RU2626244C1 - Method and system of positioning group of submarine objects in limited water volume - Google Patents
Method and system of positioning group of submarine objects in limited water volume Download PDFInfo
- Publication number
- RU2626244C1 RU2626244C1 RU2016126789A RU2016126789A RU2626244C1 RU 2626244 C1 RU2626244 C1 RU 2626244C1 RU 2016126789 A RU2016126789 A RU 2016126789A RU 2016126789 A RU2016126789 A RU 2016126789A RU 2626244 C1 RU2626244 C1 RU 2626244C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- objects
- cameras
- optical
- signal
- initiator
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
- G01S15/00—Systems using the reflection or reradiation of acoustic waves, e.g. sonar systems
- G01S15/02—Systems using the reflection or reradiation of acoustic waves, e.g. sonar systems using reflection of acoustic waves
- G01S15/06—Systems determining the position data of a target
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
- G01S5/00—Position-fixing by co-ordinating two or more direction or position line determinations; Position-fixing by co-ordinating two or more distance determinations
- G01S5/18—Position-fixing by co-ordinating two or more direction or position line determinations; Position-fixing by co-ordinating two or more distance determinations using ultrasonic, sonic, or infrasonic waves
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
- G01S5/00—Position-fixing by co-ordinating two or more direction or position line determinations; Position-fixing by co-ordinating two or more distance determinations
- G01S5/18—Position-fixing by co-ordinating two or more direction or position line determinations; Position-fixing by co-ordinating two or more distance determinations using ultrasonic, sonic, or infrasonic waves
- G01S5/183—Emergency, distress or locator beacons
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
- G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
- G01S7/52—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S15/00
- G01S7/523—Details of pulse systems
- G01S7/526—Receivers
- G01S7/527—Extracting wanted echo signals
Landscapes
- Optical Radar Systems And Details Thereof (AREA)
Abstract
Description
Группа изобретений относится к области подводной навигации и может быть использована для определения координат группы подводных объектов, преимущественно подводников и подводных пловцов при отработке совместных действий в бассейне или водолазной башне.The group of inventions relates to the field of underwater navigation and can be used to determine the coordinates of a group of underwater objects, mainly submariners and underwater swimmers when practicing joint actions in a pool or diving tower.
Для определения координат подводных объектов существуют различные методы. В патенте US 7512036 В2, МПК G01S 3/80, опубл. 31.03.2009 координаты пловца определяют с помощью известной акустической системы навигации с длинной базой, основанной на использовании трех буев, оснащенных приемниками глобальной системы позиционирования (Global Positioning System, GPS). Расположение буев ограничивает район подводных работ.There are various methods for determining the coordinates of underwater objects. In the patent US 7512036 B2, IPC
Известна система определения координат подводных объектов по патенту RU 2437114 С1, МПК G01S 3/80, опубл. 20.12.2011, которая может быть использована при определении географических координат группы подводных объектов, таких как подводных пловцы, управляемые и неуправляемые подводные устройства, морские животных.A known system for determining the coordinates of underwater objects according to the patent RU 2437114 C1, IPC G01S 3/80, publ. 12/20/2011, which can be used in determining the geographical coordinates of a group of underwater objects, such as underwater swimmers, managed and uncontrolled underwater devices, marine animals.
Система содержит буи в количестве не менее грех, расположенных на поверхности моря с расстоянием между ними в 1-3 километра, которые принимают сигналы гидроакустических излучателей (гидрофонов) подводных объектов.The system contains buoys in the amount of no less than sin, located on the sea surface with a distance of 1-3 kilometers between them, which receive signals from hydroacoustic emitters (hydrophones) of underwater objects.
Расчет координат производится на основе вычисления расстояний, определенных гидроакустическим методом с измерением времени запаздывания гидроакустического сигнала корреляционным приемником-демодулятором буев относительно излучаемой гидрофоном подводных объектов синхропосылки заданного вида. При этом подводные объекты снабжают высокостабильными часами, предварительно синхронизированными по часам GPS. Излучение гидрофона производится в предустановленный момент времени, синхронный с ходом часов и различный для каждого подводного объекта. Сигнал от определенного объекта принимается корреляционным приемником-демодулятором буев, где с помощью контроллера-измерителя временных интервалов рассчитывается время запаздывания до каждого буя. Далее каждый буй с помощью радиомодема передает эти времена по радиоканалу на станцию контроля, где ЭВМ по известному алгоритму вычисляет координаты определенного объекта и выводит их на дисплей.Coordinates are calculated based on the calculation of distances determined by the hydroacoustic method with measurement of the delay time of the hydroacoustic signal by the correlation receiver-demodulator of buoys relative to the synchro-sending of a given type emitted by the hydrophone. At the same time, underwater objects are equipped with highly stable watches, previously synchronized by the GPS clock. The hydrophone is emitted at a predetermined point in time, synchronous with the clock and different for each underwater object. The signal from a specific object is received by the correlation receiver-demodulator of the buoys, where the delay time to each buoy is calculated using the controller-meter of time intervals. Next, each buoy, using a radio modem, transmits these times over the air to a monitoring station, where the computer, using a known algorithm, calculates the coordinates of a specific object and displays them on the display.
Недостатком системы по патенту RU 2437114 С1 является необходимость иметь на каждом подводном объекте высокостабильные часы, предварительно синхронизированные по часам GPS.The disadvantage of the system according to patent RU 2437114 C1 is the need to have a highly stable watch on each underwater object, pre-synchronized by the GPS clock.
Кроме того, ввиду специфики геометрии водолазной башни, представляющей собой цилиндр малой длины и диаметра с гладкими твердыми стенками, применение гидроакустических систем определения координат подводных объектов затруднено наличием многочисленных мощных паразитных отражений.In addition, due to the specific geometry of the diving tower, which is a cylinder of small length and diameter with smooth hard walls, the use of hydroacoustic systems for determining the coordinates of underwater objects is complicated by the presence of numerous powerful spurious reflections.
Из уровня техники известны способы определения трехмерных координат объектов по видеопоследовательностям от двух видеокамер наблюдения, при этом оптические оси видеокамер могу быть параллельны или произвольно ориентированы. Известные способы оценивания трехмерных координат некоторой точки включают: определение внутренних параметров камер (задача калибровки), определение параметров взаимного расположения камер (задача взаимного ориентирования), определение на изображениях координаты соответствующих данной точке сопряженных точек (задача поиска сопряженных точек) (см., например, Цифровая обработка изображений в информационных системах: Учеб. пособие / И.С. Грузман, B.C. Киричук и др. - Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2002. Глава 6. Фотограмметрия и стереовидение. С. 168-185).The prior art methods for determining the three-dimensional coordinates of objects from video sequences from two surveillance cameras, while the optical axis of the cameras can be parallel or arbitrarily oriented. Known methods for estimating the three-dimensional coordinates of a point include: determining the internal parameters of the cameras (calibration task), determining the parameters of the relative positions of the cameras (mutual orientation), determining the coordinates of the corresponding conjugate points on the images (the task of searching for conjugate points) (see, for example, Digital image processing in information systems: Textbook / I. S. Gruzman, BC Kirichuk et al. - Novosibirsk: NSTU Publishing House, 2002.
В качестве прототипа для способа и устройства принята система управления роботизированным объектом по патенту RU 139478 U1, МПК B25J 19/00, опубл 20.04.2014, которая реализует способ определения трехмерных координат объектов по видеопоследовательностям от двух видеокамер наблюдения и включает две синхронно работающие цифровые видеокамеры и компьютер с установленным на нем программным обеспечением. Видеокамеры размещены стационарно на расстоянии друг от друга и их оптические оси взаимно ориентированы в направлении окружающего роботизированный объект пространства. Программное обеспечение компьютера обеспечивает возможность получения трехмерного изображения окружающего объект пространства и контроля текущего положения роботизированного объекта. Роботизированный объект маркирован контрольными элементами, обеспечивающими возможность однозначного определения координат его текущего положения относительно подстилающей поверхности стереограмметрическими методами с помощью видеокамер и программного обеспечения компьютера. Контрольные элементы выполнены в виде, по меньшей мере, двух светодиодов, расположенном на каждом контролируемом элементе. Идентификация положения объекта по легко детектируемым контрольным светодиодам позволяет значительно упростить и повысить точность позиционирования и разгрузить вычислительную систему. Однако система по патенту RU 139478 U1 не обеспечивает идентификацию и позиционирование группы подвижных объектов в водной среде.As a prototype for the method and device, the robot control system according to the patent RU 139478 U1, IPC B25J 19/00, published on 04/20/2014, which implements a method for determining the three-dimensional coordinates of objects from video sequences from two surveillance cameras and includes two synchronously working digital cameras, is adopted A computer with software installed on it. Video cameras are stationary at a distance from each other and their optical axes are mutually oriented in the direction of the space surrounding the robotic object. Computer software provides the ability to obtain a three-dimensional image of the space surrounding the object and control the current position of the robotic object. The robotic object is marked with control elements, providing the ability to uniquely determine the coordinates of its current position relative to the underlying surface by stereogrammetric methods using video cameras and computer software. The control elements are made in the form of at least two LEDs located on each controlled element. Identification of the position of the object by easily detectable control LEDs can significantly simplify and increase the accuracy of positioning and relieve the computing system. However, the system according to patent RU 139478 U1 does not provide identification and positioning of a group of moving objects in an aquatic environment.
В основу настоящей группы изобретений положена задача создать способ позиционирования группы объектов в ограниченном водном объеме и систему для его осуществления, которые позволили бы обеспечить идентификацию и непрерывное определение координат и параметров движения группы подводных объектов, в том числе и при частичном взаимном перекрытии объектов.The basis of this group of inventions is the task of creating a method for positioning a group of objects in a limited water volume and a system for its implementation, which would allow for the identification and continuous determination of coordinates and motion parameters of a group of underwater objects, including partial overlap of objects.
Применительно к способу задача решается тем, что в способе позиционирования группы подводных объектов в ограниченном водном объеме, включающем установку оптических маяков на каждом из объектов, излучение оптическими маяками объектов сигналов, приеме в разнесенных пунктах приема сигналов, по которым производят идентификацию и вычисляют координаты и параметры движения объектов, согласно изобретению, фиксируют излучения оптических маяков объектов с помощью четырех видеокамер, расположенных на концах взаимно перпендикулярных осевых линий горизонтального сечения контролируемого объема, инициацию излучения оптических маяков осуществляют с помощью излучаемого по меньшей мере одним излучателем-инициатором в оптическом диапазоне волн сигнала, длительность которого равна длительности видеокадра Δt, период следования которого равен T=Δt*(N+1), где N - количество объектов в группе, а начало излучения синхронизировано с импульсами кадровой синхронизации видеокамер, в качестве идентифицирующего признака объекта используют предустановленный номер видеокадра, в котором оптический маяк данного объекта излучает сигнал, выделяют видеопоследовательности в видеокадрах, соответствующих каждому идентифицированному объекту, по которым вычисляют координаты и параметры движения каждого объекта, при этом количество оптических маяков и места их расположения на подводном объекте выбирают из условия обеспечения непрерывного наблюдения по крайней мере двумя видеокамерами.In relation to the method, the problem is solved by the fact that in the method of positioning a group of underwater objects in a limited water volume, including installing optical beacons on each of the objects, emitting signals from the optical beacons of the objects, receiving signals at separated points of reception, which are used to identify and calculate coordinates and parameters the movement of objects, according to the invention, record the radiation of optical beacons of objects using four cameras located at the ends of mutually perpendicular axial horizontal section of the controlled volume, the emission of optical beacons is carried out using a signal emitted by at least one emitter-initiator in the optical wavelength range, the duration of which is equal to the duration of the video frame Δt, the repetition period of which is T = Δt * (N + 1), where N - the number of objects in the group, and the beginning of the radiation is synchronized with the pulses of the frame synchronization of the cameras, as an identifying feature of the object using a predefined number of the video frame, in which optical the cue beacon of this object emits a signal, video sequences are allocated in the video frames corresponding to each identified object, which are used to calculate the coordinates and motion parameters of each object, while the number of optical beacons and their location on the underwater object is selected from the condition of providing continuous monitoring by at least two video cameras .
Технический результат в способе достигается также тем, что:The technical result in the method is also achieved by the fact that:
количество излучателей-инициаторов выбирают равным четырем и устанавливают их в местах расположения видеокамер;the number of emitters-initiators is chosen equal to four and set them at the locations of the cameras;
оптический маяк излучает сигналы в ближнем ультрафиолетовом и/или в ближнем инфракрасном диапазоне волн;an optical beacon emits signals in the near ultraviolet and / or near infrared wavelength range;
излучатель-инициатор излучает сигналы в ближнем инфракрасном диапазоне волн;the emitter-initiator emits signals in the near infrared wavelength range;
в качестве сигнала излучателя-инициатора используют кодированный сигнал с амплитудной модуляцией последовательностью импульсов;as the signal of the emitter-initiator use an encoded signal with amplitude modulation by a sequence of pulses;
длительность сигнала излучателя-инициатора соответствует длительности видеокадра;the duration of the signal of the emitter-initiator corresponds to the duration of the video frame;
обработку видеоинформации с видеокамер производят на вычислительном комплексе, расположенном в пункте контроля за действиями подводных объектов вне контролируемого водного объема.processing of video information from video cameras is carried out at a computer complex located in the control point for the actions of underwater objects outside the controlled water volume.
Применительно к системе задача решается тем, что система позиционирования группы подводных объектов в ограниченном водном объеме, содержащая в пункте контроля вычислительный комплекс с программой идентификации объектов, вычисления и отображения координат и параметров движения объектов на устройстве отображения, установленные в разнесенных пунктах приема видеокамеры для приема сигналов оптических маяков, которыми снабжены объекты группы, согласно изобретению, содержит синхронизатор, четыре видеокамеры, которые работают в режиме покадровой синхронизации и размещены на концах взаимно перпендикулярных осевых линий горизонтального сечения контролируемого водного объема, по крайней мере один излучатель-инициатор, который выполнен с возможностью излучения в оптическом диапазоне волн сигнала, длительность которого равна длительности видеокадра Δt, период следования равен Т=Δt*(N+1), где N - количество объектов в группе, а начало излучения синхронизировано с импульсами кадровой синхронизации видеокамер, оптические маяки выполнены с возможностью приема сигнала излучателя-инициатора и излучения сигнала в оптическом диапазоне волн в предустановленном номере видеокадра для каждого объекта, при этом раздельные выходы синхронизатора соединены с входами синхронизации видеокамер и излучателя-инициатора, сигнальные выходы видеокамер соединены с раздельными входами вычислительного комплекса, раздельные выходы которого соединены с входом устройства отображения и входом синхронизатора, а количество оптических маяков и места их расположения на подводном объекте выбирают из условия обеспечения непрерывного наблюдения по крайней мере двумя видеокамерами.In relation to the system, the problem is solved by the fact that the positioning system of a group of underwater objects in a limited water volume, containing in the control point a computer system with a program for identifying objects, calculating and displaying coordinates and motion parameters of objects on the display device, installed in remote points of the video camera for receiving signals optical beacons, which are equipped with objects of the group, according to the invention, contains a synchronizer, four cameras that operate in at least one initiator emitter, which is configured to emit in the optical wavelength range of the signal, the duration of which is equal to the duration of the video frame Δt, the repetition period is equal to T = Δt * (Hadron synchronization and placed at the ends of mutually perpendicular horizontal lines of the controlled water volume N + 1), where N is the number of objects in the group, and the beginning of the radiation is synchronized with the frame synchronization pulses of the cameras, the optical beacons are configured to receive the emitter signal -initiator and signal emission in the optical wavelength range in a predefined video frame number for each object, while the separate outputs of the synchronizer are connected to the synchronization inputs of the cameras and the emitter-initiator, the signal outputs of the cameras are connected to the separate inputs of the computing complex, the separate outputs of which are connected to the input of the display device and the input of the synchronizer, and the number of optical beacons and their location on the underwater object is selected from the condition of ensuring continuous surveillance by at least two cameras.
Технический результат в системе достигается также тем, что:The technical result in the system is also achieved by the fact that:
количество излучателей-инициаторов выбирают равным четырем и устанавливают их в местах расположения видеокамер;the number of emitters-initiators is chosen equal to four and set them at the locations of the cameras;
оптический маяк излучает сигналы в ближнем ультрафиолетовом и/или в ближнем инфракрасном диапазоне волн;an optical beacon emits signals in the near ultraviolet and / or near infrared wavelength range;
излучатель-инициатор излучает сигналы в ближнем инфракрасном диапазоне волн;the emitter-initiator emits signals in the near infrared wavelength range;
в качестве сигнала излучателя-инициатора используют кодированный сигнал с амплитудной модуляцией последовательностью импульсов;as the signal of the emitter-initiator use an encoded signal with amplitude modulation by a sequence of pulses;
длительность сигнала излучателя-инициатора соответствует длительности видеокадра;the duration of the signal of the emitter-initiator corresponds to the duration of the video frame;
вычислительный комплекс, синхронизатор и устройство отображения расположены в пункте контроля за действием подводных объектов вне контролируемого водного объема.a computer complex, a synchronizer and a display device are located in the control point for the action of underwater objects outside the controlled water volume.
Сущность изобретения поясняется чертежами, на которых представлены:The invention is illustrated by drawings, on which:
на фиг. 1 - структурная электрическая схема заявляемой системы позиционирования;in FIG. 1 is a structural electrical diagram of the inventive positioning system;
на фиг. 2 - временные диаграммы, поясняющие принцип функционирования заявляемого способа и системы;in FIG. 2 - timing diagrams explaining the principle of operation of the proposed method and system;
на фиг. 3 - локальная система координат контролируемого водного объема;in FIG. 3 - local coordinate system of the controlled water volume;
на фиг. 4 - горизонтальное сечение контролируемого водного объема;in FIG. 4 - horizontal section of a controlled water volume;
на фиг. 5 - вертикальное сечение контролируемого водного объема.in FIG. 5 is a vertical section of a controlled water volume.
На фиг. 1-5 введены обозначения:In FIG. 1-5 introduced the notation:
1 - подводные объекты;1 - underwater objects;
11, 12, …, 1N - номера подводных объектов;11, 12, ..., 1N - numbers of underwater objects;
111, 121; …, 1NM - номера оптических маяков, расположенных на подводных объектах;111, 121; ..., 1NM - numbers of optical beacons located at underwater objects;
2 - видеокамеры;2 - video cameras;
21, 22, 23, 24 - номера камер;21, 22, 23, 24 - camera numbers;
3 - излучатели-инициаторы;3 - initiator emitters;
31, 32, 33, 34 - номера излучателей-инициаторов;31, 32, 33, 34 - numbers of emitters-initiators;
4 - пункт контроля;4 - control point;
5 - вычислительный комплекс;5 - computer complex;
6 - устройство отображения;6 - display device;
7 - синхронизатор;7 - synchronizer;
8 - контролируемый водный объем;8 - controlled water volume;
9 - корпус водолазной башни.9 - body of the diving tower.
Описание способа позиционирования группы подводных объектов в ограниченном водном объеме совместим с описанием системы для его осуществления.The description of the method for positioning a group of underwater objects in a limited water volume is compatible with the description of the system for its implementation.
Подводные объекты 1 находятся в ограниченном водном объеме, при этом водный объем может быть конструктивно ограничен, например, корпусом водолазной башни, стенками бассейна или определяться только расположением видеокамер. Вне контролируемого водного объем размещен пункт контроля 4, содержащий вычислительный комплекс 5, раздельные выходы которого соединены с входом устройства отображения бис входом синхронизатора 7. К раздельным входам вычислительного комплекса 5 подключены сигнальные выходы видеокамер 21-24, а раздельные выходы синхронизатора 7 соединены с входами синхронизации видеокамер 21-24 и с входами синхронизации излучателей-инициаторов 31-34.Underwater
Чертежи, иллюстрирующие заявляемый способ и устройство, представленные на фиг. 3 фиг. 5 приведены в качестве примера для контролируемого водного объема 8, ограниченного корпусом 9 цилиндрической водолазной башни с диаметром D. На чертежах изображен один объект 11 с координатами X11, Y11 и Z11.Drawings illustrating the inventive method and device shown in FIG. 3 of FIG. 5 are given as an example for a controlled
Каждый из N объектов группы от 11 до 1N снабжен оптическими маяками 111, 121; …, 1NM, соответственно, количество которых и места их расположения на подводном объекте выбирают из условия обеспечения непрерывного наблюдения по крайней мере двумя видеокамерами. Например, для контроля подводного пловца предпочтительным является использование четырех оптических маяков, размещенных на спине, груди и плечах.Each of the N objects of the group from 11 to 1N is equipped with
На концах взаимно перпендикулярных осевых линий X и Y горизонтального сечения контролируемого водного объема (см. фиг. 4) размещены четыре видеокамеры 21-24, с помощью которых ведется наблюдение за объектами, и четыре излучателя-инициатора 31-34. При углах А поля зрения видеокамер 2 в горизонтальной и вертикальной плоскости не менее 90°, такое расположение видеокамер обеспечивает наблюдение за каждым из объектов по крайней мере двумя видеокамерами с взаимно перпендикулярными осями, что является достаточным для определения координат объекта.At the ends of the mutually perpendicular axial lines X and Y of the horizontal section of the controlled water volume (see Fig. 4), four video cameras 21-24 are placed with which objects are monitored, and four initiating emitters 31-34. At angles A of the field of view of the
При диаграмме излучения В излучателей-инициаторов 3 в горизонтальной и вертикальной плоскости не менее 90°, такое расположение излучателей-инициаторов обеспечивает наличие излучаемого сигнала во всем контролируемом водном объеме.When the radiation pattern B of the
При легко достижимых углах поля зрения видеокамер А=140° высота Н контролируемого водного объема при D=5 м составляет 13,7 м.With easily accessible angles of field of view of the cameras A = 140 °, the height H of the controlled water volume at D = 5 m is 13.7 m.
Функционирование способа и системы позиционирования группы объектов в ограниченном водном объеме поясняются временными диаграммами, которые приведены на фиг. 2, где обозначены:The operation of the method and positioning system of a group of objects in a limited water volume is illustrated by time charts, which are shown in FIG. 2, where are indicated:
ИКС - импульсы кадровой синхронизации;IKS - impulses of frame synchronization;
СИ - сигнал излучателя-инициатора;SI - signal of the emitter-initiator;
ОМ11, …, OM1N - сигналы оптических маяков объектов;OM11, ..., OM1N - signals of optical beacons of objects;
ИСВ - импульсы синхронизации видеокамер.WIS - synchronization pulses of cameras.
Видеокамеры 3 работают в покадровом режиме, который задается импульсами синхронизации видеокамер (ИСВ), поступающими от синхронизатора 7 на входы синхронизации видеокамер 2.
Излучатели-инициаторы 3 излучают в оптическом диапазоне волн сигналы СИ, длительность которого равна длительности видеокадра Δt, а период следования равен T=Δt*(N+1), где N - максимальное количество объектов в группе. Начало излучения излучателей-инициаторов 3 синхронизировано с ИКС видеокамер 2 и задается импульсами, поступающими от синхронизатора 7 на входы синхронизации излучателей-инициаторов 3.Initiating
В качестве сигнала излучателя-инициатора предпочтительно используют кодированный сигнал, например, сигнал с амплитудной модуляцией последовательностью импульсов.As the signal of the emitter-initiator, preferably a coded signal is used, for example, a signal with amplitude modulation by a pulse train.
Система позиционирования группы подводных объектов ограниченном водном объеме работает следующим образом.The positioning system of a group of underwater objects of limited water volume works as follows.
Подводные объекты 1, оборудованные одним или несколькими оптическими маяками, находятся в контролируемом объеме. При этом они попадают в поле зрения видеокамер 2. Все оптические маяки выключены, видеокамеры не регистрируют отметок от них. Далее все четыре излучателя-инициатора 3 посылают кодированный оптический сигнал, соответствующий команде включения оптических маяков.
Фотоприемники оптических маяков всех объектов принимают и анализируют сигнал СИ. Оптические маяки 111…11М первого объекта 11 излучают сигналы ОМ 11 в первом видеокадре, потом во втором видеокадре излучают сигнал ОМ12 оптические маяки 121…12М второго объекта 12 и так далее до N-го объекта, затем цикл повторяется. Таким образом в качестве идентифицирующего признака объекта используют предустановленный номер видеокадра, в котором после приема сигнала излучателя-инициатора СИ оптические маяки данного объекта излучают сигнал ОМ.Photodetectors of optical beacons of all objects receive and analyze the SI signal. The
Ввиду того, что все элементы системы, включая оптические маяки, видеокамеры и излучатели-инициаторы работают от сигналов СИ, работа системы синхронизирована и не требует наличия высокоточных часов. Оптические маяки соответствующей группы генерируют оптический импульс при попадании на их фотоприемные устройства внешнего оптического сигнала СИ. Достаточно того, чтобы длительность оптического импульса ОМ, генерируемого маяком, не превышала длительности видеокадра регистрирующей камеры.Due to the fact that all elements of the system, including optical beacons, video cameras, and initiating emitters, are powered by SI signals, the operation of the system is synchronized and does not require a high-precision clock. Optical beacons of the corresponding group generate an optical pulse when an external optical SI signal is incident on their photodetector devices. It is sufficient that the duration of the optical pulse OM generated by the beacon does not exceed the duration of the video frame of the recording camera.
В случае неполучения каким-либо оптическим маяком внешнего оптического сигнала СИ, например, из-за затенения его фотоприемного устройства при частичном взаимном перекрытии объектов, этот маяк не генерирует ответного сигнала ОМ. Тогда координаты объекта определяются по другим маякам, закрепленным на этом объекте. Более того, ввиду того, что информация о координатах обновляется с частотой F/N, где F - частота видеосъемки, и малых скоростях движения пловцов в водной среде, пропуск любого отсчета практически не сказывается на работе системы.In case of failure of any optical beacon to receive an external optical SI signal, for example, due to the shadowing of its photodetector with partial mutual overlapping of objects, this beacon does not generate an OM response signal. Then the coordinates of the object are determined by other beacons fixed on this object. Moreover, due to the fact that the coordinate information is updated with a frequency of F / N, where F is the frequency of video recording, and low speeds of swimmers in the aquatic environment, the omission of any reference practically does not affect the operation of the system.
Для исключения воздействия оптического излучения на глаза подводных пловцов излучение сигналов как излучателей-инициаторов, так и оптических маяков выбирают на частотах, лежащих вне видимого диапазона волн, при этом оптические маяки в зависимости от оптических свойств воды излучают сигналы в предустановленных режимах: в ближнем ультрафиолетовом (длины волн 360-380 нм) и/или в ближнем инфракрасном диапазоне волн (длины волн 780-820 нм), а излучатель-инициатор излучает сигналы в ближнем инфракрасном диапазоне волн.To exclude the effect of optical radiation on the eyes of underwater swimmers, the radiation of signals from both initiator emitters and optical beacons is selected at frequencies outside the visible wavelength range, while optical beacons, depending on the optical properties of water, emit signals in preset modes: near ultraviolet ( wavelengths of 360-380 nm) and / or in the near infrared wavelength range (wavelengths of 780-820 nm), and the emitter-initiator emits signals in the near infrared wavelength range.
Ввиду того, что максимальное спектральное пропускание воды приходится на ближнюю ультрафиолетовую область спектра, для минимизации мощности излучения оптических маяков предпочтительно использовать в оптическом тракте системы источники с длинами волн 360-380 нм.Due to the fact that the maximum spectral transmission of water falls on the near ultraviolet region of the spectrum, it is preferable to use sources with wavelengths of 360-380 nm in the optical path of the system to minimize the radiation power of optical beacons.
В последовательных видеокадрах видеокамер 2 появляются отметки от оптических маяков объектов 1 с последовательными номерами, что позволяет производить раздельную обработку видеопоследовательностей для каждого объекта. Обработку видеоинформации с видеокамер 2 производят на вычислительном комплексе 5 в локальной системе координат, связанной с видеокамерами, с последующим пересчетом в глобальную систему в строительных осях водолазной башни.In sequential video frames of
При наличии на объекте нескольких оптических маяков на изображении могут появиться отметки от одного или нескольких оптических маяков с разной яркостью. Для обработки выбирают отметку от оптического маяка объекта с наибольшей яркостью. Затем для каждого объекта сравнивают попарно изображения от четырех видеокамер и для дальнейшего определения координат объекта с минимальными ошибками выбирают пары видеокамер, у которых углы визирования объекта близки к 90°. Если таких пар видеокамер несколько, то усредняют координаты объекта, полученные от нескольких пар видеокамер. Вычисленные координаты и параметры движения каждого объекта группы отображаются на устройстве 6 отображения.If there are several optical beacons on the object, marks from one or more optical beacons with different brightness may appear on the image. For processing, select the mark from the optical beacon of the object with the highest brightness. Then, for each object, images from four cameras are compared in pairs and, for further determination of the coordinates of the object, pairs of cameras are selected with minimal errors, whose viewing angles are close to 90 °. If there are several such pairs of cameras, then the object coordinates obtained from several pairs of cameras are averaged. The calculated coordinates and motion parameters of each group object are displayed on the
При использовании видеокамеры со скорости видеосъемки F=60 Гц и частоте обновления информации о координатах объектов равной 5 Гц, которая достаточна для вычисления параметров движения объектов, в контролируемом водном объеме может находиться одновременно до 11 объектов, по которым обеспечивается идентификация и непрерывное определение координат и параметров их движения.When using a video camera with a video recording speed of F = 60 Hz and a refresh rate of information about the coordinates of objects equal to 5 Hz, which is sufficient to calculate the parameters of the movement of objects, up to 11 objects can be located in a controlled water volume by which identification and continuous determination of coordinates and parameters is provided their movements.
Claims (14)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2016126789A RU2626244C1 (en) | 2016-07-04 | 2016-07-04 | Method and system of positioning group of submarine objects in limited water volume |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2016126789A RU2626244C1 (en) | 2016-07-04 | 2016-07-04 | Method and system of positioning group of submarine objects in limited water volume |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2626244C1 true RU2626244C1 (en) | 2017-07-25 |
Family
ID=59495758
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2016126789A RU2626244C1 (en) | 2016-07-04 | 2016-07-04 | Method and system of positioning group of submarine objects in limited water volume |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2626244C1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2717578C1 (en) * | 2019-07-02 | 2020-03-24 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Государственный университет морского и речного флота имени адмирала С.О. Макарова" | Method of determining geographic coordinates of an underwater object |
Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4212258A (en) * | 1978-05-12 | 1980-07-15 | International Submarine Services, S.A. | Underwater apparatus for acoustically inspecting a submerged object |
JPH09145821A (en) * | 1995-11-20 | 1997-06-06 | Akihide Sakitani | Underwater object position measuring device |
US6501704B2 (en) * | 2000-11-22 | 2002-12-31 | National Institute Of Advanced Industrial Science And Technology | Underwater object positioning system |
RU2303275C2 (en) * | 2004-08-12 | 2007-07-20 | Северное государственное федеральное унитарное научно-производственное предприятие по морским геологоразведочным работам "СЕВМОРГЕО" | Method for determination of co-ordinates of submerged objects |
RU2437114C1 (en) * | 2010-03-29 | 2011-12-20 | Государственное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования "Омский Государственный Технический Университет" | System for determining coordinates of underwater objects |
RU139478U1 (en) * | 2013-07-12 | 2014-04-20 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт космических исследований Российской академии наук (ИКИ РАН) | ROBOTIC OBJECT MANAGEMENT SYSTEM |
RU2563074C1 (en) * | 2014-08-13 | 2015-09-20 | Открытое акционерное общество "Государственный научно-исследовательский навигационно-гидрографический институт" (ОАО "ГНИНГИ") | Underwater robotic complex |
-
2016
- 2016-07-04 RU RU2016126789A patent/RU2626244C1/en active IP Right Revival
Patent Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4212258A (en) * | 1978-05-12 | 1980-07-15 | International Submarine Services, S.A. | Underwater apparatus for acoustically inspecting a submerged object |
JPH09145821A (en) * | 1995-11-20 | 1997-06-06 | Akihide Sakitani | Underwater object position measuring device |
US6501704B2 (en) * | 2000-11-22 | 2002-12-31 | National Institute Of Advanced Industrial Science And Technology | Underwater object positioning system |
RU2303275C2 (en) * | 2004-08-12 | 2007-07-20 | Северное государственное федеральное унитарное научно-производственное предприятие по морским геологоразведочным работам "СЕВМОРГЕО" | Method for determination of co-ordinates of submerged objects |
RU2437114C1 (en) * | 2010-03-29 | 2011-12-20 | Государственное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования "Омский Государственный Технический Университет" | System for determining coordinates of underwater objects |
RU139478U1 (en) * | 2013-07-12 | 2014-04-20 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт космических исследований Российской академии наук (ИКИ РАН) | ROBOTIC OBJECT MANAGEMENT SYSTEM |
RU2563074C1 (en) * | 2014-08-13 | 2015-09-20 | Открытое акционерное общество "Государственный научно-исследовательский навигационно-гидрографический институт" (ОАО "ГНИНГИ") | Underwater robotic complex |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2717578C1 (en) * | 2019-07-02 | 2020-03-24 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Государственный университет морского и речного флота имени адмирала С.О. Макарова" | Method of determining geographic coordinates of an underwater object |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US10371791B2 (en) | Underwater positioning system | |
US11226412B2 (en) | Use of multi-beam sonar systems to generate point cloud data and models, and data registration in underwater metrology applications | |
US20190011565A1 (en) | Underwater optical positioning systems and methods | |
US11789146B2 (en) | Combined method of location of sonar detection device | |
FI124658B (en) | Underwater tracking system | |
US20140313321A1 (en) | Optical ground tracking apparatus, systems, and methods | |
US10527423B1 (en) | Fusion of vision and depth sensors for navigation in complex environments | |
RU2469346C1 (en) | Method of positioning underwater objects | |
KR20110118934A (en) | System and method for estimating position and orientation using infrared light | |
CN108693532A (en) | Wearable barrier-avoiding method and device based on enhanced binocular camera Yu 3D millimetre-wave radars | |
KR102298645B1 (en) | 3D modeling system of underwater surfaces using infrared thermal imaging camera and drone | |
RU2593651C1 (en) | Hydroacoustic method for location of autonomous underwater vehicles | |
RU2626244C1 (en) | Method and system of positioning group of submarine objects in limited water volume | |
CN211291443U (en) | Passive telemetering robot based on live-action three-dimensional map | |
KR20150122446A (en) | Coastal seafloor topography surveying apparatus using the jet ski | |
JP2006300700A (en) | Positioning system | |
RU2322371C2 (en) | Method of orientation of transport facility moving in space by light beam and device for realization of this method | |
KR101408211B1 (en) | Apparatus for measuring position of rov | |
RU2529207C1 (en) | Navigation system for towed underwater vehicle | |
RU2018145205A (en) | METHOD AND SYSTEM OF HUMAN TRAFFIC TRACKING | |
CN113888702A (en) | Indoor high-precision real-time modeling and space positioning device and method based on multi-TOF laser radar and RGB camera | |
JP2023050230A (en) | Underwater Position Correction Device, Underwater Position Correction Method, and Underwater Position Correction Program | |
JP4251396B2 (en) | Bird observation device and bird observation method | |
ES2734396B2 (en) | System for positioning and orientation of an aircraft with respect to a reference beacon using radio waves | |
RU2470317C1 (en) | Differential-range hydroacoustic device for determining position of surface or underwater vessel relative given channel |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20180705 |
|
NF4A | Reinstatement of patent |
Effective date: 20200514 |