[go: up one dir, main page]

RU2289149C2 - Hydro-acoustic synchronous long-range distance measuring navigation system - Google Patents

Hydro-acoustic synchronous long-range distance measuring navigation system Download PDF

Info

Publication number
RU2289149C2
RU2289149C2 RU2004137380/09A RU2004137380A RU2289149C2 RU 2289149 C2 RU2289149 C2 RU 2289149C2 RU 2004137380/09 A RU2004137380/09 A RU 2004137380/09A RU 2004137380 A RU2004137380 A RU 2004137380A RU 2289149 C2 RU2289149 C2 RU 2289149C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
inputs
outputs
beacons
navigation
acoustic
Prior art date
Application number
RU2004137380/09A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2004137380A (en
Inventor
Борис Анатольевич Касаткин (RU)
Борис Анатольевич Касаткин
Original Assignee
Институт проблем морских технологий Дальневосточного отделения Российской академии наук (ИПМТ ДВО РАН)
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Институт проблем морских технологий Дальневосточного отделения Российской академии наук (ИПМТ ДВО РАН) filed Critical Институт проблем морских технологий Дальневосточного отделения Российской академии наук (ИПМТ ДВО РАН)
Priority to RU2004137380/09A priority Critical patent/RU2289149C2/en
Publication of RU2004137380A publication Critical patent/RU2004137380A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2289149C2 publication Critical patent/RU2289149C2/en

Links

Landscapes

  • Measurement Of Velocity Or Position Using Acoustic Or Ultrasonic Waves (AREA)

Abstract

FIELD: hydro-acoustic navigation systems, applicable for navigation support of long-range underwater vehicles.
SUBSTANCE: the hydroacoustic synchronous long-range distance measuring system has a bottom navigation base of M hydroacoustic transponders with different reply frequencies fm (m=1-M), sync pulse oscillator, acoustic transmitter with sampling rate f0, whose input is connected to the first output of the sync pulse oscillator, M-channel receiver for reception of reply signals with frequencies fm, M meters of the time of propagation of acoustic signals to the transponder operating at the frequency of this channel and back, whose first inputs are connected to the outputs of the M-channel receiver, and the second inputs are connected to the second output of the sync pulse oscillator, MxN conversion units of the time intervals to distances according to the Number of probable beam trajectories, whose inputs are connected to the outputs of the respective meters of propagation time, M units of selection of the maximum value of distance, whose inputs are connected to the outputs of N units of conversion of time intervals to the distances of the given channel, and a computer of the navigation object co-ordinates, whose first input is connected to the outputs of the units of selection of the maximum value of distance of all M channels. Besides, the hydroacoustic synchronous distance measuring navigation system has the second bottom navigation base of M hydroacoustic beacons - pingers with different emission frequencies Fm (m=1-M) mechanically linked with the respective M responder beacons containing M synchronously operating sync pulse oscillators, M transmitters with different operating frequencies Fm, whose inputs are connected to the outputs of the sync pulse oscillators, M hydroacoustic radiators with operating frequencies Fm, whose inputs are connected to the outputs of the transmitters with the respective operating frequencies, located on the navigation object are the second sync pulse oscillator operating synchronously with the sync pulse oscillators of the beacons-pingers, whose first output is used for synchronization of M synchronously operating sync pulse oscillators of the hydroacoustic beacons-pingers before their installation on the sea-floor, towed receiving acoustic aerial, the second M-channel receiver for reception of acoustic signals of the beacons-pingers, whose input is connected to the output of the towed receiving acoustic aerial, M meters of the time of propagation of acoustic signals from the beacons-pingers to the navigation object, whose first inputs are connected to the outputs of the second M-channel receiver, and the second inputs are connected to the second output of the second sync pulse oscillator, additional M units of conversion of time intervals to distances, whose inputs are connected to the outputs of M meters of the time of propagation of acoustic signals from the beacons-pingers to the navigation object, and the outputs are connected to the second inputs of the computer of the navigation object co-ordinates, and the towed receiving acoustic aerial are located near the sea floor at a distance of not more than the wavelength at operating frequencies Fm. Additional M units of conversation of time intervals to distances compute desired distances rm from measured propagation times tm.
EFFECT: provided determination of the navigation object co-ordinates at short and long distances with a minimal error.
1 dwg

Description

Изобретение относится к области гидроакустических навигационных систем и может быть использовано для навигационного обеспечения подводных аппаратов повышенной дальности действия, например, работающих в ледовых условиях, затрудняющих доступ к ним обеспечивающего суднаThe invention relates to the field of sonar navigation systems and can be used for navigation support of underwater vehicles of increased range, for example, operating in ice conditions, making it difficult for the supply vessel to access them

Известна гидроакустическая синхронная дальномерная навигационная система [1], состоящая из базы гидроакустических приемоответчиков, служащих для измерения времени распространения акустических сигналов от объекта навигации до маяков, устройства вычисления дистанции по измеренному времени распространения и известной скорости звука, и устройства вычисления координат объекта навигации по найденным значениям дистанций.Known sonar synchronous rangefinder navigation system [1], consisting of a base of sonar transponders used to measure the propagation time of acoustic signals from the navigation object to the beacons, a device for calculating the distance from the measured propagation time and the known speed of sound, and a device for calculating the coordinates of the navigation object from the found values distances.

Недостатком такой системы является большая погрешность определения координат, связанная с изменчивостью скорости звука в морской среде.The disadvantage of this system is the large error in determining the coordinates associated with the variability of the speed of sound in the marine environment.

Известна также гидроакустическая синхронная дальномерная навигационная система [2], содержащая донную базу из М гидроакустических приемоответчиков с различными частотами ответа, размещенные на объекте навигации передатчик, вход которого соединен с первым выходом генератора синхроимпульсов, М-канальный приемник, выходы которого подключены к входам М измерителей времени распространения гидроакустических сигналов до соответствующего приемоответчика и обратно, вторые входы которых соединены с вторым выходом генератора синхроимпульсов, M×N блоков преобразования временных интервалов в дистанции по числу N возможных лучевых траекторий, входы которых подключены к соответствующим выходам измерителей времени распространения, М блоков выбора максимального значения, входы которых соединены с выходами N блоков каждого из М каналов преобразования временных интервалов в дистанции, вычислитель координат объекта навигации, вход которого соединен с выходами М блоков выбора максимального значения.Also known is a hydroacoustic synchronous rangefinder navigation system [2], containing a bottom base of M hydroacoustic transponders with different response frequencies, a transmitter located on the navigation object, the input of which is connected to the first output of the clock generator, an M-channel receiver whose outputs are connected to the inputs of the M meters the propagation time of hydroacoustic signals to the corresponding transponder and vice versa, the second inputs of which are connected to the second output of the clock generator c, M × N blocks for converting time intervals in distance according to the number N of possible ray paths, the inputs of which are connected to the corresponding outputs of the meters for propagation time, M blocks for selecting the maximum value, the inputs of which are connected to the outputs of N blocks of each of the M channels for converting time intervals in distance , the coordinate calculator of the navigation object, the input of which is connected to the outputs of the M blocks for selecting the maximum value.

Наличие в структуре навигационной системы блоков преобразования временных интервалов в дистанции, работающих по алгоритму, учитывающему изменчивость скорости звука и эффекты многолучевости, позволяет снизить погрешность определения координат. Такая система по технической сущности является наиболее близкой к предлагаемому изобретению.The presence in the structure of the navigation system of blocks for converting time intervals into distances, operating according to an algorithm that takes into account the variability of the speed of sound and the effects of multipath, reduces the error in determining the coordinates. Such a system in technical essence is the closest to the proposed invention.

Недостатком указанной навигационной системы является относительно малая дальность действия при работе объекта навигации вблизи дна и при использовании донных маяков-ответчиков, которая связана с эффектами рефракции звука вблизи дна.The disadvantage of this navigation system is the relatively short range when operating the navigation object near the bottom and when using bottom beacons responders, which is associated with the effects of refraction of sound near the bottom.

В основу технического решения положена задача разработки гидроакустической синхронной навигационной системы с большей дальностью действия без увеличения погрешности определения координат объекта навигации.The technical solution is based on the task of developing a sonar synchronous navigation system with a longer range without increasing the error in determining the coordinates of the navigation object.

Поставленная задача решается тем, что в состав гидроакустической синхронной дальномерной навигационной системы дальнего действия, содержащей донную навигационную базу из М гидроакустических приемоответчиков с различными частотами ответа fm (m=1-M), размещенные на объекте навигации генератор синхроимпульсов, акустический передатчик с частотой опроса f0, вход которого соединен с первым выходом генератора синхроимпульсов. М-канальный приемник для приема ответных сигналов с частотами fm, M измерителей времени распространения акустических сигналов до приемоответчика, работающего на частоте этого канала, и обратно, первые входы которых соединены с выходами М канального приемника, а вторые входы соединены с вторым выходом генератора синхроимпульсов, M×N блоков преобразования временных интервалов в дистанции по числу N возможных лучевых траекторий, входы которых соединены с выходами соответствующих измерителей времени распространения, М блоков выбора максимального значения дистанции, входы которых соединены с выходами N блоков преобразования временных интервалов в дистанции данного канала, вычислитель координат объекта навигации, первый вход которого соединен с выходами М блоков выбора максимального значения дистанций, введены дополнительно вторая донная навигационная база из М гидроакустических маяков-пингеров с различными частотами излучения Fm (m=1-M), механически связанных с соответствующими М маяками-ответчиками, содержащих М синхронно работающих генераторов синхроимпульсов, М передатчиков с различными рабочими частотами Fm, входы которых соединены с выходами генераторов синхроимпульсов, М гидроакустических излучателей с рабочими частотами Fm, входы которых соединены с выходами передатчиков с соответствующими рабочими частотами.The problem is solved in that the composition of the long-range hydroacoustic synchronous long-range navigation system containing a bottom navigation base of M hydroacoustic transponders with different response frequencies f m (m = 1-M), a clock generator, an acoustic transmitter with a polling frequency placed on the navigation object f 0 , the input of which is connected to the first output of the clock generator. M-channel receiver for receiving response signals with frequencies f m , M measuring the propagation time of acoustic signals to a transponder operating on the frequency of this channel and vice versa, the first inputs of which are connected to the outputs M of the channel receiver, and the second inputs are connected to the second output of the clock generator , M × N blocks for converting time intervals in distance according to the number N of possible ray paths, the inputs of which are connected to the outputs of the corresponding measuring instruments for propagation time, M blocks for selecting max of the distance, the inputs of which are connected to the outputs of N blocks for converting time intervals to distances of this channel, the coordinates calculator of the navigation object, the first input of which is connected to the outputs of M blocks for selecting the maximum distance, an additional second bottom navigation base from M sonar pinger beacons with different radiation frequencies F m (m = 1-M) mechanically associated with the corresponding M beacon transponders containing M synchronously operating clock generators, M sensors with different operating frequencies F m , the inputs of which are connected to the outputs of the clock generators, M hydroacoustic emitters with operating frequencies F m , the inputs of which are connected to the outputs of the transmitters with the corresponding operating frequencies.

Кроме того, на объекте навигации дополнительно размещены второй генератор синхроимпульсов, работающий синхронно с генераторами синхроимпульсов маяков-пингеров, первый выход которого используется для синхронизации М синхронно работающих генераторов синхроимпульсов гидроакустических маяков-пингеров перед их установкой на дно, буксируемая приемная акустическая антенна, второй М канальный приемник для приема акустических сигналов маяков-пингеров, вход которого соединен с выходом буксируемой приемной акустической антенны, М измерителей времени распространения акустических сигналов от маяков-пингеров до объекта навигации, первые входы которых соединены с выходами второго М канального приемника, а вторые входы соединены с вторым выходом второго генератора синхроимпульсов, дополнительные М блоков преобразования временных интервалов в дистанции, входы которых соединены с выходами М измерителей времени распространения акустических сигналов от маяков-пингеров до объекта навигации, а выходы соединены с вторыми входами вычислителя координат объекта навигации, причем М гидроакустических излучателей маяков-пингеров и буксируемая приемная акустическая антенна расположены вблизи морского дна на расстоянии не более длины волны на рабочих частотах Fm, а дополнительные М блоков преобразования временных интервалов в дистанции вычисляют искомые расстояния rm через измеренные времена распространения tm по формуле:In addition, the second synchronization generator is located at the navigation object, which works synchronously with the pinger beacon clock generators, the first output of which is used to synchronize the M synchronously operated ping beacon clock generators before being installed at the bottom, a towed receiving acoustic antenna, and a second M channel receiver for receiving acoustic signals of pinger beacons, the input of which is connected to the output of the towed receiving acoustic antenna, M measure the propagation time of acoustic signals from pinger beacons to the navigation object, the first inputs of which are connected to the outputs of the second M channel receiver, and the second inputs are connected to the second output of the second clock generator, additional M blocks for converting time intervals into distances, the inputs of which are connected to the outputs of M measuring the propagation time of acoustic signals from pinger beacons to the navigation object, and the outputs are connected to the second inputs of the coordinate computer of the navigation object, and M hydro-acoustic emitters of pinger beacons and a towed receiving acoustic antenna are located near the seabed at a distance of no more than a wavelength at operating frequencies F m , and additional M blocks for converting time intervals into distances calculate the desired distances r m through the measured propagation times t m according to the formula:

Figure 00000002
Figure 00000002

где сП - скорость распространения придонной волны, предварительно вычисленная через параметры пограничных сред границы раздела вода - морское дно по формуле:where C P is the propagation velocity of the near-bottom wave, previously calculated through the parameters of the boundary media of the water-seabed interface according to the formula:

Figure 00000003
Figure 00000003

где ρ1, с1 - плотность и скорость звука в придонном слое воды, ρ2, с2 - плотность и скорость звука в осадочном слое морского дна.where ρ 1 , с 1 - density and speed of sound in the bottom layer of water, ρ 2 , с 2 - density and speed of sound in the sedimentary layer of the seabed.

В заявленной гидроакустической синхронной дальномерной навигационной системе дальнего действия общими существенными признаками для нее и для ее прототипа являются:In the claimed long-range sonar synchronous long-range navigation system, the common essential features for her and her prototype are:

- гидроакустическая синхронная дальномерная навигационная система дальнего действия, содержащая донную навигационную базу из М гидроакустических приемоответчиков с различными частотами ответа fm (m=1-M);- long-range sonar synchronous long-range navigation system containing a bottom navigation base of M hydroacoustic transponders with different response frequencies f m (m = 1-M);

- размещенные на объекте навигации генератор синхроимпульсов, акустический передатчик с частотой опроса f0, вход которого соединен с первым выходом генератора синхроимпульсов;- clock generator located on the navigation object, an acoustic transmitter with a sampling frequency f 0 , the input of which is connected to the first output of the clock generator;

- М канальный приемник для приема ответных сигналов с частотами fm;- M channel receiver for receiving response signals with frequencies f m ;

- М измерителей времени распространения акустических сигналов до приемоответчика, работающего на частоте этого канала, и обратно, первые входы которых соединены с выходами М канального приемника, а вторые входы соединены с вторым выходом генератора синхроимпульсов;- M meters of propagation time of acoustic signals to the transponder operating on the frequency of this channel, and vice versa, the first inputs of which are connected to the outputs M of the channel receiver, and the second inputs are connected to the second output of the clock generator;

- M×N блоков преобразования временных интервалов в дистанции по числу N возможных лучевых траекторий, входы которых соединены с выходами соответствующих измерителей времени распространения;- M × N blocks for converting time intervals into distances according to the number N of possible ray paths, the inputs of which are connected to the outputs of the respective measuring instruments for propagation time;

- М блоков выбора максимального значения дистанции, входы которых соединены с выходами N блоков преобразования временных интервалов в дистанции данного канала;- M blocks for selecting the maximum distance value, the inputs of which are connected to the outputs of N blocks for converting time intervals in the distance of this channel;

- вычислитель координат объекта навигации, первый вход которого соединен с выходами М блоков выбора максимального значения дистанций.- a calculator of coordinates of a navigation object, the first input of which is connected to the outputs of M blocks for selecting the maximum distance value.

Сопоставительный анализ существенных признаков заявленной гидроакустической синхронной дальномерной навигационной системы дальнего действия и прототипа показывает, что первая в отличие от прототипа имеет следующие отличительные признаки:A comparative analysis of the essential features of the claimed hydroacoustic synchronous rangefinder long-range navigation system and prototype shows that the first, unlike the prototype, has the following distinctive features:

- вторая донная навигационная база из М гидроакустических маяков-пингеров с различными частотами излучения Fm (m=1-M), механически связанных с соответствующими М маяками-ответчиками, содержащими:- the second bottom navigation base of M hydro-acoustic pinger beacons with different radiation frequencies F m (m = 1-M), mechanically associated with the corresponding M transponder beacons containing:

- М синхронно работающих генераторов синхроимпульсов;- M synchronously operating clock generators;

- М передатчиков с различными рабочими частотами Fm, входы которых соединены с выходами генераторов синхроимпульсов;- M transmitters with different operating frequencies F m , the inputs of which are connected to the outputs of the clock generators;

- М гидроакустических излучателей с рабочими частотами Fm, входы которых соединены с выходами передатчиков с соответствующими рабочими частотами;- M sonar emitters with operating frequencies F m , the inputs of which are connected to the outputs of the transmitters with the corresponding operating frequencies;

- размещенный на объекте навигации второй генератор синхроимпульсов, работающий синхронно с генераторами синхроимпульсов маяков-пингеров, первый выход которого используется для синхронизации М синхронно работающих генераторов синхроимпульсов гидроакустических маяков-пингеров перед их установкой на дно;- a second clock generator located at the navigation object operating synchronously with the clock generators of the pinger beacons, the first output of which is used to synchronize the M synchronous clock generators of the sonar beacons before they are installed on the bottom;

- буксируемая приемная акустическая антенна;- towed receiving acoustic antenna;

- второй М-канальный приемник для приема акустических сигналов маяков-пингеров, вход которого соединен с выходом буксируемой приемной акустической антенны;- a second M-channel receiver for receiving acoustic signals of pinger beacons, the input of which is connected to the output of the towed receiving acoustic antenna;

- М измерителей времени распространения акустических сигналов от маяков-пингеров до объекта навигации, первые входы которых соединены с выходами второго М-канального приемника, а вторые входы соединены с вторым выходом второго генератора синхроимпульсов;- M meters of propagation time of acoustic signals from pinger beacons to the navigation object, the first inputs of which are connected to the outputs of the second M-channel receiver, and the second inputs are connected to the second output of the second clock generator;

- дополнительные М блоков преобразования временных интервалов в дистанции, входы которых соединены с выходами М измерителей времени распространения акустических сигналов от маяков-пингеров до объекта навигации, а выходы соединены с вторыми входами вычислителя координат объекта навигации;- additional M blocks for converting time intervals into distances, the inputs of which are connected to the outputs of the M meters of the propagation time of acoustic signals from pinger beacons to the navigation object, and the outputs are connected to the second inputs of the coordinate computer of the navigation object;

- М гидроакустических излучателей маяков-пингеров и буксируемая приемная акустическая антенна расположены вблизи морского дна на расстоянии не более длины волны на рабочих частотах Fm;- M hydro-acoustic emitters of pinger beacons and a towed receiving acoustic antenna are located near the seabed at a distance of not more than a wavelength at operating frequencies F m ;

- дополнительные М блоков преобразования временных интервалов в дистанции вычисляют искомые расстояния rm через измеренные времена распространения tm по формуле:- additional M blocks for converting time intervals to distances calculate the required distances r m through the measured propagation times t m according to the formula:

Figure 00000002
Figure 00000002

где сП - скорость распространения придонной волны, предварительно вычисленная через параметры пограничных сред границы раздела вода - морское дно по формуле:where C P is the propagation velocity of the near-bottom wave, previously calculated through the parameters of the boundary media of the water-seabed interface according to the formula:

Figure 00000003
Figure 00000003

где ρ1, с1 - плотность и скорость звука в придонном слое воды, ρ2, с2 - плотность и скорость звука в осадочном слое морского дна.where ρ 1 , с 1 - density and speed of sound in the bottom layer of water, ρ 2 , с 2 - density and speed of sound in the sedimentary layer of the seabed.

Данная совокупность общих и отличительных существенных признаков обеспечивает получение технического результата во всех случаях, на которые испрашивается правовая охрана. Именно такая совокупность существенных признаков заявленного устройства позволила создать гидроакустическую синхронную дальномерную навигационную систему дальнего действия, состоящую из двух подсистем, работающих независимо с частотным разделением, обладающую большей дальностью действия без увеличения погрешности определения координат объекта навигации.This combination of common and distinctive essential features provides a technical result in all cases for which legal protection is requested. It is this combination of essential features of the claimed device that made it possible to create a long-range hydroacoustic synchronous long-range navigation system, consisting of two subsystems that operate independently with frequency separation, which has a longer range without increasing the error in determining the coordinates of the navigation object.

Такое конструктивное исполнение гидроакустической синхронной дальномерной навигационной системы дальнего действия в виде двух подсистем, в которых донные маяки-ответчики и донные маяки-пингеры механически связаны между собой, но функционально разделены, позволяет использовать первую подсистему на основе донных маяков-ответчиков для определения координат объекта навигации на малых расстояниях, а также для определения собственных географических координат маяков-ответчиков и механически связанных с ними маяков-пингеров в процессе калибровки навигационной системы. Вторая подсистема на основе донных маяков-пингеров с известными географическими координатами и различными частотами излучения, но достаточно низкими для обеспечения заданной дальности действия, служит для определения координат объекта навигации на больших расстояниях.Such a design of a long-range hydro-acoustic synchronous long-range navigation system in the form of two subsystems in which bottom beacon responders and bottom pinger beacons are mechanically interconnected but functionally separated allows the first subsystem based on bottom beacon responders to be used to determine the coordinates of a navigation object at short distances, as well as to determine the own geographical coordinates of the responder beacons and mechanically associated pinger beacons in the process of calibration of the navigation system. The second subsystem based on bottom pinger beacons with known geographical coordinates and different radiation frequencies, but low enough to provide a given range, serves to determine the coordinates of a navigation object over long distances.

Для определения координат объекта навигации с предельно малой погрешностью во второй подсистеме используется придонная волна пограничного типа, которая распространяется на границе раздела вода - морское дно. При расположении излучателей маяков-пингеров и буксируемой приемной акустической антенны вблизи морского дна на расстоянии не более длины волны на рабочих частотах Fm придонная волна является доминирующей в суммарном звуковом поле, ее амплитуда убывает с расстоянием по цилиндрическому закону, скорость распространения не зависит от частоты и от профиля вертикального распределения скорости звука в воде, а определяется плотностью и скоростью звука пограничных сред на границе раздела вода - морское дно формулой:To determine the coordinates of the navigation object with an extremely small error, the second subsystem uses a near-bottom wave of the boundary type, which propagates at the water-seabed interface. When the emitters of the pinger beacons and the towed receiving acoustic antenna are located near the seafloor at a distance of no more than a wavelength at operating frequencies F m, the near-bottom wave dominates the total sound field, its amplitude decreases with distance according to the cylindrical law, the propagation velocity does not depend on the frequency and from the profile of the vertical distribution of the speed of sound in water, and is determined by the density and speed of sound of the boundary media at the water-seabed interface by the formula:

Figure 00000003
Figure 00000003

где ρ1, c1 - плотность и скорость звука в придонном слое воды, ρ2, c2 - плотность и скорость звука в осадочном слое морского дна.where ρ 1 , c 1 is the density and speed of sound in the bottom layer of water, ρ 2 , c 2 is the density and speed of sound in the sedimentary layer of the seabed.

Перечисленные свойства придонной волны делают ее чрезвычайно перспективной при разработке гидроакустических навигационных систем с большой дальностью действия и минимальной погрешностью определения координат объекта навигации.The listed properties of the near-bottom wave make it extremely promising when developing sonar navigation systems with a long range and minimal error in determining the coordinates of the navigation object.

По сравнению с известной гидроакустической синхронной дальномерной навигационной системой с дальностью действия до 15 км заявляемая система имеет дальность действия до 100 км.Compared with the known sonar synchronous rangefinder navigation system with a range of up to 15 km, the inventive system has a range of up to 100 km.

На основании изложенного можно заключить, что совокупность существенных признаков заявленного изобретения имеет причинно-следственную связь с достигнутым техническим результатом, т.е. благодаря данной совокупности существенных признаков изобретения стало возможным решить поставленную задачу.Based on the foregoing, we can conclude that the set of essential features of the claimed invention has a causal relationship with the achieved technical result, i.e. thanks to this combination of essential features of the invention, it has become possible to solve the problem.

Следовательно, заявленное изобретение является новым, обладает изобретательским уровнем, т.е. оно явным образом не следует из уровня техники и пригодно для использования.Therefore, the claimed invention is new, has an inventive step, i.e. it does not explicitly follow from the prior art and is suitable for use.

Заявленная гидроакустическая синхронная дальномерная навигационная система дальнего действия поясняется чертежом. На чертеже и в описании приняты следующие обозначения:The claimed sonar synchronous rangefinder long-range navigation system is illustrated in the drawing. In the drawing and in the description, the following notation:

1m - приемоответчик m-го канала,1 m - transponder of the m-th channel,

2 - передатчик акустических импульсов запроса на частоте f0,2 - transmitter of acoustic request pulses at a frequency f 0 ,

3 - первый М канальный приемник акустических сигналов ответа на частотах fm,3 - the first M channel receiver of acoustic response signals at frequencies f m ,

4m - измеритель времени распространения акустических сигналов до маяка-ответчика и обратно в m-м канале,4 m - measuring the propagation time of acoustic signals to the transponder beacon and back in the m-th channel,

5m - блок выбора максимального значения дистанции в m-м канале,5 m - block selection of the maximum distance in the m-th channel,

6mn(m=1-М, n=1-N) - блок преобразования временных интервалов в дистанции,6 mn (m = 1-M, n = 1-N) - block conversion of time intervals in the distance,

7 - вычислитель координат объекта навигации,7 - calculator coordinates of the navigation object,

8 - первый генератор синхроимпульсов,8 - the first clock generator,

9m - генератор синхроимпульсов m-го маяка-пингера,9 m is the clock generator of the m-th pinger beacon,

10m - передатчик m-го маяка-пингера,10m - transmitter of the m-th pinger beacon,

11m - излучатель m-го маяка-пингера,11m - emitter of the m-th pinger beacon,

12 - второй генератор синхроимпульсов,12 is a second clock generator,

13 - буксируемая приемная акустическая антенна,13 - towed receiving acoustic antenna,

14 - второй М-канальный приемник акустических сигналов маяков-пингеров,14 - second M-channel receiver of acoustic signals of pinger beacons,

15m - измеритель времени распространения акустических сигналов от маяка-пингера до объекта навигации,15 m - measuring the propagation time of acoustic signals from the pinger beacon to the navigation object,

16m - дополнительный блок преобразования временных интервалов в дистанции m-го канала.16 m - an additional unit for converting time intervals in the distance of the m-th channel.

Гидроакустическая синхронная дальномерная навигационная система дальнего действия работает следующим образом.Hydroacoustic synchronous rangefinder long-range navigation system operates as follows.

Расположенный на объекте навигации первый генератор синхроимпульсов 8 запускает передатчик 2 акустических импульсов на частоте запроса f0 и обнуляет счетчики М измерителей 4m времени распространения акустических сигналов до маяка-приемоответчика и обратно в каждом канале. Акустические сигналы, распространяясь в водной среде, принимаются приемоответчиками 1m, переизлучаются обратно и принимаются первым М канальным приемником 3 акустических сигналов ответа на рабочих частотах fm 3. Усиленные приемником 3 сигналы с выхода каждого из каналов поступают на запирающий вход каждого из измерителей 4m времени распространения и запирают своим передним фронтом интегратор импульсов-меток времени генератора синхроимпульсов 8, а информация о числе накопленных меток времени передается в цифровом виде от каждого интегратора в соответствующие блоки 6mn преобразования временных интервалов в дистанции по N в каждом m-м канале. Различные блоки 6mn преобразования одного и того же m-го канала отличаются значениями коэффициентов, характеризующих тип лучевой траектории в алгоритме пересчета времени распространения в наклонную дистанцию. Найденные в блоках 6mn значения наклонных дистанций поступают на входы блоков 5m выбора максимального значения дистанций, а максимальные значения дистанций с выходов блоков 5m поступают на первый вход вычислителя 7 координат объекта навигации. По аналогичной схеме и хорошо известным методикам [1] определяются координаты маяков-ответчиков и механически связанных с ними маяков-пингеров по известным координатам объекта навигации в режиме калибровки навигационной базы. Если объект навигации находится в пределах дальности действия первой подсистемы, то его координаты определяются первой подсистемой.Located on the navigation object, the first clock generator 8 starts the transmitter 2 of the acoustic pulses at the request frequency f 0 and resets the counters M of the meters 4 m of the propagation time of the acoustic signals to the beacon transponder and back in each channel. Acoustic signals propagating in the aquatic environment are received by 1 m transponders, re-emitted and received by the first M channel receiver 3 acoustic response signals at operating frequencies f m 3. The receiver-amplified 3 signals from the output of each channel go to the blocking input of each of the 4 m meters the propagation time and lock with their leading edge the integrator of the pulse-time stamps of the clock generator 8, and information about the number of accumulated time stamps is transmitted in digital form from each integr torus in the respective blocks 6 mn transformation distance in time slots N for each m-th channel. Different blocks of 6 mn transformations of the same m-th channel differ in the values of the coefficients characterizing the type of ray path in the algorithm for converting the propagation time into an inclined distance. The values of the inclined distances found in blocks 6 mn go to the inputs of blocks 5 m to select the maximum distance values, and the maximum values of distances from the outputs of blocks 5 m go to the first input of the calculator 7 coordinates of the navigation object. According to a similar scheme and well-known methods [1], the coordinates of the responder beacons and the pinger beacons mechanically connected with them are determined by the known coordinates of the navigation object in the calibration mode of the navigation base. If the navigation object is within the range of the first subsystem, then its coordinates are determined by the first subsystem.

В то же самое время синхронно работающие генераторы синхроимпульсов 9m донных маяков-пингеров запускают передатчики 10m маяков-пингеров, которые в свою очередь подают импульсы возбуждения на гидроакустические излучатели 11m маяков-пингеров, а расположенный на объекте навигации второй генератор синхроимпульсов 12 обнуляет счетчики импульсов - меток времени измерителей 15m времени распространения акустических сигналов от маяков-пингеров до объекта навигации. Излученные маяками-пингерами акустические сигналы с рабочими частотами Fm распространяются в водной среде и принимаются расположенной на объекте навигации буксируемой приемной акустической антенной 13, с выхода которой они поступают на вход второго М-канального приемника 14. Усиленные приемником 14 акустические сигналы поступают на запирающий вход соответствующих измерителей 15m времени распространения акустических сигналов от маяков-пингеров до объекта навигации, а информация о времени распространения в цифровом виде передается в дополнительные блоки 16m преобразования временных интервалов в дистанции. Вычисленные в блоках 16m дистанции поступают в вычислитель 7 координат объекта навигации.At the same time, synchronously operating clock generators of 9 m bottom pinger beacons launch 10 m pinger beacon transmitters, which in turn feed excitation pulses to sonar emitters 11 m pinger beacons, and the second clock generator 12 located at the navigation object resets the counters pulses - time stamps of meters 15 m of propagation time of acoustic signals from pinger beacons to the navigation object. Acoustic signals emitted by pinger beacons with operating frequencies F m propagate in the aquatic environment and are received by the towed receiving acoustic antenna 13 located at the navigation object, from the output of which they are fed to the input of the second M-channel receiver 14. Acoustic signals amplified by the receiver 14 are fed to the blocking input corresponding meters 15 m of propagation time of acoustic signals from pinger beacons to the navigation object, and information about the propagation time in digital form is transmitted in additional Additional blocks 16 m conversion of time intervals in the distance. The distances calculated in blocks 16 m go to the calculator 7 coordinates of the navigation object.

Информация об акустических параметрах пограничных сред границы раздела вода - морское дно вводится предварительно в дополнительные блоки 16m преобразования временных интервалов в дистанции. Информация о географических координатах маяков-ответчиков и механически связанных с ними маяков-пингеров, полученная в процессе калибровки навигационной системы, вводится предварительно в вычислитель координат объекта навигации.Information about the acoustic parameters of the boundary media of the water-seabed interface is preliminarily entered into additional blocks 16 m of conversion of time intervals into distances. Information on the geographical coordinates of the responder beacons and the pinger beacons mechanically associated with them, obtained during the calibration of the navigation system, is previously entered into the coordinate calculator of the navigation object.

Таким образом, обе подсистемы, работая независимо с частотным разделением, обеспечивают определение координат объекта навигации на малых и больших расстояниях с минимальной погрешностью.Thus, both subsystems, working independently with frequency separation, provide the determination of the coordinates of the navigation object at small and large distances with minimal error.

Источники информацииInformation sources

1. Милн П.Х. Гидроакустические системы позиционирования. Л.: Судостроение, 1989 г., с.49-60.1. Milne P.H. Hydroacoustic positioning systems. L .: Shipbuilding, 1989, p. 49-60.

2. Патент РФ № 713278, МПК G 01 S 9/66, 1978г. - прототип.2. RF patent No. 713278, IPC G 01 S 9/66, 1978 - prototype.

Claims (1)

Гидроакустическая синхронная дальномерная навигационная система дальнего действия, содержащая донную навигационную базу из М гидроакустических маяков-ответчиков с различными частотами ответа fm (m=1-M), размещенные на объекте навигации генератор синхроимпульсов, акустический передатчик с частотой опроса f0, вход которого соединен с первым выходом генератора синхроимпульсов, М-канальный приемник для приема ответных сигналов с частотами fm, M измерителей времени распространения акустических сигналов до маяка-ответчика, работающего на частоте этого канала, и обратно, первые входы которых соединены с выходами М-канального приемника, а вторые входы соединены со вторым выходом генератора синхроимпульсов, M×N блоков преобразования временных интервалов в дистанции по числу N лучевых возможных траекторий, входы которых соединены с выходами соответствующих измерителей времени распространения, М блоков выбора максимального значения дистанции, входы которых соединены с выходами N блоков преобразования временных интервалов в дистанции данного канала, вычислитель координат объекта навигации, первый вход которого соединен с выходами М блоков выбора максимального значения дистанции, отличающаяся тем, что в ее состав введены вторая донная навигационная база из М гидроакустических маяков-пингеров с различными частотами излучения Fm (m=1-M), механически связанных с соответствующими М маяками-ответчиками, содержащих М синхронно работающих генераторов синхроимпульсов, М передатчиков с различными рабочими частотами Fm, входы которых соединены с выходами генераторов синхроимпульсов, М гидроакустических излучателей с рабочими частотами Fm, входы которых соединены с выходами передатчиков с соответствующими рабочими частотами, размещенные на объекте навигации второй генератор синхроимпульсов, работающий синхронно с генераторами синхроимпульсов маяков-пингеров, первый выход которого используется для синхронизации М синхронно работающих генераторов синхроимпульсов гидроакустических маяков-пингеров перед их установкой на дно, буксируемая приемная акустическая антенна, второй М-канальный приемник для приема акустических сигналов маяков-пингеров, вход которого соединен с выходом буксируемой приемной акустической антенны, М измерителей времени распространения акустических сигналов от маяков-пингеров до объекта навигации, первые входы которых соединены с выходами второго М-канального приемника, а вторые входы соединены со вторым выходом второго генератора синхроимпульсов, дополнительные М блоков преобразования временных интервалов в дистанции, входы которых соединены с выходами М измерителей времени распространения акустических сигналов от маяков-пингеров до объекта навигации, а выходы соединены со вторыми входами вычислителя координат объекта навигации, причем М гидроакустических излучателей маяков-пингеров и буксируемая приемная акустическая антенна расположены вблизи морского дна на расстоянии не более длины волны на рабочих частотах Fm, а дополнительные М блоков преобразования временных интервалов в дистанции вычисляют искомые дистанции rm через измеренные времена распространения tm по формулеA long-range hydro-acoustic synchronous long-range navigation system containing a bottom navigation base of M hydroacoustic transponder beacons with different response frequencies f m (m = 1-M), a clock generator located on the navigation object, an acoustic transmitter with a sampling frequency f 0 , the input of which is connected a first output generator clock, the M-channel receiver for receiving response signals with frequencies f m, M gauges propagation time of the acoustic signals to the responder beacon operating at h the frequency of this channel, and vice versa, the first inputs of which are connected to the outputs of the M-channel receiver, and the second inputs are connected to the second output of the clock generator, M × N blocks for converting time intervals to distances in the number N of ray paths, the inputs of which are connected to the outputs of the corresponding propagation time meters, M blocks for selecting the maximum distance value, the inputs of which are connected to the outputs of N blocks for converting time intervals into distances of a given channel, navigation object, the first input of which is connected to the outputs of M blocks for selecting the maximum distance value, characterized in that it includes a second bottom navigation base of M hydro-acoustic pinger beacons with different radiation frequencies F m (m = 1-M), mechanically connected with the corresponding M beacon transponders containing M synchronously operating clock generators, M transmitters with different operating frequencies F m , the inputs of which are connected to the outputs of the clock generators, M hydroacoustic emitters with operating frequencies F m , the inputs of which are connected to the outputs of the transmitters with the corresponding operating frequencies, located on the navigation object is a second clock generator operating synchronously with the clock generators of the pinger beacons, the first output of which is used to synchronize the M synchronous clock generators of the hydroacoustic pinger beacons in front of them installation on the bottom, towed receiving acoustic antenna, a second M-channel receiver for receiving acoustic signals of pinger beacons, the input of which is connected to the output of the towed receiving acoustic antenna, M meters of propagation time of acoustic signals from pinger beacons to the navigation object, the first inputs of which are connected to the outputs of the second M-channel receiver, and the second inputs are connected to the second output of the second clock generator, additional M blocks conversion of time intervals into distances, the inputs of which are connected to the outputs of the M meters of the propagation time of acoustic signals from pinger beacons to the navigation object ii, and the outputs are connected to the second inputs of the coordinate calculator of the navigation object, and M hydroacoustic emitters of pinger beacons and a towed receiving acoustic antenna are located near the seabed at a distance of no more than a wavelength at operating frequencies F m , and additional M blocks for converting time intervals in distance the required distances r m are calculated through the measured propagation times t m according to the formula
Figure 00000004
Figure 00000004
где сП - скорость распространения придонной волны, предварительно вычисленная через параметры пограничных сред границы раздела вода - морское дно по формулеwhere c P is the propagation velocity of the bottom wave, previously calculated through the parameters of the boundary media of the water-seabed interface according to the formula
Figure 00000005
Figure 00000005
где ρ1, с1 - плотность и скорость звука в придонном слое воды, ρ2, с2 - плотность и скорость звука в осадочном слое морского дна.where ρ 1 , с 1 - density and speed of sound in the bottom layer of water, ρ 2 , с 2 - density and speed of sound in the sedimentary layer of the seabed.
RU2004137380/09A 2004-12-21 2004-12-21 Hydro-acoustic synchronous long-range distance measuring navigation system RU2289149C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2004137380/09A RU2289149C2 (en) 2004-12-21 2004-12-21 Hydro-acoustic synchronous long-range distance measuring navigation system

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2004137380/09A RU2289149C2 (en) 2004-12-21 2004-12-21 Hydro-acoustic synchronous long-range distance measuring navigation system

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2004137380A RU2004137380A (en) 2006-06-10
RU2289149C2 true RU2289149C2 (en) 2006-12-10

Family

ID=36712067

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2004137380/09A RU2289149C2 (en) 2004-12-21 2004-12-21 Hydro-acoustic synchronous long-range distance measuring navigation system

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2289149C2 (en)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2353949C1 (en) * 2007-09-13 2009-04-27 Институт проблем морских технологий Дальневосточного отделения Российской академии наук (ИПМТ ДВО РАН) Hydroacoustic synchronous distance-measuring navigation long-range system
RU2365939C1 (en) * 2008-06-03 2009-08-27 Юрий Владимирович Румянцев Method of underwater navigation
RU2483326C2 (en) * 2011-04-26 2013-05-27 Российская Федерация, От Имени Которой Выступает Министерство Промышленности И Торговли Российской Федерации Hydroacoustic synchronous range-finding navigation system for positioning underwater objects in navigation field of randomly arranged hydroacoustic transponder beacons
RU2789999C1 (en) * 2022-07-26 2023-02-14 Российская Федерация, от имени которой выступает ФОНД ПЕРСПЕКТИВНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ Method for navigational equipment of the sea area

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU713278C (en) * 1978-04-03 1994-09-15 Институт проблем морских технологий Дальневосточного отделения РАН Hydraulic-acoustic synchronous navigation rho-rho system
RU2084924C1 (en) * 1995-04-07 1997-07-20 Институт проблем морских технологий Дальневосточного отделения РАН Hydroacoustic synchronous long-range navigation system
RU2158431C1 (en) * 1999-05-18 2000-10-27 Институт проблем морских технологий Дальневосточного отделения РАН Sonar synchronous distance-measuring navigation system for hollow sea
WO2001023908A1 (en) * 1999-09-24 2001-04-05 Eyeweb Inc. Automated image scaling
RU2001123536A (en) * 2001-08-22 2003-09-10 Государственное учреждение Институт проблем морских технологий Дальневосточного отделения РАН Hydroacoustic synchronous rangefinder navigation system for the shallow sea

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU713278C (en) * 1978-04-03 1994-09-15 Институт проблем морских технологий Дальневосточного отделения РАН Hydraulic-acoustic synchronous navigation rho-rho system
RU2084924C1 (en) * 1995-04-07 1997-07-20 Институт проблем морских технологий Дальневосточного отделения РАН Hydroacoustic synchronous long-range navigation system
RU2158431C1 (en) * 1999-05-18 2000-10-27 Институт проблем морских технологий Дальневосточного отделения РАН Sonar synchronous distance-measuring navigation system for hollow sea
WO2001023908A1 (en) * 1999-09-24 2001-04-05 Eyeweb Inc. Automated image scaling
RU2001123536A (en) * 2001-08-22 2003-09-10 Государственное учреждение Институт проблем морских технологий Дальневосточного отделения РАН Hydroacoustic synchronous rangefinder navigation system for the shallow sea

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2353949C1 (en) * 2007-09-13 2009-04-27 Институт проблем морских технологий Дальневосточного отделения Российской академии наук (ИПМТ ДВО РАН) Hydroacoustic synchronous distance-measuring navigation long-range system
RU2365939C1 (en) * 2008-06-03 2009-08-27 Юрий Владимирович Румянцев Method of underwater navigation
RU2483326C2 (en) * 2011-04-26 2013-05-27 Российская Федерация, От Имени Которой Выступает Министерство Промышленности И Торговли Российской Федерации Hydroacoustic synchronous range-finding navigation system for positioning underwater objects in navigation field of randomly arranged hydroacoustic transponder beacons
RU2789999C1 (en) * 2022-07-26 2023-02-14 Российская Федерация, от имени которой выступает ФОНД ПЕРСПЕКТИВНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ Method for navigational equipment of the sea area

Also Published As

Publication number Publication date
RU2004137380A (en) 2006-06-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US6532192B1 (en) Subsea positioning system and apparatus
US4532617A (en) System for locating a towed marine object
RU2483326C2 (en) Hydroacoustic synchronous range-finding navigation system for positioning underwater objects in navigation field of randomly arranged hydroacoustic transponder beacons
RU2561012C1 (en) System for determining and monitoring location of underwater object
CN101482614A (en) Sound propagation velocity modeling method, apparatus and system
RU2469346C1 (en) Method of positioning underwater objects
RU2674404C1 (en) Method of navigation and positioning of underwater objects in deep-water channel at large distance and system for its implementation
RU2451300C1 (en) Hydroacoustic navigation system
EP3983824A1 (en) Method and system for determining top and bottom depth of an under water mud layer
RU2529207C1 (en) Navigation system for towed underwater vehicle
JP2017166880A (en) Acoustic measuring device, acoustic measuring method, multi-beam acoustic measuring device, and synthetic aperture sonar
CN115856975A (en) Underwater target accurate positioning resolving method based on Beidou floating platform
RU75061U1 (en) ACTIVE HYDROLOCATOR
RU2158431C1 (en) Sonar synchronous distance-measuring navigation system for hollow sea
RU2289149C2 (en) Hydro-acoustic synchronous long-range distance measuring navigation system
RU2510608C1 (en) Method of measuring thickness of ice from underwater vehicle
RU2084924C1 (en) Hydroacoustic synchronous long-range navigation system
RU2614854C2 (en) Method of measuring depth and echo sounder therefor
RU2084923C1 (en) Hydroacoustic long-range navigation system
RU2581416C1 (en) Method of measuring sound speed
RU2463624C1 (en) Hydroacoustic navigation system
CN110471032A (en) A kind of method of submarine target Passive Positioning
RU2752018C1 (en) Method for determining coordinates of underwater object in shelf-deep sea transition zone
RU2353949C1 (en) Hydroacoustic synchronous distance-measuring navigation long-range system
CN104111349A (en) Doppler velometer

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20141222