатора сигналов К176КТ1 [Электронный ресурс] // URL: https://www.microshemca.ru/M.K176KT1 (дата обращения: 20.12.2021).

12. Микроконтроллер ADUC841BSZ62-5 [Электронный ресурс] // URL: https://www.chipdip.ru/product/aduc841bsz62-5 (дата обращения: 20.12.2021).

Способ гидроакустического позиционирования автономного необитаемого подводного аппарата относительно источника гидроакустического навигационного сигнала в виде маяка-ответчика, размещенного на объекте позиционирования подводного или надводного местоположения, заключающийся в оснащении автономного необитаемого подводного аппарата эхолокационной системой для измерения расстояния до дна морской акватории, измерителем глубины погружения, формирователем запросного гидроакустического сигнала маяка-ответчика с тремя передающими антеннами для излучения в верхней, нижней и передней полусферах водного пространства относительно корпуса автономного необитаемого подводного аппарата, гидроакустическим фазовым пеленгатором с тремя четырехэлементными пеленгационными антеннами двух геометрий: двумя бортовыми антеннами диаметрально-ортогональной геометрии для приема гидроакустического навигационного сигнала маяка-ответчика объекта позиционирования в верхней и нижней полусферах водного пространства с ортогональным расположением двух пар приемных гидрофонов в противоположных углах оснований правильного параллелепипеда, ориентированного основаниями параллельно продольной оси автономного необитаемого подводного аппарата и имеющего размер ребер оснований, в два раза превышающий размер его боковых ребер, и носовой антенной пирамидальной геометрии для приема гидроакустического навигационного сигнала маяка-ответчика объекта позиционирования в передней полусфере водного пространства с расположением приемных гидрофонов в вершинах правильной пирамиды, ориентированной основанием перпендикулярно продольной оси автономного необитаемого подводного аппарата и имеющей размер ребер основания, в два раза превышающий ее высоту, при этом размер боковых ребер параллелепипеда и высоту пирамиды, определяющих базовый установочный размер пеленгационных антенн в корпусе автономного необитаемого подводного аппарата, выбирают одинаковыми, в излучении с автономного необитаемого подводного аппарата посредством передающей антенны в полусферу водного пространства с ожидаемым или априорно известным присутствием объекта позиционирования запросного гидроакустического сигнала маяка-ответчика, в приеме посредством приемопередающей антенны маяка-ответчика на объекте позиционирования, находящемся в зоне акустического контакта с автономным необитаемым подводным аппаратом, запросного гидроакустического сигнала маяка-ответчика, в излучении приемопередающей антенной маяка-ответчика с объекта позиционирования гидроакустического навигационного сигнала с однотональной амплитудной модуляцией и частотой Fm модулирующего гармонического сигнала, удовлетворяющей условию фазовой однозначности пеленгования: Fm≤Cmjn/4А, где Cmin - минимальная скорость звука в морской воде, А - базовый установочный размер пеленгационных антенн, в приеме и обработке гидроакустического навигационного сигнала маяка-ответчика на автономном необитаемом подводном аппарате с определением параметров местоположения его приемопередающей антенны - пеленга ϕ, угла места θ и наклонного расстояния R в системе координат пеленгационной антенны автономного необитаемого подводного аппарата соответствующей полусферы приема на основе следующих тригонометрических соотношений:

носовая пеленгационная антенна передней полусферы приема

бортовые пеленгационные антенны верхней и нижней полусфер приема

для бортовой антенны верхней полусферы приема,

для бортовой антенны нижней полусферы приема,

где переменные Δψ12, Δψ13, Δψ14 являются измеряемыми разностями фаз колебаний демодулированного амплитудно-модулированного навигационного сигнала маяка-ответчика объекта позиционирования для соответствующих пар парциальных трактов приема пеленгационной антенны, h1 - расстояние до дна морской акватории, измеренное в эхолокационной системе автономного необитаемого подводного аппарата, h2 - глубина погружения автономного необитаемого подводного аппарата, полученная от измерителя глубины погружения, отличающийся тем, что при обработке гидроакустического навигационного сигнала маяка-ответчика на автономном необитаемом подводном аппарате в алгоритм позиционирования вводят дополнительные функционально связанные процедуры, в которых для пеленгационной антенны автономного необитаемого подводного аппарата соответствующей полусферы приема гидроакустического навигационного сигнала маяка-ответчика вычисляют

- декартовы координаты х, у, z приемопередающей антенны маяка-ответчика объекта позиционирования:

- расстояния S1, S2, S3, S4 от гидрофонов пеленгационной антенны до приемопередающей антенны маяка-ответчика объекта позиционирования:

носовая пеленгационная антенна передней полусферы приема

бортовые пеленгационные антенны верхней и нижней полусфер приема

где А - базовый установочный размер пеленгационных антенн выбранных геометрий, определяемый местом их установки в корпусе автономного необитаемого подводного аппарата;

- вспомогательные угловые координаты ϕ0, θ0 приемопередающей антенны маяка-ответчика объекта позиционирования:

носовая пеленгационная антенна передней полусферы приема

бортовые пеленгационные антенны верхней и нижней полусфер приема

- приближенные алгоритмические погрешности ΔϕА, ΔθА оценки угловых координат приемопередающей антенны маяка-ответчика объекта позиционирования:

- скорректированные угловые координаты ϕск, θск приемопередающей антенны маяка-ответчика объекта позиционирования:



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области испытаний радиотехнических систем (РТС) пассивного траекторного слежения за летательными аппаратами (ЛА) по излучению их бортовых радиоэлектронных средств (БРЭС). Сущность заявленного технического решения заключается в том, что сигналы БРЭС имитируются аппаратурой, установленной на земле, с возможностью перемещения в угломестной плоскости по заданной программе, а испытываемая РТС размещена на поворотной платформе, обеспечивающей ее вращение в азимутальной плоскости по заданной программе.

Использование: изобретение относится к области натурных испытаний автономных необитаемых подводных аппаратов и может быть использовано для проверки точности их навигации и траекторных возможностей подводного передвижения, в значительной мере определяющих сферу применения подводных аппаратов и категорию решаемых с их помощью задач.

Использование: изобретение относится к области подводной навигации, в частности к гидроакустическим навигационным средствам для определения местоположения и приема информационных сообщений подводными объектами, движущимися в глубоком море. Сущность: приемник размещается на борту объекта навигации, оснащенного бортовой системой управления и способного выходить на ось подводного звукового канала.

Использование: изобретение относится к способам освещения подводной обстановки, а конкретно к способам отображение информации в пассивных низкочастотных гидроакустических станциях (ГАС) с гибкими протяженными буксируемыми антеннами (ГПБА). Сущность: в способе осуществляется синхронный набор дискретных реализаций сигналов на выходе всех приемных элементов ГПБА; путем двумерного быстрого преобразования Фурье вычисляются узкополосные комплексные спектры сигналов, соответствующих разным курсовым углам (вееру курсовых углов); путем суммирования квадратов действительных и мнимых частей узкополосных комплексных спектров вычисляются энергетические спектры сигналов, соответствующих разным курсовым углам; несколько последовательных реализаций энергетических спектров, соответствующих одноименным курсовым углам, накапливаются; в каждом накопленном энергетическом спектре методом двустороннего контраста выделяются ДС с определением их курсового угла, частоты и уровня; на индикаторе в координатах "курсовой угол (по горизонтали) - частота (по вертикали) - амплитуда (яркостью либо цветом)" на ДС, выделенные на предыдущих циклах накопления, со сдвигом на один пиксель по частоте накладываются ДС, выделенные на текущем цикле накопления, с учетом их курсовых углов, частот и уровней.

Использование: изобретение относится к области гидроакустики и предназначено для предупреждения о возможном столкновении с морским объектом, обнаруженным по шумовому полю. Сущность: способ применим для режима шумопеленгования гидроакустического комплекса, осуществляющего прием шумового сигнала объекта гидроакустической антенной, определение отношения сигнала к помехе в совокупности частотных диапазонов, определение направлений на объект и мощностей сигнала в последовательные моменты времени, определение угловой скорости объекта.

Использование: изобретение относится к области гидроакустики, конкретно - к пассивной гидролокации, а также может быть использовано в атмосферной акустике и пассивной радиолокации. Сущность: в способе пассивного определения координат источников излучения, содержащем прием сигнала широко-апертурной приемной системой из М разнесенных антенн (М≥3) в зоне Френеля, предварительную обработку, задание поля индикации с границами «αmin, αmax; Dmin, Dmax», и с координатной сеткой «направление α - дальность D»:: αр, Dq (р=1, …Р, g=1, …Q), с границами поля наблюдения «αmin<αp<αmax; Dmin≤Dq≤Dmax» и Р×Q-канальную меж-антенную обработку, с координатной сеткой и линейными шкалами α (градус) и D (метр), введены новые признаки: для каждой pq-й ячейки индикаторной таблицы определяют виртуальную точку фокусировки приемной системы Rpq с координатами <αр, rq>, совпадающую по направлению с αр и отличающуюся по дальности: rq≠Dq, но связана с Dq нелинейной зависимостью, приемную систему фокусируют в точку Rpq, формируют индикаторную таблицу, для чего в каждой pq-й ячейке определяют значения взаимной корреляции Cmn(τmnR(pq)) всех пар антенн и считывают значений измеренных ПВКФ Cmn(τ) в точках τ=τmnR(pq), заполняя этими значениями ячейки индикаторной таблицы путем суммирования по индексу mn удвоенных значений Cmn(τmnR(pq)) и выходных значений квадратичного детектирования сигналов с выходов антенн и, полученную таким образом индикаторную таблицу выводят на индикатор с координатной сеткой и шкалами а координаты источников излучения определяют по положению главных максимумов их сигнальных отметок на шкалах координатной сетки.

Использование: изобретение относится к области гидроакустики, а именно к способам и устройствам локализации шумящих в море объектов по их шумоизлучению, и может быть использовано для решения задачи определения глубины погружения шумящего в море объекта. Сущность: в способе предварительно формируют таблицу зависимости задержек от глубины погружения шумящего в море объекта в текущих гидролого-акустических условиях.

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано для определения направления прихода радиосигналов. Требуемый технический результат, заключающийся в повышении быстродействия и обеспечении равномерной во всем диапазоне пространственных углов точности определения направления прихода радиосигнала, а также в расширении арсенала технических средств, достигается в способе, основанном на регистрации сигналов элементами приемной антенной решетки, отличающийся тем, что используют сигналы N=4 ненаправленных или одинаково направленных элементов антенной решетки, фазовые центры которых лежат в вершинах правильного тетраэдра на расстоянии R от центра тетраэдра, где R - радиус описанной сферы, и формируют измеренный вектор полных фаз на N антенных элементах, трехмерные координаты которых заданы матрицей координат, определяют трехмерный волновой вектор k прихода плоской электромагнитной волны , откуда пеленг θ и угол места β определяют из соотношений: θ=arctg(kx/ky), β=arcsin(kz/|k|).

Использование: гидроакустика, в системах шумопеленгования и контроля подводной обстановки, обеспечивающего обнаружение и локализацию подводных аппаратов по шумоизлучению. Сущность: в океанической среде волноводная дисперсия и многомодовое распространение звука приводят к формированию устойчивой интерференционной картине (интерферограмме) шумового поля источника.

Использование: изобретение относится к области гидроакустики и предназначено для обработки шумового сигнала объекта в целях его последующей классификации в том случае, когда сигнал объекта обнаружен разными гидроакустическими системами, находящимися на общем носителе, антенны которых разнесены в пространстве.
© Патентный поиск, поиск патентов на изобретения - FindPatent.RU 2012-2024
Политика конфиденциальности 2022-04-12 2023-02-22T08:20:25
Наверх