RU2510608C1 - Method of measuring thickness of ice from underwater vehicle - Google Patents
Method of measuring thickness of ice from underwater vehicle Download PDFInfo
- Publication number
- RU2510608C1 RU2510608C1 RU2012148674/28A RU2012148674A RU2510608C1 RU 2510608 C1 RU2510608 C1 RU 2510608C1 RU 2012148674/28 A RU2012148674/28 A RU 2012148674/28A RU 2012148674 A RU2012148674 A RU 2012148674A RU 2510608 C1 RU2510608 C1 RU 2510608C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- frequency
- ice
- low
- frequency signal
- thickness
- Prior art date
Links
Landscapes
- Length Measuring Devices Characterised By Use Of Acoustic Means (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области гидроакустики и может быть использовано в навигационных приборах обнаружения льда и измерения его характеристик.The invention relates to the field of hydroacoustics and can be used in navigation instruments for detecting ice and measuring its characteristics.
Как правило, такие приборы используются подводными носителями, для которых необходимо знание ледовой обстановки, в том числе дистанционная оценка толщины льда с высокой точностью при движении подо льдом на фиксированной глубине.As a rule, such devices are used by underwater vehicles for which knowledge of the ice situation is necessary, including remote assessment of the ice thickness with high accuracy when moving under ice at a fixed depth.
Известен акустико-гидростатический способ измерения толщины погруженной части льда, который содержит измерение высоты водяного столба, измеряемого датчиком забортного давления, и измерение расстояния до нижней поверхности льда, определяемое эхолотом. Толщина льда при этом есть разность измеренной высоты столба и оценки расстояния до поверхности (А.В.Богородский, Д.Б.Островский. Гидроакустические навигационные и поисково-обследовательские средства. СПб.: ЛЭТИ, 2009 г., с.123-170). Основным недостатком этого способа является недостаточная точность измерения, которая определяется точностью гидростатического измерителя, зависящей от знания атмосферного давления на момент измерения, и точностью измерения эхолотом, показания которого зависят от точности измерения скорости звука. Скорость звука может быть измерена на глубине движения, а по трассе распространения сигнала и особенно в районе, близком к кромке льда, измерить ее практически невозможно.Known acoustic-hydrostatic method for measuring the thickness of the submerged part of the ice, which contains a measurement of the height of the water column, measured by the outboard pressure sensor, and measuring the distance to the bottom surface of the ice, determined by an echo sounder. The ice thickness in this case is the difference between the measured column height and the estimate of the distance to the surface (A.V. Bogorodsky, D. B. Ostrovsky. Hydroacoustic navigation and search and survey means. St. Petersburg: LETI, 2009, p.123-170) . The main disadvantage of this method is the lack of measurement accuracy, which is determined by the accuracy of the hydrostatic meter, which depends on the knowledge of atmospheric pressure at the time of measurement, and the accuracy of the measurement with an echo sounder, the readings of which depend on the accuracy of measurement of sound speed. The speed of sound can be measured at a depth of movement, and along the signal propagation path, and especially in the area close to the ice edge, it is practically impossible to measure.
Для измерения толщины молодого морского льда значительный интерес представляют чисто акустические способы измерения.For measuring the thickness of young sea ice, purely acoustic methods of measurement are of considerable interest.
Известен способ измерения толщины льда с использованием параметрического излучения. Нелинейное взаимодействие в воде сигналов двух частот приводит к возникновению разностной частоты, на которой и измеряется толщина льда. Характеристики направленности имеют практически такую же ширину, как и на исходных частотах накачки. Практическая реализация эхоледомера на параметрическом методе излучения столкнулась с рядом технических и технологических трудностей, присущих параметрическому методу, которые не позволили обеспечить требуемую точность измерения во всем диапазоне толщин льда.A known method of measuring the thickness of the ice using parametric radiation. The nonlinear interaction of the signals of two frequencies in water leads to the appearance of a difference frequency, at which the thickness of the ice is measured. Directivity characteristics are almost the same width as at the initial pump frequencies. The practical implementation of the echo-meter on the parametric method of radiation encountered a number of technical and technological difficulties inherent in the parametric method, which did not allow to provide the required measurement accuracy over the entire range of ice thicknesses.
В настоящее время для измерения толщины льда используются гидроакустические эхоледомеры (Ю.А.Корякин, С.А.Смирнов, Г.В.Яковлев. Корабельная гидроакустическая техника. СПб.: Наука, 2004 г., с.127-142). Гидроакустический эхоледомер свободен от недостатков акустогидростатического, так как его показания не зависят от абсолютного гидростатического давления. Гидроакустический эхоледомер состоит из высокочастотного канала, который содержит генератор, антенну, приемник и измеритель расстояния, низкочастотного канала, содержащего генератор, антенну, приемник и измеритель расстояния, индикатора и блока измерения толщины льда. Зондирующий импульс с высокочастотной несущей отражается от нижней поверхности льда, а сигнал низкочастотной несущей - от его верхней поверхности. Физической основой этого эффекта служит аномально большое затухание акустической энергии в кристаллической структуре молодого льда, обнаруженное во время изучения его акустических свойств. При очень низких частотах порядка 1 кГц затухание сигнала в толще льда небольшое, при частотах выше 100 кГц затухание настолько сильное, что эхосигнал формируется только самым нижним слоем льда (В.В.Богородский, Г.Е.Смирнов, С.А.Смирнов. Поглощение и рассеяние звуковых волн морским льдом. Труды ААНИИ. Л. 1975 г., с.128-134). При толщине льда меньше 0,5 м, что соответствует молодому льду, точность измерения толщины льда таким способом недостаточна для решения практических задач. Кроме того, этот способ требует участия оператора для ручной отработки результатов.At present, hydroacoustic echo-ice meters are used to measure ice thickness (Yu.A. Koryakin, S.A. Smirnov, G.V. Yakovlev. Ship hydroacoustic equipment. St. Petersburg: Nauka, 2004, p.127-142). The hydroacoustic echo-meter is free from acousto-hydrostatic imperfections, since its readings are independent of absolute hydrostatic pressure. The hydroacoustic echo-meter consists of a high-frequency channel, which contains a generator, an antenna, a receiver and a distance meter, a low-frequency channel, which contains a generator, an antenna, a receiver and a distance meter, an indicator, and an ice thickness measuring unit. A probe pulse with a high-frequency carrier is reflected from the lower surface of the ice, and a signal of a low-frequency carrier is reflected from its upper surface. The physical basis of this effect is the abnormally large attenuation of acoustic energy in the crystalline structure of young ice, discovered during the study of its acoustic properties. At very low frequencies of the order of 1 kHz, the signal attenuation in the ice thickness is small, at frequencies above 100 kHz the attenuation is so strong that the echo signal is formed only by the lowest layer of ice (V.V. Bogorodsky, G.E.Smirnov, S.A.Smirnov. Absorption and scattering of sound waves by sea ice. Proceedings of AANII. L. 1975, p.128-134). When the ice thickness is less than 0.5 m, which corresponds to young ice, the accuracy of measuring the ice thickness in this way is insufficient to solve practical problems. In addition, this method requires the participation of the operator for manual processing of the results.
Задачей предлагаемого способа является повышение точности и обеспечение автоматического измерения толщины молодого льда.The objective of the proposed method is to increase accuracy and ensure automatic measurement of the thickness of young ice.
Технический результат изобретения заключается в обеспечении автоматического измерения толщины молодого льда с высокой точностью.The technical result of the invention is to provide automatic measurement of the thickness of young ice with high accuracy.
Способ, реализованный в гидроакустическом эхоледомере, по количеству общих признаков является наиболее близким аналогом предлагаемого способа.The method implemented in the sonar echo-meter, by the number of common features is the closest analogue of the proposed method.
Для обеспечения заявленного технического результата в известный способ измерения толщины льда, содержащий излучение из подводного положения носителя в направлении льда высокочастотного и низкочастотного зондирующих гидроакустических сигналов раздельно высокочастотной и низкочастотной антеннами соответственно, прием отраженных от льда сигналов высокочастотной антенной - высокочастотного, и низкочастотной антенной - низкочастотного соответственно, введены новые признаки, а именно измеряют глубину погружения Н носителя, формируют и излучают низкочастотный сигнал длительностью Т<2Н/С, где С - скорость звука на горизонте измерения, и частотой F<1200 Гц/d(M), где d - толщина молодого льда в метрах, формируют и излучают высокочастотный сигнал f≥100 кГц с длительностью М=10/f, причем высокочастотный сигнал излучают в моменты времени, соответствующие равенству нулю фазы низкочастотного сигнала, измеряют время прихода переднего фронта высокочастотного сигнала Qi, измеряют время равенства нулю фазы низкочастотного сигнала ti, где i - порядковый номер измерения, вычисляют разности времен Qi-ti, определяют фазу задержки низкочастотного сигнала по формуле θ=(Qi-ti)360°/M, определяют толщину льда из формулы hi=θi/η, где η - эмпирический коэффициент, который определяют по результатами графической зависимости фазы низкочастотного сигнала от отношения толщины льда к длине волны низкочастотного колебания, которые измерены предварительно, или выбирают равным 500, а окончательную оценку толщины льда определяют как среднее значение всех i измерений толщин льда на число измерений за длительность низкочастотной посылки.To ensure the claimed technical result in a known method of measuring the thickness of the ice, containing radiation from the underwater position of the carrier in the ice direction of the high-frequency and low-frequency probing hydroacoustic signals of separately high-frequency and low-frequency antennas, respectively, the reception of signals reflected from ice by a high-frequency antenna - high-frequency, and low-frequency antenna - low-frequency, respectively , introduced new features, namely, measure the depth of immersion N of the carrier, form and emit a low-frequency signal with a duration of T <2H / C, where C is the speed of sound on the measurement horizon, and a frequency of F <1200 Hz / d (M), where d is the thickness of young ice in meters, a high-frequency signal f≥100 kHz is generated and emitted with a duration of M = 10 / f, and the high-frequency signal is emitted at times corresponding to the zero phase of the low-frequency signal, the arrival time of the leading edge of the high-frequency signal Q i is measured, the time of the zero phase of the low-frequency signal t i is measured, where i is the measurement serial number, calculate the differences Q i -t i , determine the delay phase of the low-frequency signal by the formula θ = (Q i -t i ) 360 ° / M, determine the ice thickness from the formula h i = θ i / η, where η is the empirical coefficient, which is determined by the results of the graphical dependence of the phase of the low-frequency signal on the ratio of the ice thickness to the wavelength of the low-frequency oscillation, which were previously measured or are chosen equal to 500, and the final estimate of the ice thickness is determined as the average value of all i measurements of ice thickness per the number of measurements for the duration of the low-frequency transmission.
Сущность работы предлагаемого способа основана на физических принципах гидроакустического метода, в котором используется зависимость отражательной способности льда от частоты, но в отличие от прототипа используется фазовый метод измерения. Низкочастотная излучающая антенна формирует ориентированную вверх характеристику направленности на частотах F<1200 Гц/d(M), где d - толщина молодого льда в метрах (С.А. Смирнов. Отражение низкочастотного гидроакустического сигнала от слоя молодого морского льда. Труды 8-й международной конференции «Прикладные технологии гидроакустики и гидрофизики». СПб.: Наука. 2006 г., с.115). Высокочастотная излучающая антенна формирует узконаправленный луч, ориентированный вверх, и излучает короткие импульсы в моменты, соответствующие нулевым фазам низкочастотного зондирующего сигнала. При отражении зондирующего высокочастотного сигнала от слоя молодого льда формируется нижняя граница льда. Низкочастотный зондирующий сигнал проходит через молодой лед практически без затухания и отражается от верхней границы льда. При отражении от границы лед - воздух происходит поворот фазы на 180 градусов, и отраженный низкочастотный сигнал принимается низкочастотной приемной антенной (там же). Таким образом, временная задержка между принятым высокочастотным импульсом, время приема которого характеризует нижнюю границу льда, и измеренным временем перехода фазы низкочастотного сигнала, который отразился от верхней кромки льда, через ноль функционально связана с толщиной льда. При излучении моменты времени формирования высокочастотного сигнала должны быть жестко связаны с моментами времени перехода фазы несущей низкочастотного сигнала через ноль, поэтому количество высокочастотных зондирующих сигналов равно количеству переходов несущей частоты низкочастотного импульса через ноль.The essence of the proposed method is based on the physical principles of the hydroacoustic method, which uses the dependence of the reflectivity of ice on frequency, but in contrast to the prototype, a phase measurement method is used. The low-frequency radiating antenna forms an upward-oriented directivity pattern at frequencies F <1200 Hz / d (M), where d is the thickness of young ice in meters (S. A. Smirnov. Reflection of a low-frequency hydroacoustic signal from a layer of young sea ice. Proceedings of the 8th International Conference "Applied technologies of hydroacoustics and hydrophysics". St. Petersburg: Nauka. 2006, p.115). The high-frequency emitting antenna forms a narrow beam oriented upwards and emits short pulses at moments corresponding to the zero phases of the low-frequency sounding signal. When a probing high-frequency signal is reflected from a layer of young ice, a lower ice boundary is formed. A low-frequency sounding signal passes through young ice almost without attenuation and is reflected from the upper boundary of the ice. When reflected from the ice - air boundary, the phase rotates 180 degrees, and the reflected low-frequency signal is received by the low-frequency receiving antenna (ibid.). Thus, the time delay between the received high-frequency pulse, the reception time of which characterizes the lower boundary of the ice, and the measured phase transition time of the low-frequency signal, which is reflected from the upper edge of the ice, through zero is functionally related to the thickness of the ice. In the case of radiation, the times of formation of the high-frequency signal must be tightly connected with the times of the phase transition of the carrier of the low-frequency signal through zero, therefore, the number of high-frequency sounding signals is equal to the number of transitions of the carrier frequency of the low-frequency pulse through zero.
Измеряя разность между временем прихода высокочастотного сигнала и следующим за ним моментом времени перехода фазы несущей частоты низкочастотного импульса через ноль, получим оценку задержки фазы низкочастотного сигнала относительно высокочастотного сигнала. Точность измерения фазы будет определяться длительностью высокочастотного импульса. Поэтому длительность высокочастотного импульса должна быть минимальной, при которой будет обеспечено хорошее отношение сигнал - помеха при приеме. Исходной величиной для определения длительности низкочастотного сигнала является глубина погружения носителя Н, поэтому сначала измеряется глубина погружения носителя, которая измеряется на всех подводных носителях с помощью стандартного глубиномера. Длительность низкочастотного сигнала должна быть меньше Т<2Н/С, где Н - глубина погружения антенн носителя, а С - скорость звука, что гарантирует разнесение по времени излучения зондирующего сигнала и прием отраженного от верхней кромки льда эхосигнала. Частота низкочастотного сигнала определяется на основе проведенных экспериментальных исследований, согласно которым измеряли граничную частоту низкочастотного сигнала, отраженного от верхней кромки льда. Эта частота определялась из выражения F<1200 Гц/d(M) и равнялась примерно 1000 Гц, а конкретное значение определяется техническими и технологическими возможностями реализации (Ю.А.Корякин, С.А.Смирнов, Г.В.Яковлев. Корабельная гидроакустическая техника. СПб.: Наука, 2004 г., с.127-142). Частота излучения высокочастотного сигнала зависит от времени работы и свойств льда, которые могут изменяться, что сказывается на отражательной способности. Эта частота находится, как правило, в пределах от 100 до 200 кГц и определяется особенностями построения конкретного эхоледомера (В.В.Богородский, В.П.Гаврило. Лед. Л.: Гидрометеоиздат, 1984 г.).By measuring the difference between the arrival time of the high-frequency signal and the next moment of transition of the phase of the carrier frequency of the low-frequency pulse through zero, we obtain an estimate of the phase delay of the low-frequency signal relative to the high-frequency signal. The accuracy of the phase measurement will be determined by the duration of the high-frequency pulse. Therefore, the duration of the high-frequency pulse should be minimal, at which a good signal-to-noise ratio will be ensured during reception. The initial value for determining the duration of the low-frequency signal is the depth of immersion of the carrier H, therefore, the depth of immersion of the carrier is first measured, which is measured on all underwater media using a standard depth gauge. The duration of the low-frequency signal should be less than T <2H / C, where H is the immersion depth of the carrier antennas, and C is the speed of sound, which guarantees the separation in time of the radiation of the probe signal and the reception of the echo signal reflected from the top edge of the ice. The frequency of the low-frequency signal is determined on the basis of experimental studies, according to which the boundary frequency of the low-frequency signal reflected from the upper edge of the ice was measured. This frequency was determined from the expression F <1200 Hz / d (M) and was approximately 1000 Hz, and the specific value is determined by the technical and technological feasibility of implementation (Yu.A. Koryakin, S.A. Smirnov, G.V. Yakovlev. Ship sonar technology.St. Petersburg: Nauka, 2004, p.127-142). The radiation frequency of the high-frequency signal depends on the operating time and the properties of the ice, which can change, which affects the reflectivity. This frequency is, as a rule, in the range from 100 to 200 kHz and is determined by the features of constructing a particular echo-meter (V.V. Bogorodsky, V.P. Gavrilo. Led. L .: Gidrometeoizdat, 1984).
Длительность высокочастотного зондирующего импульса должна быть не менее 10 периодов несущей частоты. Это обеспечивает достаточное отношение сигнал - помеха, с одной стороны, и предельную точность измерения фазы несущей частоты низкочастотного сигнала, с другой стороны, что практически определяет инструментальную точность измерений предлагаемым способом. После излучения сигналов производят прием отраженных сигналов. Прием высокочастотного сигнала и низкочастотного сигнала производят на разные антенны. Первым приходит высокочастотный сигнал, отразившись от нижней кромки льда. Определение времени прихода высокочастотного сигнала происходит с использованием стандартной процедуры после измерения помехи и выбора порога, при этом фиксируют момент превышения порога амплитудой огибающей высокочастотного импульса. Этот измеренный момент времени является сигналом для формирования процедуры измерения времени пересечения амплитуды несущей низкочастотного сигнала нулевого уровня, который соответствует нулевой фазе низкочастотного сигнала. Подобные измерения известны и достаточно подробно изложены в специальной литературе (Б.Н.Митяшев. Определение временного положения импульсов при наличии помех. М.: Сов. радио, 1962 г.). Поскольку первым приходит высокочастотный сигнал, отразившись от нижней кромки льда, то он и обеспечивают высокую точность измерения нулевого уровня низкочастотного сигнала даже при наличии помехи. Операции измерения времени происходят последовательно, поэтому совпадение порядковых номеров обеспечивается автоматически по каждому приему высокочастотного сигнала и соответствующей ему нулевой фазе низкочастотного сигнала. По каждой паре измерений производится определение фазы задержки низкочастотного сигнала в зависимости от точности измерения, которая определяется длительностью используемого высокочастотного импульса по формуле θi=(Qi-ti)360°/M. Далее определяется толщина льда из формулы hi=θi/η, где η - эмпирический коэффициент, который уточняется по результатам экспериментальных оценок. Можно использовать графическую зависимость отношения толщины льда к длине волны низкочастотного колебания от сдвига фазы и запрограммировать процедуру сравнения фазы и соответствующей ей толщины льда по таблице для конкретного значения низкой частоты. Можно воспользоваться усредненным значением коэффициента, полученным аппроксимацией той же графической зависимости (ориентировочно η=500) (С.А.Смирнов. Отражение низкочастотного гидроакустического сигнала от слоя молодого морского льда. Труды 8-й международной конференции «Прикладные технологии гидроакустики и гидрофизики», СПб.: Наука, 2006 г., с.115). Некоторая потеря точности не будет существенной, поскольку не будет выходить за границу, которая определяется априорной неопределенностью исходных данных и незнанием условий работы. В процессе работы используются несколько периодов низкой частоты, определяемых длительностью низкочастотного сигнала. По каждому периоду определяется значение толщины льда, поэтому можно использовать ряд последовательных измерений и получить статистическую оценку среднего значения, которая будет являться окончательным результатом измерений по одному циклу излучение - прием.The duration of the high-frequency probe pulse must be at least 10 periods of the carrier frequency. This provides a sufficient signal-to-noise ratio, on the one hand, and the extreme accuracy of measuring the phase of the carrier frequency of the low-frequency signal, on the other hand, which practically determines the instrumental measurement accuracy of the proposed method. After the emission of signals, the reflected signals are received. Reception of a high-frequency signal and a low-frequency signal is produced on different antennas. The first is a high-frequency signal, reflected from the bottom edge of the ice. The time of arrival of a high-frequency signal is determined using the standard procedure after measuring interference and selecting a threshold, and the moment of exceeding the threshold is recorded with the amplitude of the envelope of the high-frequency pulse. This measured time is a signal for generating a procedure for measuring the time of crossing the amplitude of the carrier of a low-frequency signal of zero level, which corresponds to the zero phase of the low-frequency signal. Such measurements are known and described in sufficient detail in the specialized literature (B.N. Mityashev. Determination of the temporary position of pulses in the presence of interference. M: Sov. Radio, 1962). Since the high-frequency signal comes first, reflected from the lower edge of the ice, it provides high accuracy in measuring the zero level of the low-frequency signal even in the presence of interference. Time measurement operations occur sequentially, so the coincidence of serial numbers is provided automatically for each reception of a high-frequency signal and the corresponding zero phase low-frequency signal. For each pair of measurements, the delay phase of the low-frequency signal is determined depending on the measurement accuracy, which is determined by the duration of the high-frequency pulse used by the formula θ i = (Q i -t i ) 360 ° / M. Next, the ice thickness is determined from the formula h i = θ i / η, where η is the empirical coefficient, which is refined by the results of experimental estimates. You can use the graphical dependence of the ratio of the thickness of the ice to the wavelength of the low-frequency oscillation on the phase shift and program the comparison of the phase and the corresponding ice thickness according to the table for a specific low frequency value. You can use the average value of the coefficient obtained by approximating the same graphical dependence (approximately η = 500) (S. A. Smirnov. Reflection of a low-frequency hydroacoustic signal from a layer of young sea ice. Proceedings of the 8th International Conference “Applied Technologies for Hydroacoustic and Hydrophysics”, St. Petersburg .: Science, 2006, p.115). Some loss of accuracy will not be significant, because it will not go beyond the border, which is determined by the a priori uncertainty of the source data and ignorance of the working conditions. In the process, several periods of low frequency are used, determined by the duration of the low-frequency signal. For each period, the value of the ice thickness is determined, therefore, you can use a series of consecutive measurements and obtain a statistical estimate of the average value, which will be the final result of measurements in one radiation-reception cycle.
Блок схема устройства, реализующего предложенный способ, представлена на фиг.1.A block diagram of a device that implements the proposed method is presented in figure 1.
Устройство содержит низкочастотную антенну 1, соединенную через аппаратуру 3 приема передачи низкочастотного (НЧ) сигнала двусторонней связью с блоком 5 управления и согласования и далее со спецпроцессором 6 обработки входных данных и выработки оценки толщины льда. Антенна 2 через аппаратуру приема-передачи высокочастотного (ВЧ) сигнала соединена со вторым входом блока 5 управления и согласования двусторонней связью. Измеритель 7 глубины и скорости звука соединен со вторым входом спецпроцессора 6 обработки входных данных и выработки оценки толщины льда, а третий вход спецпроцессора 6 соединен с блоком 8 формирования априорных данных.The device comprises a low-frequency antenna 1, connected through apparatus 3 for transmitting a low-frequency (LF) signal by two-way communication with a control and coordination unit 5 and then with a special processor 6 for processing input data and generating an estimate of the ice thickness. The antenna 2 through the equipment for the reception and transmission of a high-frequency (HF) signal is connected to the second input of the control unit 5 and coordination of two-way communication. The sound depth and speed meter 7 is connected to the second input of the special processor 6 for processing input data and generating an estimate of the ice thickness, and the third input of the special processor 6 is connected to the a priori data generating unit 8.
Антенны 1 и 2 являются известными направленными акустическими антеннами, так же аппаратура приема-передачи 3 и 4 является известными устройствами, используемыми в прототипе. Блок 5 управления и согласования может быть частью вычислительного устройства, реализованного в спецпроцессоре 6. Для качественного решения задач обработки гидроакустической информации на современных кораблях используются спецпроцессоры на основе ЦВС, обладающие высокой производительностью, функциональной надежностью и малыми габаритами. С использованием специального алгоритмического и программного обеспечения спецпроцессорами могут решаться все задачи формирования и обработки принимаемых гидроакустических сигналов, в том числе и для автоматического измерения толщины льда (Ю.А.Корякин, С.А.Смирнов, Г.В.Яковлев. Корабельная гидроакустическая техника. СПб.: Наука, 2004 г., с.281).Antennas 1 and 2 are known directional acoustic antennas, as well as transmit and receive equipment 3 and 4 are known devices used in the prototype. The control and coordination unit 5 can be part of a computing device implemented in a special processor 6. For high-quality solution to the problems of processing sonar information on modern ships, special processors based on a digital computer system are used, which have high performance, functional reliability and small dimensions. Using special algorithmic and software, special processors can solve all the problems of generating and processing received hydroacoustic signals, including for automatic measurement of ice thickness (Yu.A. Koryakin, S.A.Smirnov, G.V. Yakovlev. Ship sonar equipment St. Petersburg: Nauka, 2004, p. 281).
Реализацию способа целесообразно рассмотреть на примере работы устройства.The implementation of the method, it is advisable to consider the example of the device.
В спецпроцессор 6 поступает оценка глубины и оценка скорости звука из измерителя 7, который является известным устройством и работает в штатном режиме (В.А.Комляков. Корабельные средства измерения скорости звука и моделирования акустических полей в океане». СПб.: Наука, 2003 г.). По оценке глубины в спецпроцессоре 6 рассчитываются длительность низкочастотного сигнала и времена выработки высокочастотных зондирующих импульсов, которые согласованы с нулевыми фазами низкочастотного сигнала, и определяется число формируемых сигналов. Эта информация поступает в блок 5 управления и согласования, который формирует последовательность работы низкочастотного канала на антенну 1 и высокочастотного канала на антенну 2. Аппаратура 4 приема-передачи формирует зондирующие сигналы высокой частоты, которые антенной 2 излучаются в направлении льда. Одновременно аппаратура 3 приема-передачи формирует низкочастотные сигналы, которые антенной 1 излучаются в направлении льда. Отраженные нижней кромкой льда высокочастотные эхосигналы принимаются антенной 2 и поступают на аппаратуру 4 приема-передачи ВЧ сигнала, где происходит оптимальная обработка принятых сигналов, пороговое обнаружение сигналов и фиксация моментов времени приема высокочастотного сигнала, которые передаются в блок 5. Одновременно эхосигнал НЧ, отраженный от верхней кромки льда, принимается антенной 1 и поступает на аппаратуру 3 приема-передачи НЧ сигнала, где происходит оптимальная обработка низкочастотного сигнала, определение момента пересечения фазой низкочастотного сигнала нулевого уровня и передача этих данных в блок 5. В блоке 5 происходит сравнение моментов излучения и приема в соответствии с выбранной временной диаграммой и передача полученных временных оценок в спецпроцессор 6 для обработки входных данных и выработки оценки толщины льда. Из блока 8 формирования априорных данных в спецпроцессор 6 поступают исходные данные по району работы, времени года и графики зависимости оценки фазы от отношения толщины льда к длине волны, полученные по результатам экспериментальных исследований. В спецпроцессоре 6 происходит выработка среднего значения оценки толщины льда по всем полученным измерениям на длительности низкочастотного сигнала.Special processor 6 receives an estimate of depth and an estimate of the speed of sound from a meter 7, which is a well-known device and operates in the normal mode (V. Komlyakov. Shipborne means for measuring the speed of sound and modeling acoustic fields in the ocean. ”St. Petersburg: Nauka, 2003 .). According to the depth assessment in special processor 6, the duration of the low-frequency signal and the generation times of high-frequency sounding pulses, which are consistent with the zero phases of the low-frequency signal, are calculated, and the number of generated signals is determined. This information enters the control and coordination unit 5, which forms the sequence of operation of the low-frequency channel to the antenna 1 and the high-frequency channel to the antenna 2. The transmit-receive equipment 4 generates high-frequency sounding signals, which are emitted by the antenna 2 in the ice direction. At the same time, the transmission and reception apparatus 3 generates low-frequency signals, which are emitted by the antenna 1 in the direction of ice. The high-frequency echo signals reflected by the bottom edge of the ice are received by antenna 2 and fed to the RF signal receiving-transmitting apparatus 4, where the optimal processing of the received signals, threshold detection of signals, and fixing the timing of the reception of the high-frequency signal, which are transmitted to block 5, are performed at the same time. the top edge of the ice is received by antenna 1 and fed to the equipment 3 for receiving and transmitting the low-frequency signal, where the low-frequency signal is processed optimally, determining the moment of phase cuts the low-frequency signal of the zero level and transfers this data to block 5. In block 5, the moments of radiation and reception are compared in accordance with the selected time diagram and the received time estimates are transmitted to special processor 6 to process the input data and generate an estimate of the ice thickness. From block 8 of the formation of a priori data, special processor 6 receives initial data on the area of operation, the season, and graphs of the dependence of the phase estimate on the ratio of ice thickness to wavelength obtained from experimental studies. In the special processor 6, the average value of the estimate of the ice thickness for all obtained measurements on the duration of the low-frequency signal is generated.
Таким образом, предлагаемое техническое решение позволяет автоматически измерять толщину льда с подводного носителя при использовании фазоимпульсного метода измерения и осреднения результатов нескольких измерений в процессе накопления информации за один цикл излучение - прием.Thus, the proposed technical solution allows you to automatically measure the thickness of the ice from the underwater carrier using the phase-pulse method of measuring and averaging the results of several measurements in the process of accumulating information for one radiation-reception cycle.
Claims (3)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2012148674/28A RU2510608C1 (en) | 2012-11-15 | 2012-11-15 | Method of measuring thickness of ice from underwater vehicle |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2012148674/28A RU2510608C1 (en) | 2012-11-15 | 2012-11-15 | Method of measuring thickness of ice from underwater vehicle |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2510608C1 true RU2510608C1 (en) | 2014-04-10 |
Family
ID=50437538
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2012148674/28A RU2510608C1 (en) | 2012-11-15 | 2012-11-15 | Method of measuring thickness of ice from underwater vehicle |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2510608C1 (en) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2559159C1 (en) * | 2014-05-05 | 2015-08-10 | Открытое акционерное общество "Концерн "Океанприбор" | Ice thickness measuring method |
| RU2664981C2 (en) * | 2015-07-22 | 2018-08-24 | Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство промышленности и торговли Российской Федерации (Минпромторг) | Parametric ice fathometer |
| RU2767293C1 (en) * | 2021-05-18 | 2022-03-17 | Общество с ограниченной ответственностью «Научно-производственное объединение Аквастандарт» | Ship ice thickness gauge |
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4697254A (en) * | 1986-06-02 | 1987-09-29 | Raytheon Company | System and method for measuring ice thickness |
| RU2019855C1 (en) * | 1991-03-14 | 1994-09-15 | Таганрогский радиотехнический институт им.В.Д.Калмыкова | Parametric echo ice detection unit |
| JP2005291782A (en) * | 2004-03-31 | 2005-10-20 | National Institute Of Information & Communication Technology | Ice thickness estimation method by sar |
| SU1840741A1 (en) * | 1973-03-23 | 2009-02-20 | ОАО "Концерн "Океанприбор" | Method for measurement of ice layer small thicknesses |
| RU2439490C2 (en) * | 2010-02-24 | 2012-01-10 | Открытое акционерное общество "Газпром" | Method of defining sea ice thickness |
| RU2444760C1 (en) * | 2010-09-13 | 2012-03-10 | Василий Алексеевич Воронин | Method for removing lower surface of ice cover |
| RU120766U1 (en) * | 2012-04-06 | 2012-09-27 | Открытое акционерное общество "Концерн "Океанприбор" | Sonar meter |
-
2012
- 2012-11-15 RU RU2012148674/28A patent/RU2510608C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1840741A1 (en) * | 1973-03-23 | 2009-02-20 | ОАО "Концерн "Океанприбор" | Method for measurement of ice layer small thicknesses |
| US4697254A (en) * | 1986-06-02 | 1987-09-29 | Raytheon Company | System and method for measuring ice thickness |
| RU2019855C1 (en) * | 1991-03-14 | 1994-09-15 | Таганрогский радиотехнический институт им.В.Д.Калмыкова | Parametric echo ice detection unit |
| JP2005291782A (en) * | 2004-03-31 | 2005-10-20 | National Institute Of Information & Communication Technology | Ice thickness estimation method by sar |
| RU2439490C2 (en) * | 2010-02-24 | 2012-01-10 | Открытое акционерное общество "Газпром" | Method of defining sea ice thickness |
| RU2444760C1 (en) * | 2010-09-13 | 2012-03-10 | Василий Алексеевич Воронин | Method for removing lower surface of ice cover |
| RU120766U1 (en) * | 2012-04-06 | 2012-09-27 | Открытое акционерное общество "Концерн "Океанприбор" | Sonar meter |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2559159C1 (en) * | 2014-05-05 | 2015-08-10 | Открытое акционерное общество "Концерн "Океанприбор" | Ice thickness measuring method |
| RU2664981C2 (en) * | 2015-07-22 | 2018-08-24 | Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство промышленности и торговли Российской Федерации (Минпромторг) | Parametric ice fathometer |
| RU2767293C1 (en) * | 2021-05-18 | 2022-03-17 | Общество с ограниченной ответственностью «Научно-производственное объединение Аквастандарт» | Ship ice thickness gauge |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2473924C1 (en) | Method of detecting and classifying signal from target | |
| RU2634787C1 (en) | Method of detecting local object against background of distributed interference | |
| RU2010109969A (en) | METHOD FOR SHOOTING AQUATORIA BOTTOM RELIEF AND DEVICE FOR ITS IMPLEMENTATION | |
| CN108680234A (en) | A kind of water-depth measurement method of quarice layer medium | |
| CN108398690B (en) | Submarine backscattering intensity measuring method | |
| RU2451300C1 (en) | Hydroacoustic navigation system | |
| RU2007106983A (en) | METHOD AND SYSTEM FOR DETERMINING THE POSITION OF THE OBSERVED OBJECT BY DEPTH IN A WATER ENVIRONMENT | |
| RU2346295C1 (en) | Active sonar | |
| US20130235699A1 (en) | System and method of range estimation | |
| RU2510608C1 (en) | Method of measuring thickness of ice from underwater vehicle | |
| RU2559159C1 (en) | Ice thickness measuring method | |
| RU2548596C1 (en) | Method of determining iceberg submersion | |
| RU2541435C1 (en) | Method of determining iceberg immersion | |
| RU2272303C1 (en) | Method for determining depths of body of water and device for realization of said method | |
| CN110471032B (en) | Method for passively positioning underwater target | |
| RU2581416C1 (en) | Method of measuring sound speed | |
| KR20060135715A (en) | Device for avoiding obstacles for high-speed multi-hulled watercraft | |
| RU166051U1 (en) | CORRELATION LAG | |
| RU2614854C2 (en) | Method of measuring depth and echo sounder therefor | |
| RU2545065C2 (en) | Method to measure acoustic speed in water | |
| RU2655019C1 (en) | Method for measuring vessel speed by the doppler log | |
| RU2625716C1 (en) | Method of measuring sound on route | |
| RU2625041C1 (en) | Method for measuring object immersion depth | |
| RU168083U1 (en) | ACOUSTIC WAVE GRAPH | |
| RU2376612C1 (en) | Method of hydrometeorological monitoring water body of sea test site and device to this end |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20191116 |