RU2572666C1 - Hydroacoustic system for imaging underwater space - Google Patents
Hydroacoustic system for imaging underwater space Download PDFInfo
- Publication number
- RU2572666C1 RU2572666C1 RU2014124934/28A RU2014124934A RU2572666C1 RU 2572666 C1 RU2572666 C1 RU 2572666C1 RU 2014124934/28 A RU2014124934/28 A RU 2014124934/28A RU 2014124934 A RU2014124934 A RU 2014124934A RU 2572666 C1 RU2572666 C1 RU 2572666C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- receiving
- output
- antenna
- module
- generating
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Measurement Of Velocity Or Position Using Acoustic Or Ultrasonic Waves (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области гидроакустической техники и может быть использовано в составе оборудования, обеспечивающего воспроизведение рельефа дна в реальном масштабе времени.The invention relates to the field of hydroacoustic technology and can be used as part of equipment for reproducing the bottom topography in real time.
Известно устройство гидроакустической системы для визуализации подводного пространства на основе многоканального технологического комплекса для исследования шельфа, содержащее модуль гидролокатора бокового обзора (ГБО), модуль сейсмоакустического профилографа, модуль эхолота, навигационную систему, блок обработки и регистрации, блок оперативной контрольной информации, блок синхронной индикации и регистрации, коммутатор режимов работы, причем ГБО содержит буксируемую на кабель-тросе гондолу, которая оснащена гидроакустическими антеннами, аналого-цифровым преобразователем, управляющим компьютером с монитором и блоками графической и магнитной регистрации. (Свидетельство на полезную модель РФ №16406, МПК G01V 1/38, G05D 27/00, опубл. 27.12.2000).A device for a hydroacoustic system for visualizing the underwater space based on a multichannel technological complex for studying the shelf, comprising a side-scan sonar module, a seismic-acoustic profiler module, an echo sounder module, a navigation system, a processing and recording unit, an operational control information unit, a synchronous display unit and registration, operating mode switch, and HBO contains a gondola towed on a cable-rope, which is equipped with hydroacoustic an tennami, analog-to-digital converter, controlling a computer with a monitor and blocks of graphic and magnetic recording. (Certificate for utility model of the Russian Federation No. 16406, IPC G01V 1/38, G05D 27/00, publ. 12/27/2000).
Недостатком устройства является невозможность воспроизведения с его помощью рельефа дна и наличие невидимой зоны в центре полосы обзора.The disadvantage of this device is the inability to reproduce with its bottom topography and the presence of an invisible zone in the center of the field of view.
Известно устройство гидроакустической системы для визуализации подводного пространства на основе морского геоакустического комплекса «МАК», содержащее бортовой модуль судна-носителя, соединенный кабель-тросом с буксируемым аппаратным модулем, включающим последовательно соединенные блок сбора данных измерений и блок регистрации и обработки информации, при этом забортный буксируемый модуль включает гидролокатор бокового обзора (ГБО) дальнего действия, ГБО высокого разрешения, акустический профилограф, эхолот, гидроакустическую навигационную систему, синтезатор зондирующих сигналов, интерфейс сигналов управления, датчики пространственного положения буксируемого модуля, блок цифровых датчиков, блок датчика давления и аналоговых датчиков, интерфейс аналоговых датчиков, кабельный интерфейс, цифровой приемопередатчик, одноплатную ЭВМ и блок питания буксирного модуля, связанные посредством системной шины данных и управления, причем выходы синтезатора зондирующих сигналов подключены к первым входам гидролокатора обзора дальнего действия, гидролокатора бокового обзора высокого разрешения, акустического профилографа, эхолота и маяка-ответчика, входы-выходы интерфейса сигналов управления подключены ко вторым входам блоков гидролокатора бокового обзора дальнего действия, гидролокатора бокового обзора высокого разрешения, акустического профилографа, эхолота и маяка-ответчика, выходы которых подключены к входам кабельного интерфейса, с входом-выходом которого связан цифровой приемопередатчик (Свидетельство на полезную модель РФ №38233, МПК G01V 1/38, G05D 27/00, опубл. 27.05.2004).A device for a hydroacoustic system for visualizing underwater space based on the “IAC” marine geo-acoustic complex is known, comprising an onboard module of a carrier vessel, connected by a cable with a towed hardware module, including a measurement data collection unit and an information recording and processing unit connected in series, outboard the towed module includes a long-range side-scan sonar (HBO), a high-resolution HBO, an acoustic profilograph, an echo sounder, and sonar navigation igation system, sounding signal synthesizer, control signal interface, towing module spatial position sensors, digital sensors block, pressure sensor and analog sensors block, analog sensors interface, cable interface, digital transceiver, single-board computer and towing module power supply connected via the system bus data and control, and the outputs of the sounding signal synthesizer are connected to the first inputs of the long-range sonar, long-range sonar high-resolution survey, acoustic profilograph, echo sounder and transponder beacon, control signal interface inputs and outputs are connected to the second inputs of long-range side-scan sonar blocks, high-resolution side-scan sonar, acoustic profilograph, echo sounder and transponder beacon, the outputs of which are connected to the inputs cable interface, with the input-output of which is connected a digital transceiver (Certificate for a useful model of the Russian Federation No. 38233, IPC G01V 1/38, G05D 27/00, publ. 05/27/2004).
Недостатком устройства также является невозможность воспроизведения рельефа дна и наличие невидимой зоны.The disadvantage of this device is the inability to reproduce the topography of the bottom and the presence of an invisible zone.
Известна гидроакустическая система для визуализации подводного пространства, содержащая блоки антенн левого и правого бортов, выходы которых соединены с соответствующими последовательно включенными приемными усилителями и аналого-цифровыми преобразователями, а входы соединены с выходами усилителей мощности, измеритель крена, модуль формирования, приема и упаковки сигналов, ко входам которого подключены аналого-цифровые преобразователи, усилители мощности и измеритель крена, блок интерфейса, навигационную систему и бортовой компьютер, причем ко входу бортового компьютера подключены выход навигационной системы и через блок интерфейса выход модуля формирования, приема и упаковки сигналов, а также блоки приемной антенны профилографа и первую и вторую антенны накачки профилографа. (Матвиенко Ю.В., Воронин В.А., Тарасов С.П., Скнаря А.В., Тутынин Е.В. Пути совершенствования гидроакустических технологий обследования морского дна с использованием автономных необитаемых подводных аппаратов / Подводные исследования и робототехника. 2009. №2 (8) с. 4-15).Known sonar system for visualizing the underwater space, containing blocks of antennas of the left and right sides, the outputs of which are connected to the corresponding series-connected receiving amplifiers and analog-to-digital converters, and the inputs are connected to the outputs of the power amplifiers, roll meter, a module for generating, receiving and packing signals, the inputs of which are connected to analog-to-digital converters, power amplifiers and a roll meter, an interface unit, a navigation system and an on-board computer ter, moreover, the output of the navigation system is connected to the input of the on-board computer and, through the interface block, the output of the module for generating, receiving and packing signals, as well as the blocks of the receiving antenna of the profilograph and the first and second antennas of pumping the profilograph. (Matvienko Yu.V., Voronin V.A., Tarasov S.P., Sknarya A.V., Tutynin E.V. Ways to improve hydroacoustic technologies for the examination of the seabed using autonomous uninhabited underwater vehicles / Underwater research and robotics. 2009 No. 2 (8) p. 4-15).
Благодаря использованию интерферометрических гидролокаторов бокового обзора (ИГБО) устройство позволяет воспроизводить рельеф дна. Однако в полосе его обзора по-прежнему сохраняется невидимая зона. Кроме того, построение точного рельефа возможно лишь в процессе вторичной обработки с использованием данных, полученных на разных галсах.Thanks to the use of interferometric side-scan sonars (IHBO), the device allows reproducing the bottom topography. However, an invisible zone still remains in his line of sight. In addition, the construction of an accurate relief is possible only in the process of secondary processing using data obtained on different tacks.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому изобретению (прототипом) является известная гидроакустическая система визуализации подводного пространства, содержащая блоки антенн левого и правого бортов, выходы которых соединены с соответствующими последовательно включенными приемными усилителями и аналого-цифровыми преобразователями, а входы соединены с выходами усилителей мощности, измеритель крена, модуль формирования, приема и упаковки сигналов, ко входам которого подключены аналого-цифровые преобразователи, усилители мощности и измеритель крена, блок интерфейса, навигационную систему и бортовой компьютер, причем ко входу бортового компьютера подключены выход навигационной системы и через блок интерфейса выход модуля формирования, приема и упаковки сигналов, антенну многолучевого эхолота, последовательно соединенные блок приемных усилителей и блок аналого-цифровых преобразователей, включенными между выходом антенны многолучевого эхолота и модулем формирования, приема и упаковки сигналов, блок усилителей мощности, включенный между входом антенны многолучевого эхолота и выходом модуля формирования, приема и упаковки сигналов, а также подключенный ко входу этого блока измеритель глубины (Патент РФ №2461845 от 28.04.2011 г., МПК G01S 15/89).The closest in technical essence and the achieved result to the proposed invention (prototype) is the well-known sonar imaging system for the underwater space, containing the left and right side antenna blocks, the outputs of which are connected to the corresponding series-connected receiving amplifiers and analog-to-digital converters, and the inputs are connected to the outputs power amplifiers, roll meter, module for generating, receiving and packing signals, to the inputs of which analog-to-digital are connected transducers, power amplifiers and a roll meter, an interface unit, a navigation system and an on-board computer, the output of the navigation system and the output of a module for generating, receiving and packing signals, an antenna of a multi-beam echo sounder, a series of receiving amplifiers and block of analog-to-digital converters connected between the output of the multi-beam echo sounder antenna and the module for generating, receiving and packing signals, block of power amplifiers, VK located between the antenna input of the multipath echo sounder and the output of the module for generating, receiving and packing signals, as well as the depth gauge connected to the input of this unit (RF Patent No. 2461845 of 04/28/2011, IPC G01S 15/89).
Недостатком этого устройства является невозможность упреждающего обнаружения навигационных препятствий и предотвращения столкновения с ними из-за малого сектора обзора по курсу движения подводного модуля системы.The disadvantage of this device is the inability to proactively detect navigation obstacles and prevent collisions with them due to the small sector of view at the direction of movement of the underwater module of the system.
Техническим результатом изобретения является обеспечение упреждающего обнаружения навигационных препятствий и предотвращения столкновения с ними за счет увеличения сектора обзора по курсу движения подводного модуля системы.The technical result of the invention is to provide proactive detection of navigational obstacles and prevent collisions with them by increasing the field of view at the direction of movement of the underwater module of the system.
Технический результат достигается за счет того, что гидроакустическая система визуализации подводного пространства, содержащая блоки антенн левого и правого бортов, выходы которых соединены с соответствующими последовательно включенными приемными усилителями и аналого-цифровыми преобразователями, а входы соединены с выходами усилителей мощности, измеритель крена, модуль формирования, приема и упаковки сигналов, ко входам которого подключены аналого-цифровые преобразователи, усилители мощности и измеритель крена, блок интерфейса, навигационную систему и бортовой компьютер, причем ко входу бортового компьютера подключены выход навигационной системы и через блок интерфейса выход модуля формирования, приема и упаковки сигналов, антенну многолучевого эхолота, последовательно соединенные блок приемных усилителей и блок аналого-цифровых преобразователей, включенные между выходом антенны многолучевого эхолота и модулем формирования, приема и упаковки сигналов, блок усилителей мощности, включенный между входом антенны многолучевого эхолота и выходом модуля формирования, приема и упаковки сигналов, а также подключенный ко входу этого блока измеритель глубины, снабжена впередсмотрящим гидролокатором секторного обзора, включающим приемно-передающую антенну, усилитель мощности, вход которого подключен к блоку формирования, приема и упаковки сигналов, а выход к излучателю приемно-передающей антенны, последовательно подключенные к приемным элементам приемно-передающей антенны многоканальные усилители и многоканальный аналого-цифровой преобразователь, выход которого подключен к блоку формирования, приема и упаковки сигналов, и устройством звуковой и световой сигнализации, подключенным к выходу компьютера.The technical result is achieved due to the fact that the hydro-acoustic imaging system of the underwater space, containing the left and right side antenna blocks, the outputs of which are connected to the corresponding series-connected receiving amplifiers and analog-to-digital converters, and the inputs are connected to the outputs of the power amplifiers, roll meter, formation module , receiving and packing signals, to the inputs of which are connected analog-to-digital converters, power amplifiers and a roll meter, an interface unit, n the navigation system and the on-board computer, and the output of the navigation system is connected to the input of the on-board computer and, through the interface block, the output of the module for generating, receiving and packing signals, the multipath echo sounder antenna, the receiver amplifiers block and the analog-to-digital transducer block connected between the multipath echo sounder output and a module for generating, receiving and packing signals, a power amplifier unit connected between the input of the multi-beam echo sounder antenna and the output of the module signal receiving, receiving and packing, as well as a depth gauge connected to the input of this unit, is equipped with a forward-looking sector-based sonar, including a transmitting and receiving antenna, a power amplifier, the input of which is connected to a signal generating, receiving and packing unit, and the output to the transmitter transmitting antennas, multichannel amplifiers and a multichannel analog-to-digital converter, the output of which is connected to the forming unit, connected in series to the receiving elements of the transmitting and receiving antenna, receiving and packing signals, and a sound and light alarm device connected to the output of the computer.
Сущность изобретения поясняется чертежами. На Фиг. 1 представлена блок-схема предлагаемого устройства, а на Фиг. 2 - блок-схема компьютерной обработки сигналов.The invention is illustrated by drawings. In FIG. 1 shows a block diagram of the proposed device, and in FIG. 2 is a block diagram of computer signal processing.
Гидроакустическая система визуализации подводного пространства содержит блоки антенн левого и правого бортов 1 и 1′, выходы которых соединены с соответствующими последовательно включенными приемными усилителями 2 и 2′ и аналого-цифровыми преобразователями 3 и 3′, а входы соединены с выходами усилителей мощности 4 и 4′, антенну 5 многолучевого эхолота, приемные элементы которой последовательно соединены со входами блоков приемных усилителей 6 и блоками аналого-цифровых преобразователей 7, блок усилителей мощности 8, подключенный к излучающим элементам антенны многолучевого эхолота 5, измеритель крена 9, измеритель глубины 10, модуль формирования, приема и упаковки сигналов 11, блок интерфейса 12, навигационную систему 13 и бортовой компьютер 14, при этом ко входам модуля формирования, приема и упаковки сигналов 11 подключены аналого-цифровые преобразователи 3, 3′ и блок 7, усилители мощности 4, 4′ и блоки 8, измеритель крена 9, и измеритель глубины 10, а ко входам бортового компьютера 14 подключены навигационная система 13 и через блок интерфейса 12 выход модуля формирования, приема и упаковки сигналов, впередсмотрящий гидролокатор секторного обзора (ГСО), включающий приемно-передающую антенну 15, последовательно подключенные к приемным элементам антенны 15 многоканальные усилители 16 и многоканальный аналого-цифровой преобразователь 17, выход которого подключен к блоку формирования, приема и упаковки сигналов 11, усилитель мощности 18, вход которого подключен к блоку формирования, приема и упаковки сигналов 11, а выход к излучателю приемно-передающей антенны 15, и устройство звуковой и световой сигнализации 19, подключенное к выходу компьютера 14.The underwater imaging system contains blocks of left and right side antennas 1 and 1 ′, the outputs of which are connected to the corresponding series-connected receiving amplifiers 2 and 2 ′ and analog-to-digital converters 3 and 3 ′, and the inputs are connected to the outputs of power amplifiers 4 and 4 ′, An antenna 5 of a multi-beam echo sounder, the receiving elements of which are connected in series with the inputs of the blocks of the receiving amplifiers 6 and the blocks of analog-to-digital converters 7, the block of power amplifiers 8 connected to the radiation the antenna elements of the multi-beam echo sounder 5, roll meter 9, depth meter 10, module for generating, receiving and packing signals 11, an interface unit 12, navigation system 13 and on-board computer 14, while the analogue signal is connected to the inputs of the module for generating, receiving and packing signals 11 digital converters 3, 3 ′ and block 7, power amplifiers 4, 4 ′ and blocks 8, roll meter 9, and depth gauge 10, and the navigation system 13 is connected to the inputs of the on-board computer 14 and the output of the formation, reception module through the interface unit 12 and pack Signals, an up-and-coming sector survey sonar (GSO), including a transmit-receive antenna 15, multi-channel amplifiers 16 and multi-channel analog-to-digital converter 17, the output of which is connected to a signal generation, reception and packaging block 11, an amplifier power 18, the input of which is connected to the block for the formation, reception and packaging of signals 11, and the output to the emitter of the receiving and transmitting antenna 15, and the sound and light signaling device 19, connected to move the computer 14.
Блок-схема системы компьютерной обработки сигналов (Фиг. 2) содержит блок считывания и распаковки сигналов 20, последовательно подключенные к его выходу блок формирования характеристик направленности 21, блок оценки времен задержки эхо-сигналов 22, а также последовательно подключенные к выходу блока 20 соответственно блоки измерения фазы и амплитуды 23 и 23′, блоки оценки начальной фазы 24 и 24′, блоки оценки углов падения лучей 25 и 25′, блоки вычисления координат точек пересечения лучей с поверхностью дна 26, 26′ и 26′′, блок привязки координат пересечения с дном к географической карте 27, а также включенные между выходом блока считывания и распаковки сигналов 20 и входом устройства звуковой и световой сигнализации 19 блок формирования характеристик направленности 28, блок вычисления корреляционных функций 29 и пороговый блок 30.The block diagram of a computer signal processing system (Fig. 2) contains a signal reading and
Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.
Все излучаемые сигналы одновременно формируются блоком 11 и последовательно подключаются к блокам усилителей мощности 4, 4′, 8 и 18 и излучающим элементам антенн 1, 1′, 5 и 15. Конструктивно антенны 1, 1′ и 5 выполнены таким образом, что луч каждой из них узок вдоль направления движения, и широк в поперечном направлении, причем сектор обзора антенны 5 приходится на середину полосы обзора дна, а сектора обзора антенн левого и правого бортов 1 и 1′ расположены слева и справа от буксировщика подводного модуля и пересекаются с сектором обзора многолучевого эхолота. Приемные элементы антенны 5 многолучевого эхолота расположены вдоль линии (или дуги, обращенной вниз), лежащей в плоскости, перпендикулярной направлению движения. Блоки антенн каждого борта 1 и 1′ состоят из двух разнесенных по вертикали линейных антенн с характеристикой направленности, узкой в горизонтальной плоскости и широкой в вертикальной. Приемно-передающая антенна 18 размещается в носовой части подводного модуля. Ее элементы располагаются на не менее чем двух разнесенных по вертикали горизонтальных линиях или дугах, обращенных вперед. Сигналы с выхода приемных элементов антенн 1, 1′ 5 и 15 усиливаются в блоках 2, 2′, 6 и 16, оцифровываются в блоках 3, 3′, 7 и 17 и поступают в блок 11, в котором происходит упаковка принятых сигналов для последующей передачи их через блок интерфейса 12 на бортовой компьютер 14. К сигналам с приемных антенн 1, 1′, 5 и 15 в блоке 11 примешиваются сигналы с выхода измерителя крена 9 и измерителя глубины 10, к бортовому компьютеру 14 дополнительно подключается навигационная система 13, обеспечивающая необходимые исходные данные для привязки воспроизводимого рельефа дна к географической карте местности.All emitted signals are simultaneously generated by block 11 and connected in series to blocks of power amplifiers 4, 4 ′, 8, and 18 and radiating elements of antennas 1, 1 ′, 5, and 15. Structurally, antennas 1, 1 ′, and 5 are designed so that each of these, it is narrow along the direction of travel and wide in the transverse direction, with the antenna sector of sight 5 being in the middle of the bottom viewing band, and the antenna sectors of the left and right sides 1 and 1 ′ are located to the left and right of the underwater module tow and intersect with the field of view multibeam woofer. The receiving elements of the antenna 5 of the multi-beam echo sounder are located along a line (or arc facing down) lying in a plane perpendicular to the direction of movement. The antenna blocks of each side 1 and 1 ′ consist of two vertically spaced linear antennas with a directivity characteristic narrow in the horizontal plane and wide in the vertical. The transmit-receive antenna 18 is located in the bow of the underwater module. Its elements are located on at least two vertically spaced horizontal lines or arcs facing forward. The signals from the output of the receiving elements of the antennas 1, 1 ′ 5 and 15 are amplified in blocks 2, 2 ′, 6 and 16, digitized in blocks 3, 3 ′, 7 and 17 and fed to block 11, in which the received signals are packaged for subsequent transmitting them through the interface unit 12 to the on-board computer 14. The signals from the output of the roll meter 9 and the depth meter 10 are mixed with the signals from the receiving antennas 1, 1 ′, 5, and 15; the navigation system 13 is additionally connected to the on-board computer 14, which provides necessary source data for referencing reproduced terrain and the bottom to the geographical map of the area.
Обработка сигналов в бортовом компьютере 14 осуществляется следующим образом. Сигналы с приемных элементов всех антенн через блок интерфейса 12 принимаются блоком считывания и распаковки сигналов 20 и распределяются на четыре потока, соответствующие сигналам от блоков приемных антенн многолучевого эхолота 5, блоков антенн 1 и 1′ левого и правого бортов и от антенны 15 впередсмотрящего гидролокатора секторного обзора. По совокупности сигналов от элементов приемной антенны многолучевого эхолота в блоке 21 формируется веер характеристик направленности, оси которых равномерно распределены по ширине сектора обзора многолучевого эхолота. Для каждого сформированного луча в блоке 22 вычисляется корреляционная функция принятого сигнала с излученным и по положению максимума корреляционной функции оценивается время задержки эхо-сигнала, приходящего от точки пересечения луча с дном. Таким образом, на выходе блока 22 формируется совокупность времен задержки τ(αi) и максимумов корреляционной функции А(αi) для каждого луча, характеризуемого углом α1.Signal processing in the on-board computer 14 is as follows. Signals from the receiving elements of all antennas through the interface unit 12 are received by the signal reading and
По сигналам с выхода пар приемных антенн левого и правого бортов в блоках 23 и 23′ соответственно производятся текущие оценки амплитуды эхо-сигнала и фазового сдвига между сигналами на выходах пары антенн. Амплитуда сигнала определяется путем сложения квадратов реальной и мнимой частей с выхода каждой антенны:The signals from the output of the pairs of receiving antennas of the left and right sides in
где Re1, Imi, Re2 и Im2 - реальные и мнимые компоненты сигналов на выходе первой и второй антенны соответственно.where Re 1 , Im i , Re 2 and Im 2 are the real and imaginary components of the signals at the output of the first and second antennas, respectively.
Фазовый сдвиг определяется известным способом:The phase shift is determined in a known manner:
Вследствие периодичности функции арктангенса данная оценка фазового сдвига производится с точностью до постоянной величины, кратной π.Due to the periodicity of the arc tangent function, this estimation of the phase shift is carried out accurate to a constant multiple of π.
Фазовому сдвигу соответствует угол падения луча α:The phase shift corresponds to the angle of incidence α:
где β - угол наклона линии, соединяющей линейные антенны ГБО;where β is the angle of inclination of the line connecting the linear HBO antennas;
d - расстояние между линейными антеннами ГБО;d is the distance between the linear HBO antennas;
λ - длина волны излучения в воде.λ is the wavelength of radiation in water.
Неоднозначность оценки фазового сдвига приводит к неоднозначности определения угла падения луча. В устройстве прототипа для устранения неоднозначности воспроизведение рельефа дна осуществляется вторичная обработка с использованием данных, полученных на нескольких галсах. В предлагаемом устройстве неоднозначность определения фазового сдвига устраняется в блоках 24 и 24′ непосредственно в процессе обработки текущих данных. Достигается это тем, что для идентификации соответствия между фазовым сдвигом и углом падения луча используются данные многолучевого эхолота. По полученной совокупности задержек τ(αi) каждому времени t можно поставить в соответствие угол падения луча α, для которого время задержки сигнала равно t. Выбрав некоторое опорное время t0, можно определить соответствующее начальный угол α0 и в соответствии с формулой (3) поставить ему начальную фазу Δφ0.The ambiguity of the estimation of the phase shift leads to the ambiguity of determining the angle of incidence of the beam. In the prototype device, to eliminate the ambiguity, the bottom topography is reproduced by secondary processing using data obtained on several tacks. In the proposed device, the ambiguity of determining the phase shift is eliminated in
где γ0 - значение крена носителя на момент времени t0.where γ 0 is the roll value of the carrier at time t 0 .
В блоках 25 и 25′ вычисляется текущий угол падения луча. Уравнение для вычисления этого угла получается путем вычитания (4) из (3):In
Благодаря тому, что в формуле пересчета используется разность фазовых сдвигов в начальный и текущий моменты времени, неоднозначность вычисления фазы в начальный момент времени становится неактуальной. Однако при вычислении фазового сдвига в текущий момент времени необходимо учитывать приращения фазы, кратные 2π. Для этого необходимо осуществлять подсчет интерференционных полос и с появлением каждой новой полосы прибавлять 2π к текущей оценке фазы, выполненной по формуле (2).Due to the fact that in the recalculation formula the difference of phase shifts at the initial and current time points is used, the ambiguity of the phase calculation at the initial time moment becomes irrelevant. However, when calculating the phase shift at the current time, it is necessary to take into account phase increments that are multiples of 2π. To do this, it is necessary to calculate interference fringes and, with the advent of each new fringe, add 2π to the current phase estimate made by formula (2).
Таким образом, на выходе блоков 25 и 25′ для каждого момента времени формируются оценки углов падения луча на поверхность дна. В блоках 26, 26′ и 26′′ по полученным оценкам зависимости угла α, для текущего времени ti производится вычисление координат пересечения с дном. В предположении, что скорость звука с по глубине остается неизменной, координаты Xa,i и Za,i точки пересечения луча с дном относительно центра соответствующей антенны определяются аналитически:Thus, at the output of
Для определения координат точки пересечения луча с дном в условиях известного распределения скорости звука по глубине может быть использована лучевая программа, которая для заданного угла падения луча строит траекторию распространения луча и вычисляет время распространения вдоль этой траектории. Траектория луча строится до тех пор, пока время распространения звука по лучу не буде равно половине текущего времени. Совокупность концов построенных траекторий определяет координаты точек Xa,i, Za,i на поверхности рельефа в системе координат соответствующей антенны. В блоке 27 производится пересчет этих точек в географической карте местности по следующей формуле:To determine the coordinates of the point of intersection of the beam with the bottom under the conditions of a known distribution of the speed of sound over depth, a beam program can be used which, for a given angle of incidence of the beam, builds the path of the beam and calculates the propagation time along this path. The beam path is constructed until the propagation time of sound along the beam is equal to half the current time. The set of ends of the constructed trajectories determines the coordinates of the points X a, i , Z a, i on the surface of the relief in the coordinate system of the corresponding antenna. In
Xi=ХН+(Ха+Xa,i)cosК+(Ya-LГ)sinКX i = X H + (X a + X a, i ) cosK + (Y a -L G ) sinK
Yi=YH+(Ya-LГ)cosK+(Xa+Xa,i)sinКY i = Y H + (Y a -L Г ) cosK + (X a + X a, i ) sinК
Zi=HПМ+Za+Zi Z i = H PM + Z a + Z i
где ХН и YH - географические координаты носителя гидролокатора, определяемые навигационной системой носителя;where X N and Y H are the geographical coordinates of the sonar carrier, determined by the navigation system of the carrier;
LГ - горизонтальное расстояние между началами координат носителя и подводного модуля гидролокатора.L G - the horizontal distance between the coordinates of the carrier and the underwater module of the sonar.
К - курсовой угол движения носителя;K - heading angle of carrier movement;
Ха, Ya, Za - координаты фазового центра антенны относительно центра подводного модуля гидролокатора.X a , Y a , Z a - coordinates of the phase center of the antenna relative to the center of the underwater sonar module.
НПМ - глубина погружения подводного модуля.N PM - the immersion depth of the underwater module.
Обработка данных от антенны впередсмотрящего гидролокатора секторного обзора включает формирование в блоке 28 двумерной характеристики направленности, вычисление в блоке 29 корреляционной функции принимаемого в сформированных каналах сигнала с излученным и выделении в пороговом блоке 30 пространственных каналов, в которых произошло превышение порога. При превышении порога компьютер 14 включает звуковую и световую сигнализацию, а координаты пространственных каналов, в которых произошло превышение порога, отображаются на его дисплее. Здесь же отображаются сформированное акустическое изображение дна и его рельеф.Processing data from the antenna of the forward-looking sector-based sonar includes the formation in
Изобретение в отличие от прототипа обеспечивает повышение надежности гидроакустической системы за счет упреждающего обнаружения навигационных опасностей по курсу буксировки подводного модуля гидроакустической системы и предотвращения столкновения с ними.The invention, in contrast to the prototype, provides increased reliability of the sonar system due to proactive detection of navigation hazards at the tow rate of the underwater module of the sonar system and to prevent collision with them.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2014124934/28A RU2572666C1 (en) | 2014-06-19 | 2014-06-19 | Hydroacoustic system for imaging underwater space |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2014124934/28A RU2572666C1 (en) | 2014-06-19 | 2014-06-19 | Hydroacoustic system for imaging underwater space |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2014124934A RU2014124934A (en) | 2015-12-27 |
| RU2572666C1 true RU2572666C1 (en) | 2016-01-20 |
Family
ID=55023264
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2014124934/28A RU2572666C1 (en) | 2014-06-19 | 2014-06-19 | Hydroacoustic system for imaging underwater space |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2572666C1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2759497C1 (en) * | 2021-02-12 | 2021-11-15 | Акционерное Общество "Концерн "Океанприбор" | Multibeam echo sounder of an autonomous unmanned underwater vehicle |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3946355A (en) * | 1973-09-17 | 1976-03-23 | Etat Francais | Multiplexing device for panoramic sonar systems |
| SU989504A1 (en) * | 1981-07-27 | 1983-01-15 | Северо-Западный Заочный Политехнический Институт | Device for recognizing underwater grounds |
| EP1426786A1 (en) * | 2001-09-13 | 2004-06-09 | Institute of Acoustics, Chinese Academy of Sciences | High resolution bathymetric sonar system and measuring method for measuring the physiognomy of the seabed |
| RU2461845C1 (en) * | 2011-04-28 | 2012-09-20 | Российская Федерация, От Имени Которой Выступает Министерство Промышленности И Торговли Российской Федерации | Hydroacoustic system for imaging underwater space |
| RU121941U1 (en) * | 2012-05-14 | 2012-11-10 | Галина Михайловна Волк | DEVICE FOR VISUALIZATION OF UNDERWATER OBJECTS |
| RU133504U1 (en) * | 2013-03-19 | 2013-10-20 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Северо-Кавказский федеральный университет" | DEVICE FOR HYDROACOUSTIC VISUALIZATION OF UNDERWATER SPACE UNDER CONDITIONS OF LIMITED VISIBILITY |
-
2014
- 2014-06-19 RU RU2014124934/28A patent/RU2572666C1/en active IP Right Revival
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3946355A (en) * | 1973-09-17 | 1976-03-23 | Etat Francais | Multiplexing device for panoramic sonar systems |
| SU989504A1 (en) * | 1981-07-27 | 1983-01-15 | Северо-Западный Заочный Политехнический Институт | Device for recognizing underwater grounds |
| EP1426786A1 (en) * | 2001-09-13 | 2004-06-09 | Institute of Acoustics, Chinese Academy of Sciences | High resolution bathymetric sonar system and measuring method for measuring the physiognomy of the seabed |
| RU2461845C1 (en) * | 2011-04-28 | 2012-09-20 | Российская Федерация, От Имени Которой Выступает Министерство Промышленности И Торговли Российской Федерации | Hydroacoustic system for imaging underwater space |
| RU121941U1 (en) * | 2012-05-14 | 2012-11-10 | Галина Михайловна Волк | DEVICE FOR VISUALIZATION OF UNDERWATER OBJECTS |
| RU133504U1 (en) * | 2013-03-19 | 2013-10-20 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Северо-Кавказский федеральный университет" | DEVICE FOR HYDROACOUSTIC VISUALIZATION OF UNDERWATER SPACE UNDER CONDITIONS OF LIMITED VISIBILITY |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2759497C1 (en) * | 2021-02-12 | 2021-11-15 | Акционерное Общество "Концерн "Океанприбор" | Multibeam echo sounder of an autonomous unmanned underwater vehicle |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2014124934A (en) | 2015-12-27 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US11609316B2 (en) | Integrated sonar devices and methods | |
| US11119211B2 (en) | Acoustic doppler system and method | |
| US6501704B2 (en) | Underwater object positioning system | |
| RU2461845C1 (en) | Hydroacoustic system for imaging underwater space | |
| CA2775115C (en) | Method and device for measuring a contour of the ground | |
| RU2012153734A (en) | METHOD FOR SHOOTING AQUATORIA BOTTOM RELIEF AND DEVICE FOR SHOOTING AQUATORIA BOTTOM RELIEF | |
| RU2009110868A (en) | METHOD FOR SHOOTING AQUATORIA BOTTOM RELIEF AND DEVICE FOR ITS IMPLEMENTATION | |
| RU2629916C1 (en) | Method and device for determining initial coordinates of independent unmanned underwater apparatus | |
| US20220236437A1 (en) | Method and system for determining top and bottom depth of an under water mud layer | |
| JP6714261B2 (en) | Underwater detection device, underwater detection method, and underwater detection program | |
| RU2649073C1 (en) | Method for determining coordinates of the underwater object by the hydroacoustic system of underwater navigation with an alignment beacon | |
| RU2653956C1 (en) | Method of determination of present position data in the bistatic mode of hydrospace detection | |
| RU2572666C1 (en) | Hydroacoustic system for imaging underwater space | |
| JP7390366B2 (en) | Methods for determining depth or water depth profiles based on average sound velocity profiles, methods for determining such velocity profiles, and associated sonar systems | |
| KR101331333B1 (en) | Method and device for measuring a profile of the ground | |
| RU151204U1 (en) | HYDROACOUSTIC LIGHTING SYSTEM FOR UNDERWATER SPACE | |
| RU2529207C1 (en) | Navigation system for towed underwater vehicle | |
| RU2623830C1 (en) | Method of remote determination of relief and sedimentation of underwater iceberg part | |
| RU2660292C1 (en) | Method for determining object immersion depth | |
| JP3509015B2 (en) | Buried object detection method and buried object detection sonar | |
| RU2516602C1 (en) | Method to determine depth of object submersion | |
| RU2712799C1 (en) | Hydroacoustic navigation device with four-element short-base receiving antenna | |
| RU2654366C1 (en) | Active sonar | |
| US20230043880A1 (en) | Target velocity vector display system, and target velocity vector display method and program | |
| CA2794966C (en) | Method and device for measuring a ground profile |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20160620 |
|
| NF4A | Reinstatement of patent |
Effective date: 20190522 |
|
| PC41 | Official registration of the transfer of exclusive right |
Effective date: 20200204 |