RU2330310C1 - Method for determining route and depth of underwater cable-laying - Google Patents

Abstract

FIELD: measuring instruments.

SUBSTANCE: device for implementing the inventive method comprises floating craft 1, echo depth sounder 2, converter 3, control cable 4, processing unit 5, system 6 of receiving antennas, receiving antennas 7, underwater cable 8, bottom 9 of a body of water, control unit 10, receiving antennas 11 and 12 having a circular and a cardioid directional patterns respectively.

EFFECT: increasing the jam resistance and the accuracy of determining the route and the depth of underwater cable-laying in the bottom of a body of water.

5 dwg

Description

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для определения трассы и глубины прокладки подводного кабеля в дно водоема в процессе его эксплуатации, а также трассы и глубины прокладки труб и других протяженных подводных коммуникаций.The invention relates to measuring technique and can be used to determine the route and depth of the underwater cable laying in the bottom of the reservoir during its operation, as well as the route and depth of laying pipes and other long underwater communications.

Известны способы определения трассы и глубины укладки в дно водоема протяженных подводных сооружений (авт. свид. СССР №№ 569987, 985595; патент РФ № 2271021; патенты США №№ 3835371, 4283681, 6588980; патент Японии № 7031042; патент ЕР № 1215114; патент WO № 2/079806; Schock S.G., Tellier A., Wulf Y., Jason S., Ericksen M. Buried object scanning Sonar. - YEEE Journal of oceanic eligineering. vol.26, №4, October, 2001. - pp.676-689 и другие).Known methods for determining the route and the depth of laying in the bottom of a reservoir of extended underwater structures (ed. Certificate of the USSR No. 569987, 985595; RF patent No. 2271021; US patents No. 3835371, 4283681, 6588980; Japan patent No. 7031042; patent EP No. 1215114; Patent WO No. 2/079806; Schock SG, Tellier A., Wulf Y., Jason S., Ericksen M. Buried object scanning Sonar. - YEEE Journal of oceanic eligineering. vol. 26, No. 4, October, 2001. - pp. .676-689 and others).

Из известных способов наиболее близким к предлагаемому является «Способ определения трассы и глубины прокладки подводного кабеля» (патент РФ № 2271021, G01S 15/00, 2004), который и выбран в качестве прототипа.Of the known methods closest to the proposed one is the "Method for determining the route and the depth of the underwater cable" (RF patent No. 2271021, G01S 15/00, 2004), which is selected as a prototype.

Указанный способ обеспечивает сканирование электромагнитного поля над подводным кабелем за счет измерений уровней электромагнитного поля распределенной системой датчиков, расположенных в некотором пространстве над кабелем по определенной схеме.The specified method provides scanning of the electromagnetic field above the submarine cable by measuring the levels of the electromagnetic field by a distributed system of sensors located in a certain space above the cable according to a certain scheme.

Однако известный способ не обеспечивает высокой помехоустойчивости, точности определения трассы и глубины прокладки в дно водоема подводного кабеля.However, the known method does not provide high noise immunity, the accuracy of determining the route and the depth of the laying in the bottom of the reservoir of the underwater cable.

Технической задачей изобретения является повышение помехоустойчивости и точности определения трассы и глубины прокладки в дно водоема подводного кабеля.An object of the invention is to increase the noise immunity and accuracy of determining the route and the depth of the laying in the bottom of the reservoir of the underwater cable.

Поставленная задача решается тем, что способ определения трассы и глубины прокладки в дно водоема подводного кабеля, заключающийся согласно ближайшему аналогу в том, что по кабелю передают низкочастотный электромагнитный сигнал с помощью расположенного на поверхности водоема плавсредства, перемещают вблизи дна водоема над кабелем систему приемных всенаправленных антенн, приемные антенны распределяют в пространстве по определенной схеме так, чтобы их взаимное расположение относительно друг друга при перемещении не изменялось, к системе антенн крепят преобразователь, который соединяют с каждой из приемных антенн и через кабель управления подключают к блоку обработки на плавсредстве, в преобразователе принимают сигналы от каждой из приемных антенн, оптимизируют их параметры и последовательно передают по кабелю управления к блоку обработки, в котором запоминают уровни электромагнитного поля, принимаемые каждой из приемных антенн системы, устанавливают на плавсредстве эхолот, с помощью которого определяют расположение системы приемных антенн относительно дна водоема, по данным о расположении каждой из приемных антенн системы и принимаемых ими уровнях электромагнитных сигналов определяют распределение уровней электромагнитного поля в пространстве над подводным кабелем, по которому определяют трассу прокладки по расположению максимальных значений уровней и глубину прокладки подводного кабеля в дно водоема путем сравнения максимальных значений с опорным, отличается от ближайшего аналога тем, что используют блок автоматического контроля с двумя приемными антеннами, расположенными в центре системы приемных антенн, одна из которых имеет кардиоидную диаграмму направленности, а другая - круговую, устанавливают указанные приемные антенны так, чтобы направление нулевого приема было перпендикулярно дну водоема, перемещают систему приемных антенн так, чтобы направление нулевого приема и трасса прокладки подводного кабеля находились в одной вертикальной плоскости, при отклонении направления нулевого приема от вертикальной плоскости прокладки трассы подводного кабеля формируют управляющее напряжение, амплитуда и полярность которого соответствуют степени и направлению отклонения направления нулевого приема от вертикальной плоскости трассы прокладки подводного кабеля, воздействуют управляющим напряжением на исполнительный блок так, чтобы указанное отклонение стремилось к нулю, делят продетектированное приемной аппаратурой с круговой диаграммой направленности напряжение на продетектированное приемной аппаратурой с кардиоидной диаграммой направленности напряжение, сравнивают напряжение, пропорциональное частному от деления, с пороговым напряжением, при превышении порогового напряжения, что соответствует совмещению направления нулевого приема с вертикальной плоскостью трассы прокладки подводного кабеля, формируют управляющий импульс, который разрешает измерение несущей частоты принимаемого сигналы, сравнивают код измеренной частоты с кодом используемой частоты и при их равенстве формируют команду на разрешении обработки получаемой информации в блоке обработки.The problem is solved in that the method for determining the route and the depth of the laying in the bottom of the reservoir of the submarine cable, which consists in accordance with the closest analogue in that the cable transmits a low-frequency electromagnetic signal using a watercraft located on the surface of the reservoir, is moved near the bottom of the reservoir above the cable, a system of receiving omnidirectional antennas , the receiving antennas are distributed in space according to a certain pattern so that their relative position relative to each other does not change when moving, to the system In the case of antennas, a transducer is attached, which is connected to each of the receiving antennas and connected to the processing unit on a watercraft through the control cable, signals from each of the receiving antennas are received in the converter, their parameters are optimized, and sequentially transmitted via the control cable to the processing unit, in which the levels are stored the electromagnetic field received by each of the receiving antennas of the system is mounted on a sonic craft, with which the location of the system of receiving antennas relative to the bottom of the water is determined MA, according to the location of each of the receiving antennas of the system and the levels of electromagnetic signals received by them, the distribution of the levels of the electromagnetic field in the space above the underwater cable is determined, by which the route of the route is determined by the location of the maximum level values and the depth of the underwater cable into the bottom of the reservoir by comparing the maximum values with reference, differs from the closest analogue in that they use an automatic control unit with two receiving antennas located in the center of the system receiving antennas, one of which has a cardioid radiation pattern and the other circular, set these receiving antennas so that the direction of zero reception is perpendicular to the bottom of the reservoir, move the system of receiving antennas so that the direction of zero reception and the route of laying the underwater cable are in one the vertical plane, when the direction of zero reception deviates from the vertical plane of the laying of the submarine cable route, the control voltage, amplitude and polarity of which the corresponding degree and direction of deviation of the direction of zero reception from the vertical plane of the route of laying the submarine cable, act on the actuator by the control voltage so that the specified deviation tends to zero, divide the voltage detected by the receiving equipment with a circular radiation pattern to the voltage detected by the receiving equipment with a cardioid radiation pattern , compare the voltage proportional to the quotient of the division, with a threshold voltage, with n raising the threshold voltage, which corresponds to combining the direction of zero reception with the vertical plane of the route of laying the underwater cable, form a control pulse that allows the measurement of the carrier frequency of the received signals, compare the code of the measured frequency with the code of the used frequency and, if they are equal, form a command to enable processing of the received information in processing unit.

Структурная схема устройства, реализующего предлагаемый способ, представлена на фиг.1. Структурная схема блока контроля 10 представлена на фиг.2. Взаимное расположение кабеля 8 и диаграмм направленности приемных антенн 11 и 12 показано на фиг.3. Антенна, состоящая из рамки и вибратора и формирующая диаграмму направленности в виде кардиоиды, изображена на фиг.4. Пеленгационные характеристики приемных антенн 11 и 12 показаны на фиг.5.The structural diagram of a device that implements the proposed method is presented in figure 1. The block diagram of the control unit 10 is presented in figure 2. The relative position of the cable 8 and the radiation patterns of the receiving antennas 11 and 12 are shown in FIG. The antenna, consisting of a frame and a vibrator and forming a radiation pattern in the form of a cardioid, is shown in Fig.4. Direction finding characteristics of the receiving antennas 11 and 12 are shown in Fig.5.

Устройство содержит размещенный на плавсредстве 1 эхолот 2, преобразователь 3, который через кабель управления 4 подключен к блоку 5 обработки на плавсредстве, прикреплен к системе 6 приемных антенн, каждая из которых имеет круговую диаграмму направленности, и соединен с каждой из приемных антенн, при этом приемные антенны 7 распределены в пространстве над подводным кабелем 8 вблизи дна водоема 9 по определенной схеме так, чтобы их взаимное расположение относительно друг друга при перемещении не изменялось. В устройство введен также блок 10 контроля с приемными антеннами 11 и 12, подключенный к преобразователю 3. При этом приемная антенна 11 имеет круговую диаграмму направленности, а приемная антенна 12 имеет кардиоидную диаграмму направленности, получаемую с помощью рамки и вибратора (фиг.4).The device comprises an echo sounder 2 located on the boat 1, a transducer 3, which is connected to the processing unit 5 via a control cable 4, attached to a system 6 of receiving antennas, each of which has a circular radiation pattern, and connected to each of the receiving antennas, receiving antennas 7 are distributed in the space above the underwater cable 8 near the bottom of the reservoir 9 according to a certain pattern so that their relative position relative to each other during movement does not change. A control unit 10 with receiving antennas 11 and 12 connected to the converter 3 is also introduced into the device. In this case, the receiving antenna 11 has a circular radiation pattern, and the receiving antenna 12 has a cardioid radiation pattern obtained using a frame and a vibrator (Fig. 4).

Блок 10 контроля состоит из последовательно подключенных к выходу приемной антенны 11 первого приемника 13, блока 17 деления, второй вход которого через второй приемник 14 соединен с выходом приемной антенны 12, порогового блока 18, формирователя 19 управляющего импульса, ключа 20, второй вход которого соединен с вторым выходом первого приемника 13, измерителя 21 частоты и блока 23 сравнения кодов, второй вход которого соединен с выходом блока 22 памяти, а выход является первым выходом блока 10 контроля. К второму выходу второго приемника 14 последовательно подключены формирователь 15 управляющего напряжения и исполнительный блок 16, выход которого является вторым выходом блока 10 контроля.The control unit 10 consists of serially connected to the output of the receiving antenna 11 of the first receiver 13, the division unit 17, the second input of which through the second receiver 14 is connected to the output of the receiving antenna 12, the threshold unit 18, the driver 19 of the control pulse, the key 20, the second input of which is connected with the second output of the first receiver 13, the frequency meter 21 and the code comparison unit 23, the second input of which is connected to the output of the memory unit 22, and the output is the first output of the control unit 10. To the second output of the second receiver 14 is connected in series to the driver 15 of the control voltage and the Executive unit 16, the output of which is the second output of the control unit 10.

Способ определения трассы и глубины прокладки подводного кабеля реализуется следующим образом.The method of determining the route and the depth of the underwater cable is as follows.

Антенны 11 и 12 подключены к блоку 10 контроля и располагаются так, чтобы направление нулевого приема было перпендикулярно дну 9 водоема.Antennas 11 and 12 are connected to the control unit 10 and are arranged so that the direction of zero reception is perpendicular to the bottom 9 of the reservoir.

При перемещении плавсредства 1 в районе прокладки подводного кабеля 8 с помощью эхолота 2 определяют расположение каждой из приемных антенн 7 системы приемных антенн 6 относительно дна водоема 9.When moving the watercraft 1 in the area of laying the submarine cable 8 using the echo sounder 2, the location of each of the receiving antennas 7 of the receiving antenna system 6 relative to the bottom of the reservoir 9 is determined.

Каждый приемник 13 (14) состоит из последовательно соединенных усилителя высокой частоты и амплитудного детектора. Низкочастотное напряжение с выхода усилителя высокой частоты (со второго выхода второго приемника 14) поступает на вход формирователя 15 управляющего напряжения.Each receiver 13 (14) consists of a series-connected high-frequency amplifier and an amplitude detector. The low-frequency voltage from the output of the high-frequency amplifier (from the second output of the second receiver 14) is supplied to the input of the control voltage generator 15.

Если направление нулевого приема не совпадает с вертикальной плоскостью, в которой расположена трасса прокладки подводного кабеля, то блоком 15 формируется управляющее напряжение, амплитуда и полярность которого зависят от степени Δх и стороны отклонения направления нулевого приема от вертикальной плоскости, в которой расположена трасса прокладки подводного кабеля 8 (фиг.3, а, б). Это напряжение поступает на вход исполнительного блока 16, который воздействует на систему 6 приемных антенн так, чтобы смещение Δх стремилось к нулю (фиг.3, в). В этот момент времени выходное напряжение U_вых(α) приемника 14 также стремится к нулю, а выходное напряжение блока 17 деления стремится к своему максимальному значению. Блок 17 деления осуществляет деление продетектированных напряжений с первых выходов приемников 13 и 14.If the direction of zero reception does not coincide with the vertical plane in which the route of laying the underwater cable is located, then the control voltage is generated by block 15, the amplitude and polarity of which depend on the degree of Δx and the side of the deviation of the direction of zero reception from the vertical plane in which the route of laying the underwater cable 8 (Fig. 3, a, b). This voltage is supplied to the input of the Executive unit 16, which acts on the system 6 of receiving antennas so that the offset Δx tends to zero (Fig.3, c). At this point in time, the output voltage U _o (α) of the receiver 14 also tends to zero, and the output voltage of the division unit 17 tends to its maximum value. Block 17 division performs the division of the detected voltage from the first outputs of the receivers 13 and 14.

Величина порога выставляется так, чтобы пороговый блок 18 срабатывал только от сигналов, приходящих с нулевого направления.The threshold value is set so that the threshold block 18 is triggered only by signals coming from the zero direction.

При срабатывании порогового блока 18 формирователь 19 вырабатывает управляющий импульс, который поступает на управляющий вход ключа 20, открывая его. Ключ 20 в исходном состоянии всегда закрыт. При этом низкочастотный сигнал со второго выхода приемника 13 (с выхода усилителя высокой частоты) через открытый ключ 20 поступает на вход измерителя 21 частоты. Код измеренной частоты поступает на первый вход блока 23 сравнения кодов, на второй вход которого поступает код используемой частоты, предварительно записанный в блоке 22 памяти.When the threshold unit 18 is triggered, the driver 19 generates a control pulse, which is supplied to the control input of the key 20, opening it. The key 20 in the initial state is always closed. In this case, the low-frequency signal from the second output of the receiver 13 (from the output of the high-frequency amplifier) through the public key 20 is fed to the input of the frequency meter 21. The measured frequency code is supplied to the first input of the code comparison unit 23, the second input of which receives the used frequency code previously recorded in the memory unit 22.

Если коды указанных частот равны, то блок 23 сравнения кодов формирует импульс, который через преобразователь 3 и кабель 4 управления поступает в блок 5 обработки в качестве команды на разрешение обработки получаемой информации.If the codes of the indicated frequencies are equal, then the code comparison unit 23 generates a pulse which, through the converter 3 and the control cable 4, enters the processing unit 5 as a command to permit processing of the received information.

Зависимость выходных напряжений U_вых(α) приемников 13 и 14 от направления прихода электромагнитных волн представляет собой пеленгационные характеристики (фиг.5).The dependence of the output voltages U _o (α) of the receivers 13 and 14 on the direction of arrival of the electromagnetic waves represents direction-finding characteristics (Fig. 5).

Приемная антенна 12 обладает высокой пеленгационной чувствительностью, которая представляет собой крутизну пеленгационной характеристики в направлении трассы прокладки подводного кабеля 8The receiving antenna 12 has a high direction-finding sensitivity, which is the steepness of the direction-finding characteristic in the direction of the laying path of the underwater cable 8

но низким отношением сигнал/шум. Совместное использование двух антенн 11 и 12 устраняет этот недостаток, сохраняя достоинство.but low signal to noise ratio. The joint use of two antennas 11 and 12 eliminates this disadvantage, while maintaining dignity.

Электромагнитные сигналы от приемных антенн 7 поступают в преобразователь 3, который оптимизирует их параметры и последовательно передает их по кабелю 4 управления к блоку 5 обработки, который запоминает уровни электромагнитного поля, принимаемые каждой из приемных антенн 7 системы 6 приемных антенн. По данным взаимного расположения приемных антенн 7, их расположения относительно дна водоема 9 и значениям уровней электромагнитных сигналов, принимаемым каждой из антенн, определяют распределение электромагнитного поля в некоторой плоскости пространства над подводным кабелем 8 вблизи дна водоема 9. По результатам обработки распределения электромагнитного поля над кабелем определяют трассу и глубину прокладки подводного кабеля в дно водоема.Electromagnetic signals from the receiving antennas 7 are received in the converter 3, which optimizes their parameters and sequentially transmits them via the control cable 4 to the processing unit 5, which stores the electromagnetic field levels received by each of the receiving antennas 7 of the receiving antenna system 6. According to the mutual arrangement of the receiving antennas 7, their location relative to the bottom of the reservoir 9 and the values of the electromagnetic signals received by each of the antennas, determine the distribution of the electromagnetic field in a certain plane of space above the underwater cable 8 near the bottom of the reservoir 9. According to the results of processing the distribution of the electromagnetic field over the cable determine the route and the depth of the underwater cable laying in the bottom of the reservoir.

При подключении эхолота к GPS могут быть определены координаты кабеля.When connecting the sounder to GPS, the coordinates of the cable can be determined.

Взаимное расположение приемных антенн известно с высокой точностью, погрешности оценок расположения приемных антенн относительно дна водоема также малы.The relative position of the receiving antennas is known with high accuracy, the errors in the estimates of the location of the receiving antennas relative to the bottom of the reservoir are also small.

Таким образом, предлагаемый способ по сравнению с прототипом обеспечивает повышение помехоустойчивости и точности определения трассы и глубины прокладки в дно водоема подводного кабеля. Это достигается повышением отношения сигнал/шум, подавлением ложных сигналов (помех), не представляющих интереса для радиоконтроля, и использованием системы автоматического регулирования, обеспечивающей совмещение направления нулевого приема с вертикальной плоскостью, в которой находится трасса прокладки подводного кабеля.Thus, the proposed method in comparison with the prototype provides increased noise immunity and accuracy of determining the route and depth of laying in the bottom of the reservoir of the underwater cable. This is achieved by increasing the signal-to-noise ratio, suppressing spurious signals (interference) that are not of interest for radio monitoring, and using an automatic control system that ensures the direction of zero reception is aligned with the vertical plane in which the undersea cable route is located.

Измерение несущей частоты принимаемого сигнала осуществляется при максимальном отношении сигнал/шум.The measurement of the carrier frequency of the received signal is carried out at the maximum signal to noise ratio.

За счет пространственного стробирования обеспечивается устранение ложных сигналов (помех), приходящих с других направлений, и появляется возможность обнаружения слабых сигналов, излучаемых подводным кабелем.Due to spatial gating, the elimination of false signals (interference) coming from other directions is provided, and it becomes possible to detect weak signals emitted by an underwater cable.

Claims (1)

Способ определения трассы и глубины прокладки в дно водоема подводного кабеля, заключающийся в том, что по кабелю передают низкочастотный электромагнитный сигнал, с помощью расположенного на поверхности водоема плавсредства перемещают вблизи дна водоема над кабелем систему приемных всенаправленных антенн, приемные антенны распределяют в пространстве по определенной схеме так, чтобы их взаимное расположение относительно друг друга при перемещении не изменялось, к системе антенн крепят преобразователь, который соединяют с каждой из приемных антенн и через кабель управления подключают к блоку обработки на плавсредстве, в преобразователе принимают сигналы от каждой из приемных антенн, оптимизируют их параметры и последовательно передают по кабелю управления к блоку обработки, в котором запоминают уровни электромагнитного поля, принимаемые каждой из приемных антенн системы, устанавливают на плавсредстве эхолот, с помощью которого определяют расположение системы приемных антенн относительно дна водоема, по данным о расположении каждой из приемных антенн системы и принимаемых ими уровнях электромагнитных сигналов определяют распределение уровней электромагнитного поля в пространстве над подводным кабелем, по которому определяют трассу прокладки по расположению максимальных значений уровней и глубину прокладки подводного кабеля в дно водоема путем сравнения максимальных значений с опорным, отличающийся тем, что используют блок автоматического контроля с двумя приемными антеннами, расположенными в центре системы приемных антенн, одна из которых имеет кардиоидную диаграмму направленности, а другая - круговую, устанавливают указанные приемные антенны так, чтобы направление нулевого приема было перпендикулярно дну водоема, перемещают систему приемных антенн так, чтобы направление нулевого приема и трасса прокладки подводного кабеля находились в одной вертикальной плоскости, при отклонении направления нулевого приема от вертикальной плоскости трассы прокладки подводного кабеля формируют управляющее напряжение, амплитуда и полярность которого соответствуют степени и направлению отклонения направления нулевого приема от вертикальной плоскости трассы прокладки подводного кабеля, воздействуют управляющим напряжением на исполнительный блок так, чтобы указанное отклонение стремилось к нулю, делят продетектированное приемной аппаратурой с круговой диаграммой направленности напряжение на продетектированное приемной аппаратурой с кардиоидной диаграммой направленности напряжение, сравнивают напряжение, пропорциональное частному от деления, с пороговым напряжением, при превышении порогового напряжения, что соответствует совмещению направления нулевого приема с вертикальной плоскостью трассы прокладки подводного кабеля, формируют управляющий импульс, который разрешает измерение несущей частоты принимаемого сигнала, сравнивают код измеренной несущей частоты с кодом используемой частоты и при их равенстве формируют команду на разрешение обработки получаемой информации в блоке обработки.A method for determining the route and the depth of laying in the bottom of a pond of a submarine cable, which consists in transmitting a low-frequency electromagnetic signal via a cable, using a floating vehicle located on the surface of the pond, near the bottom of the pond above the cable, a system of receiving omnidirectional antennas, receiving antennas are distributed in space according to a certain pattern so that their relative position relative to each other during movement does not change, a converter is attached to the antenna system, which is connected to each of receiver antennas and through the control cable connect to the processing unit on the boat, in the converter receive signals from each of the receiving antennas, optimize their parameters and sequentially transmit via the control cable to the processing unit, in which the electromagnetic field levels received by each of the receiving antennas of the system are stored, set the echo sounder on the boat, with which determine the location of the receiving antenna system relative to the bottom of the reservoir, according to the location of each of the receiving antennas of the system, etc. the levels of electromagnetic signals inimitable by them determine the distribution of the levels of the electromagnetic field in the space above the underwater cable, by which the route of the strip is determined by the location of the maximum level values and the depth of the underwater cable to the bottom of the reservoir by comparing the maximum values with the reference one, characterized in that they use an automatic control unit with two receiving antennas located in the center of the receiving antenna system, one of which has a cardioid radiation pattern, and another guy - circular, set the receiving antennas so that the direction of zero reception is perpendicular to the bottom of the reservoir, move the system of receiving antennas so that the direction of zero reception and the route of laying the submarine cable are in the same vertical plane, when the direction of zero reception is deviated from the vertical plane of the route of laying the underwater cable forms a control voltage, the amplitude and polarity of which correspond to the degree and direction of deviation of the direction of zero reception from the vertical plane of the submarine cable laying path, the control voltage is applied to the actuator so that the indicated deviation tends to zero, the voltage detected by the receiving equipment with a circular radiation pattern is divided by the voltage detected by the receiving equipment with a cardioid radiation pattern, the voltage proportional to the quotient from the division is compared, with threshold voltage, when the threshold voltage is exceeded, which corresponds to combining the direction of zero iema vertical plane routing of the underwater cable, the driving pulse is formed that permits the measurement of the carrier frequency of the received signal, the code is compared with the measured carrier frequency and code frequency used when equality is formed on command information received permission processing in the processing unit.

Images