RU119127U1

RU119127U1 - OBJECT DIVING DEPTH METER

Info

Publication number: RU119127U1
Application number: RU2012110725/28U
Authority: RU
Inventors: Сергей Павлович Андреев; Дмитрий Георгиевич Селезнёв; Сергей Яковлевич Чернин; Георгий Иванович Ярковенко; Александр Давидович Консон; Владимир Игоревич Советов; Валерий Григорьевич Тимошенков; Евгений Яковлевич Бузов
Original assignee: Региональный некоммерческий фонд поддержки и развития петербургской науки, культуры и спорта
Priority date: 2012-03-20
Filing date: 2012-03-20
Publication date: 2012-08-10

Abstract

Измеритель глубины обнаруженного объекта, содержащий гидролокатор, измеритель дистанции с вычислителем глубины цели, измеритель собственной скорости, отличающийся тем, что в него дополнительно вводят измеритель курсового угла цели, измеритель радиальной составляющей собственной скорости, измеритель радиальной скорости цели, измеритель относительной ошибки измерения радиальной скорости и измерителя радиальной скорости цели, при этом первый выход гидролокатора через измеритель дистанции соединен с первым входом вычислителя глубины цели, второй выход гидролокатора через блок измерения курсового угла цели, через измеритель радиальной составляющей собственной скорости цели соединен со вторым входом вычислителя глубины цели, измеритель собственной скорости соединен с измерителем радиальной составляющей собственной скорости, измеритель радиальной скорости цели через измеритель относительной ошибки соединен с третьим входом вычислителя глубины цели, второй выход измерителя радиальной составляющей собственной скорости соединен со вторым входом измерителя относительной ошибки, первый выход блока управления соединен со входом гидролокатора, второй выход блока управления со вторым входом измерителя дистанции, а третий выход блока управления соединен с четвертым входом вычислителя глубины цели. Depth gauge of a detected object, containing a sonar, a distance meter with a target depth calculator, a self-speed meter, characterized in that it additionally includes a target heading angle meter, a radial component of its own velocity meter, a target radial velocity meter, a relative radial velocity measurement error meter and of the target radial velocity meter, while the first sonar output through the distance meter is connected to the first input of the target depth calculator, the second sonar output through the target heading angle measurement unit, through the radial component of the target's own velocity meter is connected to the second input of the target depth calculator, the intrinsic velocity meter is connected with a meter of the radial component of its own velocity, the meter of the radial velocity of the target through the meter of the relative error is connected to the third input of the calculator of the depth of the target, the second output of the meter of the radial component own speed is connected to the second input of the relative error meter, the first output of the control unit is connected to the input of the sonar, the second output of the control unit to the second input of the distance meter, and the third output of the control unit is connected to the fourth input of the target depth calculator.

Description

Полезная модель относится к области гидроакустики и может быть использовано для построения навигационных гидроакустических станций освещения ближней обстановки, повышения их эффективности и расширения объема решаемых задач. Известны гидролокаторы, которые позволяют обнаруживать объект, измерять до него дистанцию и измерять направление на объект. (Яковлев А.Н. Каблов Г.П. Гидролокаторы ближнего действия. Л. Судостроение 1983 г.)The utility model relates to the field of hydroacoustics and can be used to build navigation hydroacoustic stations for lighting near conditions, increase their efficiency and expand the scope of tasks. Known sonars that allow you to detect an object, measure the distance to it and measure the direction of the object. (Yakovlev A.N. Kablov G.P. Short-range sonar. L. Shipbuilding 1983)

Гидролокатор содержит генератор зондирующего сигнала, измеритель времени задержки между излученным сигналом и принятым эхосигналом от объекта, определитель дистанция до обнаруженного объекта по величине временной задержки и известной скорости распространения звука и определитель направления прихода отраженного сигнала.The sonar contains a probe signal generator, a delay time meter between the emitted signal and the received echo signal from the object, a distance determiner to the detected object according to the value of the time delay and a known sound propagation velocity, and a determinant of the direction of arrival of the reflected signal.

Известен метод определения глубины погружения объекта с использованием гидролокатора, описанный в работе (А.П.Сташкевич, «Акустика океана», Судостроение, Ленинград, 1966 г, стр.263).A known method for determining the depth of immersion of an object using a sonar is described in the work (A.P. Stashkevich, “Acoustics of the Ocean”, Shipbuilding, Leningrad, 1966, p. 263).

Гидролокатор производит излучение зондирующего сигнала в момент времени t₁, приемник обрабатывает эхосигнал и измеряет временную задержку между моментами излучения зондирующего сигнала и приема эхосигнала, определяет на момент времени t₁ дистанцию D₁ до объекта по величине временной задержки и известной скорости распространения звука, измеряет направления на цель в вертикальной плоскости; определяет глубину H погружения по формуле Н=Dsin(α), где D - измеренная дистанция до объекта α - угол между направлением движения носителя и направлением на объект в вертикальной плоскости.The sonar emits a sounding signal at time t ₁ , the receiver processes the echo signal and measures the time delay between the moments of radiation of the sounding signal and receiving the echo signal, determines at time t _{1 the} distance D ₁ to the object from the value of the time delay and the known speed of sound propagation, measures directions on the target in a vertical plane; determines the depth H of immersion by the formula H = Dsin (α), where D is the measured distance to the object α is the angle between the direction of movement of the carrier and the direction of the object in the vertical plane.

Известен способ определения глубины погружения объекта по патенту №2350983 от 15.02.2007 г. и устройство, реализующее данный способ, которое содержит гидролокатор ближнего действия, соединенный через измеритель дистанции с вычислителем, второй вход которого соединен с измерителем собственной скорости, а третий вход с блоком управления.There is a method of determining the immersion depth of an object according to patent No. 2350983 of 02.15.2007 and a device that implements this method, which contains a short-range sonar connected through a distance meter to a computer, the second input of which is connected to a speed meter, and the third input to the unit management.

С помощью предложенного устройства измерение глубины осуществляется следующим образом.Using the proposed device, the depth measurement is as follows.

Гидролокатор излучает зондирующие сигналы в момент времени t₁, принимает отраженные от объекта эхосигнал, который поступает в измеритель дистанции. В измерителе по времени задержки между излученным сигналом и принятым сигналом и по известной скорости распространения звука определяется дистанция до объекта D₁. Измеренная оценка дистанции D₁ в момент t₁, поступает в вычислитель, на второй вход которого поступает значение собственной скорости носителя гидролокатора. При излучении следующей посылки гидролокатором производится последующее измерение дистанции в последующий момент времени момент времени t₂, и определяется дистанция D₂, соответствующая времени t₂. По разности времен излучения t₂-t₁=Δτ, измеренным оценкам дистанции D₁ и D₂, оценки собственной скорости V в вычислителе определяется пройденный путь V Δt носителем гидролокатора между посылками определяется глубина по формуле:The sonar emits sounding signals at time t ₁ , receives the echo signal reflected from the object, which enters the distance meter. In the meter, the distance to the object D ₁ is determined by the delay time between the emitted signal and the received signal and the known speed of sound propagation. The measured estimate of the distance D ₁ at time t ₁ , enters the computer, the second input of which receives the value of the own speed of the sonar carrier. When the next package is emitted by a sonar, a subsequent distance measurement at a subsequent point in time is taken at time t ₂ , and the distance D ₂ corresponding to time t _{2 is} determined. The difference between the radiation times t ₂ -t ₁ = Δτ, the measured estimates of the distance D ₁ and D ₂ , the estimation of the own speed V in the computer determines the distance traveled V Δt by the sonar carrier between the packages, the depth is determined by the formula:

, где . where .

Недостатком данного устройства является то, что надежность реализации гидролокатора в таком виде будет снижена, поскольку из-за флюктуации эхосигнала оценки дистанций могут принадлежать сигналам от разных объектов или от помехи. При определении оценки глубины используется собственная скорость измеренная по направлению движения носителя гидролокатора, а измерение дистанции производится по направлению прихода эхосигнала, которое может не совпадать с направлением движения носителя гидролокатора. Изменение дистанции будет определяться радиальной составляющей скорости движения гидролокатора, поэтому необходимо использовать в качестве оценки собственной скорости радиальную составляющую, которая зависит от угла между направлением движения носителя гидролокатора и направлением на цель.The disadvantage of this device is that the reliability of the implementation of sonar in this form will be reduced, because due to fluctuation of the echo signal, distance estimates may belong to signals from different objects or from interference. When determining the depth estimate, the intrinsic speed measured in the direction of movement of the sonar carrier is used, and the distance is measured in the direction of arrival of the echo signal, which may not coincide with the direction of movement of the sonar carrier. The change in distance will be determined by the radial component of the speed of the sonar, therefore it is necessary to use the radial component as an estimate of the own speed, which depends on the angle between the direction of motion of the sonar carrier and the direction to the target.

Указанный недостаток устраняется тем, что в устройство, которое содержитThis drawback is eliminated by the fact that in a device that contains

Измеритель глубины погружения, измеритель дистанции с вычислителем, измеритель собственной скорости дополнительно вводят измеритель курсового угла на цель, измеритель радиальной составляющей собственной скорости, измеритель радиальной скорости цели, измеритель относительной ошибки измерения радиальной скорости цели, при этом первый выход гидролокатора через измеритель дистанции соединен с первым входом вычислителя, второй выход гидролокатора через блок измерения курсового угла на цель, через измеритель радиальной составляющей собственной скорости цели соединен со вторым входом вычислителя, измеритель собственной скорости соединен с измерителем радиальной составляющей собственной скорости, измеритель радиальной скорости цели через измеритель относительной ошибки соединен с третьим входом вычислителя глубины, второй выход измерителя радиальной составляющей собственной скорости соединен со вторым входом измерителя относительной ошибки, первый выход блока управления соединен со входом гидролокатора, второй выход блока управления со вторым входом измерителя дистанции, а третий выход блока управления соединен с четвертым входом вычислителя.An immersion depth meter, a distance meter with a calculator, an own speed meter additionally introduce a heading angle meter on the target, a radial component of its own speed meter, a radial speed meter, a relative error meter for measuring the radial velocity of the target, while the first sonar output is connected to the first through the sonar the input of the calculator, the second output of the sonar through the block measuring the heading angle to the target, through the meter of the radial component with the target’s true speed is connected to the second input of the calculator, the intrinsic velocity meter is connected to the radial component of the intrinsic velocity meter, the target radial velocity meter is connected to the third input of the depth calculator through the relative error meter, the second output of the radial component of the intrinsic velocity meter is connected to the second input of the relative error meter, the first output of the control unit is connected to the input of the sonar, the second output of the control unit with the second input of the meter I am the distance, and the third output of the control unit is connected to the fourth input of the calculator.

Поясним достижение положительного результата. Как правило, дистанция до цели гидролокатором определяется независимо от пространственного положения объектов. Измерение скорости объекта определяется по изменению расстояния за время двух посылок, практически измеряется величина изменения расстояния, которая меньше или равна скорости цели. Если гидролокатор и объект неподвижны, то изменение расстояния между ними не происходит и величина изменения расстояния равна нулю. Если объект движется точно на гидролокатор, то величина изменения расстояния будет соответствовать скорости объекта. Как правило в реальных условиях гидролокатор и объект перемещаются независимо друг от друга имеют различное направление движения. В этих условиях величина изменения расстояния буде определять радиальную скорость сближения или расхождения объектов. В нашем случае при работе с неподвижным объектом величина изменения расстояния буде пропорциональна скорости сближения объектов за счет нашей собственной скорости. Эта величина будет зависеть от того, с какого направления принимается сигнал. (А.С.Колчеданцев Гидроакустические станции Судостроение Л. 1982 г. стр.30) Если направление приема сигнала совпадает с направлением нашего собственного движения, то скорость сближения и величина изменения расстояния будет равна нашей собственной скорости. Если направление прихода сигнала отличается от направление нашего движения, то величина изменение расстояния будет определяться разностью углов между положением объекта и направлением нашего движения. Обнаружение сигнала производится, как правило, при круговом обзоре, поэтому объект может быть обнаружен в любом направлении. Для повышения точности измерения глубины необходимо использовать достоверную оценку собственной скорости и в частности с использованием разности угла между положением объекта и направлением нашего движения. Для этой цели необходимо произвести измерение направления нашего движения с использованием навигационной системы, которая является штатной аппаратурой, установленной на любом корабле, и определить положение пространственное положение объекта с использованием гидролокационной станции, которая определяет курсовой угол цели с точностью имеющейся процедуры разрешения угловых координат. Другой особенностью влияющей на точность и достоверность оценки измеренной глубины является достоверность принадлежности последовательных измерений, принадлежащих одной цели. Эту особенность можно получить, если измерить относительную ошибку измерения радиальной скорости цели и измерителя радиальной составляющей собственной скорости. В идеальных условиях при работе по неподвижной цели эти оценки должны быть равны. Однако в реальных условиях при работе на фоне помех, качки, рысканья возникает ошибка оценки измеряемых величин, которая вносит разброс в оценку измеренных скоростей. Максимальный разброс относительной ошибки между оценкой радиальной скоростью цели и радиальной составляющей собственной скорости не должна превышать 20% по результатам экспериментальных данных. Если ошибка превышает обозначенное значение, то это либо измерение дистанции произошло по разным целям, либо измерение курса цели произошло по разным целям, либо произошел сбой при передаче данных. В любом случае оценка глубины может оказаться не достоверной.Let us explain the achievement of a positive result. As a rule, the distance to the target by sonar is determined regardless of the spatial position of the objects. The measurement of the speed of an object is determined by the change in distance during two transmissions, practically the magnitude of the change in distance is measured, which is less than or equal to the speed of the target. If the sonar and the object are stationary, then the distance between them does not change and the magnitude of the distance change is zero. If the object is moving exactly on the sonar, then the magnitude of the change in distance will correspond to the speed of the object. As a rule, in real conditions, the sonar and the object move independently of each other and have a different direction of movement. Under these conditions, the magnitude of the change in distance will determine the radial velocity of approach or divergence of objects. In our case, when working with a fixed object, the magnitude of the distance change will be proportional to the speed of approach of the objects due to our own speed. This value will depend on which direction the signal is received from. (A.S. Kolichedantsev Hydroacoustic stations Shipbuilding L. 1982, p. 30) If the direction of signal reception coincides with the direction of our own movement, then the approach speed and the magnitude of the distance change will be equal to our own speed. If the direction of arrival of the signal differs from the direction of our movement, then the magnitude of the change in distance will be determined by the difference in angles between the position of the object and the direction of our movement. Signal detection is usually carried out in a circular view, so the object can be detected in any direction. To increase the accuracy of measuring depth, it is necessary to use a reliable estimate of the own speed and, in particular, using the difference in angle between the position of the object and the direction of our movement. For this purpose, it is necessary to measure the direction of our movement using the navigation system, which is the standard equipment installed on any ship, and determine the position of the spatial position of the object using a sonar station, which determines the target angle with the accuracy of the existing procedure for resolving angular coordinates. Another feature affecting the accuracy and reliability of assessing the measured depth is the reliability of consecutive measurements belonging to the same target. This feature can be obtained by measuring the relative error of measuring the radial velocity of the target and the meter of the radial component of its own speed. Under ideal conditions, when working on a fixed target, these estimates should be equal. However, in real conditions, when working against a background of noise, pitching, and yaw, an error arises in estimating the measured values, which introduces a spread in the estimation of the measured velocities. The maximum spread of the relative error between the estimation of the radial velocity of the target and the radial component of its own speed should not exceed 20% according to the results of experimental data. If the error exceeds the indicated value, then either the distance measurement occurred for different purposes, or the target course measurement occurred for different purposes, or there was a failure in the data transfer. In any case, the depth estimate may not be reliable.

Блок схема рассматриваемой полезной модели представлена на фиг.!The block diagram of the utility model is shown in Fig.!

Первый выход гидролокатора 1 соединен через измеритель 5 курсового угла цели со вторым входом измерителя 9 радиальной составляющей собственной скорости с первым входом вычислителя 3 глубины цели. Измеритель 8 собственной скорости через второй вход 9 измерителя радиальной составляющей собственной скорости, через первый вход измерителя 7 относительной ошибки со вторым входом вычислителя 3 глубины цели. Второй выход гидролокатора 1 через первый вход измерителя дистанции 2 соединен с третьим входом вычислителя 3 глубины цели, а второй выход измерителя дистанции 2 через измеритель 6 радиальной скорости цели соединен со вторым входом измерителя 7 относительной ошибки. Первый выход блока 4 управления соединен с гидролокатором 1, второй выход блока управления 4 соединен со вторым входом измерителя дистанции 2, а третий выход блока управления 4 соединен с четвертым входом вычислителя 3 глубины цели.The first output of the sonar 1 is connected through the meter 5 of the target angle of the target with the second input of the meter 9 of the radial component of its own speed with the first input of the calculator 3 of the depth of the target. The own speed meter 8 through the second input 9 of the meter of the radial component of the own speed, through the first input of the relative error meter 7 with the second input of the target depth calculator 3. The second output of the sonar 1 through the first input of the distance meter 2 is connected to the third input of the target depth calculator 3, and the second output of the distance meter 2 through the target radial speed meter 6 is connected to the second input of the relative error meter 7. The first output of the control unit 4 is connected to the sonar 1, the second output of the control unit 4 is connected to the second input of the distance meter 2, and the third output of the control unit 4 is connected to the fourth input of the calculator 3 of the target depth.

Работа предлагаемой модели происходит следующим образом.The work of the proposed model is as follows.

Команда на измерение глубины цели с блока управления 4 поступает на гидролокатор 1,на блок измерения дистанции 2 и вычислитель 3. по этой команде гидролокатор, работая в штатном режиме излучает последовательно зондирующие сигналы в направление на обнаруженную цель, отраженные эхосигналы из гидролокатора поступают последовательно в измеритель дистанции 2, где по каждой посылке определяется дистанция до выбранной цели и время измерения. Измеренные оценки дистанции и измеренные оценки времени по каждой посылке передаются в 6 измеритель радиальной скорости цели и далее в блок 7 измеритель относительной ошибки. Со второго входа измерителя дистанции оценка дистанции и время измерения по каждой посылке поступает в блок 3 вычислитель глубины. Из второго выхода гидролокатора 1 оценка пространственного положения цели поступает в блок 5 измеритель курсового угла на цель, который определяет угол между направлением движения гидролокатора и положением обнаруженной цели. Оценка курсового угла на цель поступает на блок 9 измеритель радиальной составляющей собственной скорости, на первый вход которого поступает значение собственной скорости с блока 8 измерителя собственной скорости. В блоке 9 определяется радиальная составляющая собственной скорости и передается на третий вход вычислителя глубины цели. На второй вход вычислителя поступает значение ошибки измерения радиальной скорости цели относительно радиальной составляющей собственной скорости. Ошибка будет минимальной в том случае, если правильно измерена дистанция до цели в двух последовательных измерениях. В вычислителе 3 по последовательным измерениям дистанций и по оценкам радиальной составляющей собственной скорости вычисляется глубина цели по интервалу времени между первой оценкой дистанции и всеми последующими оценками дистанции. Наличие относительной ошибки меньше порога обеспечивает достоверность измерения глубины цели в конкретных условиях работы. Если величина ошибки больше порога, то это означает, что имеется сбой в измерениях и оценка глубины может быть не правильной. Все используемые приборы и блоки являются известными устройствами, которые реализованы в прототипе или в аналогах.The command to measure the target depth from the control unit 4 is sent to the sonar 1, to the distance measuring unit 2 and to calculator 3. According to this command, the sonar, working in the normal mode, emits sequentially sounding signals in the direction to the detected target, the reflected echo signals from the sonar are sent sequentially to the meter distance 2, where for each package the distance to the selected target and the measurement time are determined. The measured distance estimates and the measured time estimates for each package are transmitted to the 6 radial speed meter of the target and then to block 7 relative error meter. From the second input of the distance meter, an estimate of the distance and the measurement time for each package goes to block 3 depth calculator. From the second output of the sonar 1, the assessment of the spatial position of the target is sent to block 5, the heading angle meter on the target, which determines the angle between the direction of motion of the sonar and the position of the detected target. The assessment of the heading angle to the target is received at block 9 by measuring the radial component of its own speed, the first input of which receives the value of its own speed from block 8 of the meter of its own speed. In block 9, the radial component of the own speed is determined and transmitted to the third input of the target depth calculator. The second input of the calculator receives the value of the error of measuring the radial velocity of the target relative to the radial component of its own speed. The error will be minimal if the distance to the target is correctly measured in two consecutive measurements. In the calculator 3, based on successive distance measurements and estimates of the radial component of the intrinsic velocity, the target depth is calculated from the time interval between the first distance estimate and all subsequent distance estimates. The presence of a relative error below the threshold provides the reliability of measuring the depth of the target in specific operating conditions. If the error is greater than the threshold, then this means that there is a measurement error and the depth estimate may not be correct. All used devices and blocks are known devices that are implemented in the prototype or in analogues.

В современных системах обработки сигналов и принятия решения используются процессоры, реализованные на специализированных вычислительных машинах, имеющих высокое качество обработки гидролокационных сигналов и точность измерения. На этих же средствах реализуются и управление работой гидролокатора, измерителя глубины и процедуры вычисления глубины цели с учетом углового положения цели и достоверности полученных оценок.Modern signal processing and decision-making systems use processors implemented on specialized computers that have high quality sonar processing and measurement accuracy. The same tools are used to control the operation of the sonar, depth gauge and procedures for calculating the target depth, taking into account the angular position of the target and the reliability of the estimates obtained.

Claims

The depth meter of the detected object, containing a sonar, a distance meter with a target depth calculator, an intrinsic velocity meter, characterized in that it also includes a target angle meter, a radial component of the intrinsic velocity, a radial velocity meter, a relative error meter for measuring radial velocity and measuring the radial velocity of the target, while the first output of the sonar through a distance meter is connected to the first input of the depth calculator targets, the second sonar output through the block for measuring the target angle of the target, through the meter of the radial component of the target’s own speed is connected to the second input of the target depth calculator, the meter of its own speed is connected to the meter of the radial component of the target’s speed, the meter of the radial speed of the target through the meter of relative error is connected to the third input target depth calculator, the second output of the meter of the radial component of its own speed is connected to the second input of the meter relative tion errors, the first output of the control unit is connected to the input sonar second output to the second input meter distance control unit and third control unit output is connected to fourth input of the calculator target depth.