RU208856U1

RU208856U1 - The device of hydroacoustic calculations according to the data of operational oceanology

Info

Publication number: RU208856U1
Application number: RU2021115032U
Authority: RU
Inventors: Юрий Владимирович Барсуков; Константин Петрович Львов
Original assignee: Акционерное Общество "Концерн "Океанприбор"
Priority date: 2021-05-25
Filing date: 2021-05-25
Publication date: 2022-01-18

Abstract

Полезная модель относится к области гидроакустической техники и может быть использована в гидроакустических станциях и комплексах (ГАС и ГАК) различного назначения, размещаемых на кораблях и стационарно.Задачей полезной модели является отказ от измерителя вертикального распределения скорости звука (ВРСЗ) и опускаемого устройства одноразового использования косвенного измерения ВРСЗ (определение температуры, солености (электропроводности) и давления морской воды CTD зондами).Техническим результатом является упрощение устройства гидроакустических расчетов, снижение его стоимости.Для достижения заявленного технического результата в устройство гидроакустических расчетов по данным оперативной океанологии, содержащее блоки расчетов вертикального распределения скорости звука и затухания сигналов как функции температуры, солености и давления, акустического поля, дальности обнаружения и базу данных, введен новый признак, а именно - в структуру устройства введены браузер для использования данных оперативной океанологии, конвертер формата и интерфейсы ввода и вывода.The utility model relates to the field of hydroacoustic technology and can be used in hydroacoustic stations and complexes (GAS and GAK) for various purposes, placed on ships and stationary. VRSS measurements (determination of temperature, salinity (electrical conductivity) and pressure of sea water with CTD probes). The technical result is to simplify the device for hydroacoustic calculations, reduce its cost. sound and signal attenuation as a function of temperature, salinity and pressure, acoustic field, detection range and database, a new feature has been introduced, namely, a browser has been introduced into the structure of the device for using data operational oceanology, format converter and input and output interfaces.

Description

Полезная модель относится к области гидроакустической техники и может быть использована в гидроакустических станциях и комплексах (ГАС и ГАК) различного назначения, размещаемых на кораблях и стационарно.The utility model relates to the field of hydroacoustic technology and can be used in hydroacoustic stations and complexes (GAS and GAK) for various purposes, placed on ships and stationary.

Устройства гидроакустических расчетов требуются, например, для оценивания путем расчетов затухания при распространении гидроакустических сигналов на различных расстояниях, глубинах и частотах, расчета акустического поля сигналов, решения уравнения гидроакустики, расчета дальности обнаружения морских объектов различных классов в режимах шумопеленгования и гидролокации, в режимах обнаружения гидроакустических сигналов, акустической заметности носителя, выработки рекомендаций по адаптации режимов работы. Оценивания производятся по данным вертикального распределения скорости звука (ВРСЗ), а также, например, акустических свойств дна, волнения поверхности.Devices for hydroacoustic calculations are required, for example, for evaluating by calculating the attenuation during the propagation of hydroacoustic signals at various distances, depths and frequencies, calculating the acoustic field of signals, solving the hydroacoustic equation, calculating the detection range of marine objects of various classes in the noise direction finding and sonar modes, in the modes of detecting hydroacoustic signals, acoustic visibility of the carrier, development of recommendations for adapting operating modes. Estimates are made according to the data of the vertical sound velocity distribution (VSDS), as well as, for example, the acoustic properties of the bottom, surface waves.

Известно построение подобных устройств. Устройства состоят из двух частей - измерителя ВРСЗ, косвенного или прямого определения ВРСЗ, и программно аппаратного устройства гидроакустических расчетов. Связь между частями электрическая. Основные технические характеристики приведены, например, в [Евтютов А.П., Митько В.Б. Инженерные расчеты в гидроакустике. Л.: Судостроение, 1988; Марасёв С.В., Машошин А.И. Задачи, решаемые системой гидроакустических расчетов // Морская радиоэлектроника. - 2015, №2 (52). - С. 40-45].The construction of such devices is known. The devices consist of two parts - a VRDS meter, indirect or direct determination of VRDS, and a software and hardware device for hydroacoustic calculations. The connection between the parts is electrical. The main technical characteristics are given, for example, in [Evtyutov A.P., Mitko V.B. Engineering calculations in hydroacoustics. L.: Shipbuilding, 1988; Marasev S.V., Mashoshin A.I. Problems Solved by the System of Hydroacoustic Calculations // Marine Radioelectronics. - 2015, No. 2 (52). - S. 40-45].

Принципиальным недостатком указанных устройств является наличие опускаемого устройства одноразового использования косвенного (определение температуры, солености (электропроводности) и давления морской воды CTD зондами) или опускаемого прямого определения ВРСЗ и стационарного устройства прямого определения ВРСЗ. Конкретно недостатками являются громоздкость, наличие лебедки для опускания и передача данных по кабелю на текущей глубине во время опускания до дна, обработка данных не в реальном масштабе времени.The principal disadvantage of these devices is the presence of a drop-down device for indirect one-time use (determination of temperature, salinity (electrical conductivity) and sea water pressure with CTD probes) or a drop-down direct determination of VRSS and a stationary device for direct determination of VRDS. Specifically, the disadvantages are bulkiness, the presence of a winch for lowering and data transmission by cable at the current depth during lowering to the bottom, data processing is not in real time.

Наиболее близким аналогом к предлагаемой полезной модели является устройство гидроакустических расчетов ГАК подводной лодки, состоящее из трех частей. Прототип содержит стационарный измеритель прямого определения ВРСЗ, размещенный в ограждении рубки подводной лодки, измеритель одноразового использования - контейнеры с измерителями для прямого определения ВРСЗ или температуры, солености (электропроводности) и давления CTD зондами для косвенного определения ВРСЗ, выпускаемые из универсального аппарата, передающие данные по кабелю. Устройство имеет блоки расчетов ВРСЗ и затухания сигналов по данным измерителя температуры, солености (электропроводности) и давления, акустического поля сигналов, дальности обнаружения (решения уравнения гидроакустики) и блок базы данных [Алексеев Н.С., Величкин С.М., Есипова Е.И. и др. Патент РФ №122494 от 05.07.2012. Гидроакустический комплекс подводной лодки. МПК G01S 3/80].The closest analogue to the proposed utility model is a device for hydroacoustic calculations of the SJSC of a submarine, consisting of three parts. The prototype contains a stationary meter for direct determination of VRSS, located in the fence of the cabin of a submarine, a disposable meter - containers with meters for direct determination of VRSR or temperature, salinity (electrical conductivity) and pressure CTD probes for indirect determination of VRSR, produced from a universal apparatus, transmitting data via cable. The device has blocks for calculating VRSS and attenuation of signals according to the data of the temperature meter, salinity (electrical conductivity) and pressure, the acoustic field of signals, the detection range (solution of the equation of hydroacoustics) and the database block [Alekseev N.S., Velichkin S.M., Esipova E. .AND. and others. Patent of the Russian Federation No. 122494 dated 07/05/2012. Hydroacoustic complex of a submarine. IPC G01S 3/80].

Задачей полезной модели является отказ от измерителя прямого определения ВРСЗ и измерителя температуры, солености (электропроводности) и давления для косвенного определения ВРСЗ.The objective of the utility model is to abandon the meter for direct determination of VRSS and the meter for temperature, salinity (electrical conductivity) and pressure for indirect determination of VRSS.

Техническим результатом является упрощение устройства гидроакустических расчетов, снижение его стоимости.EFFECT: simplification of the device for hydroacoustic calculations, reduction of its cost.

Для достижения заявленного технического результата в устройство гидроакустических расчетов, содержащее блоки расчетов ВРСЗ и затухания по данным температуры, солености и давления оперативной океанологии, поля, дальности и блока базы данных введены новые признаки, а именно - в устройство введены блоки браузера для использования данных оперативной океанологии, конвертера формата данных, интерфейса ввода и интерфейса вывода.To achieve the claimed technical result, new features have been introduced into the hydroacoustic calculation device, which contains blocks for calculating VRSS and attenuation according to temperature, salinity and pressure data from operational oceanology, a field, a range and a database block, namely, browser blocks have been introduced into the device for using operational oceanology data , data format converter, input interface and output interface.

Поставленная задача в заявляемой полезной модели решается следующим образом.The task in the claimed utility model is solved as follows.

Введенные в заявленное устройство блоки браузера для использования данных оперативной океанологии и конвертера формата данных обеспечивает отказ от измерителя ВРСЗ за счет использования внешней информации, блоки интерфейса ввода и интерфейса вывода обеспечивают конструктивную обособленность устройства.The browser blocks introduced into the claimed device for using operational oceanology data and the data format converter ensure the rejection of the VRSS meter due to the use of external information, the input and output interface blocks ensure the device is structurally isolated.

Сущность полезной модели поясняется фиг. 1-6, где на фиг. 1 приведена обобщенная функциональная схема заявленного устройства. На фиг. 2 представлен как пример график профиля температуры в зависимости от давления (глубины) и на фиг. 3 - как пример график профиля солености. На фиг. 4 - пример графика расчета профиля ВРСЗ. На фиг. 5 - пример графика расчета коэффициента затухания (поглощения). На фиг. 6 - пример расчета акустического поля сигналов.The essence of the utility model is illustrated in Fig. 1-6, where in Fig. 1 shows a generalized functional diagram of the claimed device. In FIG. 2 is an exemplary plot of temperature profile versus pressure (depth) and FIG. 3 is an example of a salinity profile plot. In FIG. 4 - an example of a schedule for calculating the profile of VRSS. In FIG. 5 is an example of a graph for calculating the attenuation (absorption) coefficient. In FIG. 6 - an example of the calculation of the acoustic field of signals.

Заявленное устройство (фиг. 1) содержит блок браузера 1, первый вход блока соединен с компьютерной сетью оперативной океанологии, а выход соединен с первым входом блока конвертера формата 2, выход которого в свою очередь соединен с первыми входами блока расчета ВРСЗ 3, блока расчета затухания 4 и блока расчета поля 5, а вторые входы блока браузера 1, блока конвертера формата 2, блока расчета ВРСЗ 3, блока расчета затухания 4, блока расчета поля 5 и блока расчета дальности 7 соединены с выходом блока интерфейса ввода 9, выходы блока расчета затухания 4 и блока расчета ВРСЗ 3 соединены с третьим и четвертым входами блока расчета поля 5, пятый вход соединен с выходом блока базы данных 6, а третий выход блока расчета поля 5 соединен со входом блока базы данных 6, выходы блока расчета ВРСЗ 3, блока расчета дальности 7 соединены соответственно с первым и вторым входами блока интерфейса вывода 8, первый выход блока расчета поля 5 соединен с входом блока расчета дальности 7, а второй выход блока расчета поля 5 соединен с третьим входом блока интерфейса вывода 8, выход которого соединен с источником команд. Связи входа блока браузера 1, выхода блока интерфейса вывода 8 и входа блока интерфейса ввода 9 на фиг. 1 не показаны.The claimed device (Fig. 1) contains a browser block 1, the first input of the block is connected to the computer network of operational oceanology, and the output is connected to the first input of the format converter block 2, the output of which, in turn, is connected to the first inputs of the VRSS calculation block 3, the attenuation calculation block 4 and the field calculation block 5, and the second inputs of the browser block 1, the format converter block 2, the VRSZ calculation block 3, the attenuation calculation block 4, the field calculation block 5 and the range calculation block 7 are connected to the output of the input interface block 9, the outputs of the attenuation calculation block 4 and calculation block VRSZ 3 are connected to the third and fourth inputs of the calculation block field 5, the fifth input is connected to the output of the database block 6, and the third output of the calculation block field 5 is connected to the input of the database block 6, the outputs of the calculation block VRSZ 3, the calculation block range 7 are connected respectively to the first and second inputs of the output interface block 8, the first output of the field calculation block 5 is connected to the input of the range calculation block 7, and the second output of the block Calculation field 5 is connected to the third input of the output interface block 8, the output of which is connected to the command source. The connections of the input of the browser block 1, the output of the output interface block 8 and the input of the input interface block 9 in FIG. 1 are not shown.

Блоки устройства могут быть реализованы на печатной плате, на которой сборочными операциями (склеиванием, сочленением, пайкой) размещаются электронные компоненты (микросхемы, резисторы, конденсаторы, кварцевые резонаторы, радиаторы, разъемы). Т.е. обеспечивается конструктивное единство и реализация устройством общего функционального назначения.Device blocks can be implemented on a printed circuit board, on which electronic components (microcircuits, resistors, capacitors, quartz resonators, radiators, connectors) are placed by assembly operations (gluing, articulation, soldering). Those. the constructive unity and implementation by the device of general functional purpose is provided.

Предлагаемое устройство гидроакустических расчетов по данным оперативной океанологии работает следующим образом.The proposed device for hydroacoustic calculations according to operational oceanology works as follows.

Предметом оперативной океанологии является получение оценок гидрофизических данных в режиме, близком к реальному времени. Имеются ресурсы оперативной океанологии - сведения о распределении температуры и солености по глубине, о волнении морской поверхности, о характеристиках льда.The subject of operational oceanology is to obtain estimates of hydrophysical data in a mode close to real time. There are resources of operational oceanology - information on the distribution of temperature and salinity in depth, on the waves of the sea surface, on the characteristics of ice.

При подаче электропитания загружается программное обеспечение и устройство ожидает пакета команд от ГАК или ГАС по протоколу, например, Ethernet или USB. При получении пакета команд браузер посредством модуля KIC550 соединяется, например, с WEB сервером Интернета http:/193.7.160.230/web/GODAS_HMC/daily_v3.1/ ФГБУ «ГИДРОМЕТЦЕНТР РОССИИ», где ежедневно размещаются выходные данные оперативной системы океанологии - система усвоения океанографических данных (СУОД) [Думанская И.О., Зеленько А.А., Мысленков С.А. и др. Морские гидрологические прогнозы и оперативная океанология в Гидрометцентре России // Гидрометеорологические исследования и прогнозы. - 2019. №4. С. 149-183]. Далее осуществляется скачивание необходимого по дате сжатого файла данных, распаковка, производится конвертация формата NetCDF в формат плавающей запятой и выборка данных по заданным в пакете команд географическим координатам. На фиг. 2 и 3 приведены примеры профилей температуры и солености, полученных с указанного выше WEB сервера. Производится расчет ВРСЗ как функции температуры, солености и давления (глубины). Известно несколько формул расчета, например, Вильсона, Дель Гросса, Чена и Миллера, ВНИИФТРИ. Расчеты коэффициента затухания на заданных горизонтах и частотах в пакете команд производится как функция температуры, солености и давления (глубины). На фиг. 4 и 5 приведены примеры графиков расчетов ВРСЗ, коэффициента затухания. Расчет акустического поля сигналов - картины поля производится для заданных в пакете команд условий, например, модели источника звука и приемника звуковых колебаний, рельефу и акустическим свойствам дна, параметров расчета. Модель морской среды для расчета потерь звуковой энергии, волнение морской поверхности, характеристики льда, задаются согласно полученным данным оперативной океанологии. На фиг. 6 - пример расчета акустического поля сигналов [Авилов К.В., Добряков Н.А., Попов О.Е. Комплекс программных средств для вычисления звуковых полей в морской среде, неоднородной по глубине и трассе распространения // Доклады X научной школы-семинара академика Л.М. Бреховских «Акустика океана», совмещенной с XIV сессией Российского акустического общества. - М.: ГЕОС. - 2004. - С. 27-30]. По окончании заданных в пакете команд действий результаты передаются по протоколу, например, Ethernet или USB в ГАК или ГАС.When power is applied, the software is loaded and the device waits for a command packet from the HAC or GAS via a protocol such as Ethernet or USB. Upon receipt of the command packet, the browser is connected via the KIC550 module, for example, to the WEB server of the Internet http:/193.7.160.230/web/GODAS_HMC/daily_v3.1/ FGBU "HYDROMETCENTER OF RUSSIA", where the output data of the operational system of oceanology - the oceanographic data assimilation system - is posted daily (SUOD) [Dumanskaya I.O., Zelenko A.A., Myslenkov S.A. Marine Hydrological Forecasts and Operational Oceanology at the Hydrometeorological Center of Russia // Hydrometeorological Research and Forecasts. - 2019. No. 4. S. 149-183]. Next, the download of the compressed data file required by the date is carried out, unpacking, the NetCDF format is converted to the floating point format, and the data is sampled according to the geographical coordinates specified in the command package. In FIG. Figures 2 and 3 show examples of temperature and salinity profiles obtained from the above WEB server. The WRSZ is calculated as a function of temperature, salinity and pressure (depth). Several calculation formulas are known, for example, Wilson, Del Gross, Chen and Miller, VNIIFTRI. Calculations of the attenuation coefficient at given horizons and frequencies in the command package are made as a function of temperature, salinity and pressure (depth). In FIG. Figures 4 and 5 show examples of graphs for calculating the VRDS, the attenuation coefficient. Calculation of the acoustic field of signals - the picture of the field is carried out for the conditions specified in the command package, for example, the model of the sound source and receiver of sound vibrations, the topography and acoustic properties of the bottom, calculation parameters. The model of the marine environment for calculating the loss of sound energy, sea surface disturbance, ice characteristics, are set according to the data obtained from operational oceanology. In FIG. 6 - an example of calculating the acoustic field of signals [Avilov K.V., Dobryakov N.A., Popov O.E. A software complex for calculating sound fields in a marine environment that is heterogeneous in depth and propagation path // Reports of the X Scientific School-Seminar of Academician L.M. Brekhovskikh "Acoustics of the Ocean", combined with the XIV session of the Russian Acoustic Society. - M.: GEOS. - 2004. - S. 27-30]. At the end of the actions specified in the package of commands, the results are transmitted via a protocol, for example, Ethernet or USB to the SAC or SAS.

Введенное в заявленное устройств использование гидрофизических данных оперативной океанологии позволило производить гидроакустические расчеты без использования измерителя прямого определения ВРСЗ и измерителя температуры, солености и давления, что существенно удешевило устройство и упростило его использование.The use of hydrophysical data of operational oceanology introduced into the claimed device made it possible to perform hydroacoustic calculations without using a meter for direct determination of VRSS and a meter for temperature, salinity and pressure, which significantly reduced the cost of the device and simplified its use.

Это позволяет считать, что технический результат достигнут.This allows us to consider that the technical result has been achieved.

Для пояснения полезной модели, как примеры, на фиг. 2 представлен график профиля температуры в зависимости от давления (глубины) и на фиг. 3 - график профиля солености, Баренцево море, 20.03.21, 73.67° с.ш., 23.97° в.д. Данные по температуре и солености в зависимости от давления (глубины) для заданных даты и координат получены с WEB сервера http:/193.7.160.230/web/GODAS_HMC/daily_v3.1/ ФГБУ «ГИДРОМЕТЦЕНТР РОССИИ». Сжатый файл с данными температуры, солености по глубине и координатам wo_20210320_grid_T.nc.gz, подробные характеристики льда в сжатом файле wo_20210320_grid_icemod.nc.gz. На фиг. 4 представлен график профиля ВРСЗ в зависимости от давления (глубины), расчет выполнен по формуле Вильсона как функция температуры, солености и давления. На фиг. 5 представлен график коэффициента затухания (поглощения) как функция частоты сигналов на глубине 120 м. На фиг. 6 - расчет акустического поля сигналов в лучевом приближении на основе метода гауссовых лучей. Источник на глубине 50 м, сигнал гармонический на частоте 1000 Гц, волнение 0 баллов. Акустическая заметность источника (носителя ГАК или ГАС) на уровне - 10 дБ на глубинах не более 150 м и при дистанциях не более 20 км [Авилов К.В., Добряков Н.А., Попов О.Е. Комплекс программных средств для вычисления звуковых полей в морской среде, неоднородной по глубине и трассе распространения // Доклады X научной школы-семинара академика Л.М. Бреховских «Акустика океана», совмещенной с XIV сессией Российского акустического общества. - М.: ГЕОС. - 2004. - С. 27-30].To explain the utility model, as examples, in FIG. 2 is a plot of temperature profile versus pressure (depth) and FIG. 3 - salinity profile plot, Barents Sea, 03/20/21, 73.67°N, 23.97°E. Data on temperature and salinity depending on pressure (depth) for a given date and coordinates were obtained from the WEB server http:/193.7.160.230/web/GODAS_HMC/daily_v3.1/ FGBU "HYDROMETCENTER OF RUSSIA". Compressed file with data of temperature, salinity by depth and coordinates wo_20210320_grid_T.nc.gz, detailed ice characteristics in a compressed file wo_20210320_grid_icemod.nc.gz. In FIG. Figure 4 shows a graph of the VRSS profile as a function of pressure (depth), the calculation was made using the Wilson formula as a function of temperature, salinity and pressure. In FIG. 5 is a graph of the attenuation (absorption) ratio as a function of signal frequency at a depth of 120 m. FIG. 6 - calculation of the acoustic field of signals in the ray approximation based on the method of Gaussian rays. The source is at a depth of 50 m, the signal is harmonic at a frequency of 1000 Hz, the disturbance is 0 points. Acoustic visibility of the source (carrier of the HAC or HAS) at a level of - 10 dB at depths of no more than 150 m and at distances of no more than 20 km [Avilov K.V., Dobryakov N.A., Popov O.E. A software complex for calculating sound fields in a marine environment that is heterogeneous in depth and propagation path // Reports of the X Scientific School-Seminar of Academician L.M. Brekhovskikh "Acoustics of the Ocean", combined with the XIV session of the Russian Acoustic Society. - M.: GEOS. - 2004. - S. 27-30].

Claims

1. A device for hydroacoustic calculations based on operational oceanology data, containing blocks for calculating VRSS and attenuation as a function of temperature, salinity and pressure, blocks for calculating the field and detection range, and a database block, characterized in that the browser and format converter blocks for use are introduced into the structure of the device operational oceanology data, as well as blocks of input and output interfaces, wherein the first input of the browser block is connected to the computer network of operational oceanology, and the output is connected to the first input of the format converter block, and the output of which, in turn, is connected to the first inputs of the VRSS calculation block, block attenuation calculation block and field calculation block, and the second inputs of the browser block, format converter block, VRCD calculation block, attenuation calculation block, field calculation block and range calculation block are connected to the output of the input interface block, the input is connected to the command source, the outputs of the attenuation calculation block and calculation block VRZZ connected to the third and fourth input by the field calculation block, the fifth input is connected to the output of the database block, and the third output of the field calculation block is connected to the input of the database block, the outputs of the VSZ calculation block, the range calculation block are connected respectively to the first and second inputs of the output interface block, the first output of the calculation block field is connected to the first input of the range calculation block, and the second output of the field calculation block is connected to the third input of the output interface block, the output of which is connected to the command source.

2. The device according to claim 1, characterized in that the browser is equipped with a wireless connection with a satellite provider.