RU2371738C1 - Hydroacoustic navigation system - Google Patents
Hydroacoustic navigation system Download PDFInfo
- Publication number
- RU2371738C1 RU2371738C1 RU2008123454/28A RU2008123454A RU2371738C1 RU 2371738 C1 RU2371738 C1 RU 2371738C1 RU 2008123454/28 A RU2008123454/28 A RU 2008123454/28A RU 2008123454 A RU2008123454 A RU 2008123454A RU 2371738 C1 RU2371738 C1 RU 2371738C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- navigation
- hydroacoustic
- transponders
- underwater
- underwater object
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Position Fixing By Use Of Radio Waves (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области навигации, а более конкретно к определению координат преимущественно подводных аппаратов.The invention relates to the field of navigation, and more particularly to determining the coordinates of mainly underwater vehicles.
Известна гидроакустическая синхронная дальномерная навигационная система [1], содержащая донную навигационную базу из М гидроакустических приемоответчиков с различными частотами ответа и размещенные на объекте навигации гидроакустический передатчик, генератор синхроимпульсов, М-канальный приемник, М измерителей времени распространения гидроакустических сигналов до приемоответчиков и обратно, М·N блоков преобразования временных интервалов в дистанции по N в каждом из каналов из М, М блоков выбора максимального значения дистанции из N значений и вычислитель координат объекта навигации, в котором в каждый из М каналов введены по числу лучевых траекторий N-1 дополнительных измерителей времени распространения гидроакустических сигналов, N-1 мультивибраторов задержки, N-1 мультивибраторов строб-импульса, N-1 селекторов, причем первые входы N-1 измерителей распространения соединены с выходом генератора синхроимпульсов, вторые входы соединены с первыми выходами соответствующих селекторов, а выходы соединены с М·N входами блока преобразования временных интервалов в дистанции, первый вход каждого из селекторов соединен с выходом соответствующего мультивибратора строб-импульса, второй вход соединен с выходом соответствующего канала приемника, вход первого мультивибратора задержки соединен с выходом соответствующего канала приемника, а выход каждого последующего мультивибратора задержки соединен с вторым выходом соответствующего селектора, в каждый из М каналов введена N(N-1), дополнительных блоков преобразования временных интервалов в дистанции, N-1 дополнительных блоков выбора максимального значения дистанции и усреднитель дистанции, причем входы каждого из N-1 наборов по N блоков преобразования временных интервалов в дистанции соединены с соответствующими выходами N-1 дополнительных измерителей временных интервалов, а выходы соединены с входами N-1 дополнительных блоков выбора максимального значения, выходы всех блоков выбора максимального значения дистанции соединены с N входами усреднителя дистанций, а выход усреднителя дистанций соединен с входом вычислителя координат объекта навигации.Known sonar synchronous rangefinder navigation system [1], containing a bottom navigation base of M hydroacoustic transponders with different response frequencies and located on the navigation object hydroacoustic transmitter, clock generator, M-channel receiver, M meters of propagation time of hydroacoustic signals to transponders and vice versa, M · N blocks for converting time intervals to distances of N in each of the channels from M, M blocks for selecting the maximum distance from N values and a coordinate calculator of the navigation object, in which, according to the number of beam paths, N-1 additional measuring instruments for the propagation time of hydroacoustic signals, N-1 delay multivibrators, N-1 strobe multivibrators, N-1 selectors are introduced into each of the M channels, and the first inputs of the N-1 propagation meters are connected to the output of the clock generator, the second inputs are connected to the first outputs of the corresponding selectors, and the outputs are connected to the M · N inputs of the time interval to distance conversion unit , the first input of each of the selectors is connected to the output of the corresponding strobe pulse multivibrator, the second input is connected to the output of the corresponding receiver channel, the input of the first delay multivibrator is connected to the output of the corresponding receiver channel, and the output of each subsequent delay multivibrator is connected to the second output of the corresponding selector, in each from M channels N (N-1), additional blocks for converting time intervals into distances, N-1 additional blocks for selecting the maximum value of dist an antenna and a distance averager, the inputs of each of the N-1 sets of N blocks for converting time intervals to distances are connected to the corresponding outputs of N-1 additional time interval meters, and the outputs are connected to the inputs of N-1 additional blocks for selecting the maximum value, the outputs of all blocks the choice of the maximum distance values are connected to N inputs of the distance averager, and the output of the distance averager is connected to the input of the coordinate calculator of the navigation object.
Навигационная база таких систем, предварительно устанавливаемая на дне акватории, как правило, состоит из 12-16 маяков ответчиков и предварительно калибруется в относительных и в географических координатах (относительная и абсолютная калибровки) с помощью судна обеспечения, оснащенного бортовым комплексом спутниковой и гидроакустической системами навигации. После выработки своего энергетического ресурса маяки-ответчики заменяются, при этом производится новая калибровка донной навигационной базы. Данные системы позволяют обеспечить географическую привязку подводного аппарата в пределах площади до 100 квадратных километров и протяженностью до 50 километров.The navigation base of such systems, pre-installed at the bottom of the water area, as a rule, consists of 12-16 beacon transponders and is pre-calibrated in relative and geographical coordinates (relative and absolute calibrations) using a support vessel equipped with an on-board complex of satellite and sonar navigation systems. After developing their energy resource, the transponder beacons are replaced, and a new calibration of the bottom navigation base is performed. These systems make it possible to ensure the geographic location of the underwater vehicle within an area of up to 100 square kilometers and a length of up to 50 kilometers.
Использование таких систем для навигации подводных аппаратов требует значительных затрат судового времени, большого количества донных маяков-ответчиков с длительным сроком автономности, ограничивает радиус действия подводного аппарата дальностью связи с донной навигационной базой.The use of such systems for the navigation of underwater vehicles requires a significant amount of ship time, a large number of bottom lighthouse transponders with a long battery life, and limits the range of the underwater vehicle to the communication range with the bottom navigation base.
При проведении научно-исследовательских работ с применением автономных подводных обитаемых аппаратов, выполнении оперативно-тактических задач подводными аппаратами на морских полигонах протяженностью до тысяч километров и площадью десятки тысяч квадратных километров особое значение приобретает оперативное высоконадежное обеспечение этих работ без использования судна обеспечения. Известная система, состоящая из размещенных донных маяков-ответчиков для обеспечения последующей географической привязки местонахождения подводного аппарата имеет существенные ограничения как по границам радиуса действия полигона, так по трудоемкости выполнения калибровочных работ и работ, связанных с размещением и установкой донных станций при каждой замене источников питания, имеющих ограниченный срок работы. Задачей настоящего технического предложения является повышение надежности при обеспечении навигации подводных объектов с одновременным расширением функциональных возможностей.When conducting research work using autonomous underwater manned vehicles, performing operational and tactical tasks by underwater vehicles at sea ranges of up to thousands of kilometers and an area of tens of thousands of square kilometers, operational highly reliable provision of these works without the use of a support vessel is of particular importance. A well-known system consisting of placed bottom beacon responders to ensure subsequent geographic location of the underwater vehicle has significant limitations both in terms of the range of the landfill and the complexity of performing calibration work and work related to the placement and installation of bottom stations with each replacement of power sources, having a limited life. The objective of this technical proposal is to increase reliability while ensuring the navigation of underwater objects with a simultaneous expansion of functionality.
Поставленная задача решается за счет того, что в гидроакустической навигационной системе, содержащей навигационную базу из М гидроакустических приемоответчиков с различными частотами ответа и размещенного на объекте навигации гидроакустического приемопередатчика, посредством которого измеряют временные интервалы распространения сигналов с последующим их преобразованием в дистанции между подводным объектом и гидроакустическими приемоответчиками; приемная гидроакустическая антенна состоит из четырех гидрофонов, каждая секция антенны состоит из двух одноканальных и одного многоканального модуля, установленных на линейном несущем кронштейне, выполненным перфорированным, антенны приемников выполнены в форме сферической поверхности и размещены на стальной пластине, по крайней мере, один из М гидроакустических приемоответчиков установлен на водной поверхности.The problem is solved due to the fact that in a hydroacoustic navigation system containing a navigation base of M hydroacoustic transponders with different response frequencies and a hydroacoustic transceiver located on the navigation object, the time intervals of signal propagation with their subsequent conversion in the distance between the underwater object and hydroacoustic are measured transponders; the receiving hydroacoustic antenna consists of four hydrophones, each section of the antenna consists of two single-channel and one multi-channel module mounted on a linear support bracket made perforated, the receiver antennas are made in the form of a spherical surface and placed on a steel plate, at least one of M hydroacoustic transponders mounted on a water surface.
Сущность предлагаемого способа поясняется чертежами.The essence of the proposed method is illustrated by drawings.
Фиг.1. Схема формирования навигационной базы, где показаны подводный грунт, водная поверхность 2, донные гидроакустические приемоответчики 3, дрейфующий приемоотвегчик 4 на поверхности 2, снабженный спутниковым связным модулем 6 и гидроакустическим приемоответчиком 5, подводный объект 7, спутники 8 низкоорбитальной системы спутниковой навигации, спутники 9 среднеорбитальной системы спутниковой навигации.Figure 1. The navigation base formation diagram, which shows underwater soil, water surface 2,
Фиг.2. Поверхности положения подводного объекта в гидроакустической навигационной системе с ультракороткой базой, где показаны приемники 10, 11, 12, 13, подводный объект 7 или донный гидроакустический приемоответчик 3.Figure 2. The position surface of the underwater object in the sonar navigation system with an ultrashort base, which shows the
Фиг.3. Взаимное расположение приемников секции антенны, где позициями 14, 15, 16, 17 обозначены секции антенны.Figure 3. The relative position of the receivers of the antenna section, where the
Фиг.4. Функциональная схема приема сигнала "включение", которая включает формирователь характеристики направленности (ФХН) 18, широкополосный фильтр 19 с коррекцией амплитудно-частотной характеристики, ограничитель 20, узкополосный фильтр 21, детектор 22, интегратор 23, пороговую схему 24.Figure 4. Functional diagram of the reception signal "on", which includes a beamforming characteristic (PHN) 18, a
Фиг.5. Функциональная схема обработки сигналов, которая включает широкополосный фильтр 25 с коррекцией амплитудно-частотной характеристики, ограничитель 26, узкополосный фильтр 27, детектор 28, интегратор 29, узкополосный фильтр 30, детектор 31, интегратор 32, пороговую схему 33, схему выбора максимума 34.Figure 5. Functional diagram of signal processing, which includes a
Фиг.6. Спутниковый связной модуль, который включает кодер 35, устройство формирования 36 пакетов сообщений на передачу, устройство формирования 37 алгоритма передачи пакетов сообщений, устройство управления 38 с программой работы передатчика на излучение (3-8 раз/сутки), антенну 33 ненаправленного типа.6. A satellite communications module, which includes an
Дрейфующий приемоответчик 4 представляет собой устройство, состоящее из полиуретанового корпуса, на котором установлена мачта с размещенными на ней спутниковой антенной и при необходимости метеорологическими датчиками. Внутри корпуса установлена аппаратура измерения, обработки и хранения информации.The drifting transponder 4 is a device consisting of a polyurethane housing, on which a mast is installed with a satellite antenna placed on it and, if necessary, meteorological sensors. Inside the case, equipment for measuring, processing and storing information is installed.
При установке большой группы дрейфующих станций средства связи могут также включать ретранслятор, который осуществляет прием радиосигнала от дрейфующей станции в диапазоне ДМВ (401-403 МГц), объединение с сигналами других дрейфующих станций в общий групповой сигнал и одновременную передачу на наземные пункты приема в двух стволах диапазона СМВ (4/6, 7/8 ГГц), а при необходимости в состав средств связи может входить и береговая станция спутниковой связи, которая осуществляет прием излучаемого группового сигнала ретранслятора и содержит аппаратуру восстановления сообщений, включающую декодер и устройство обработки и восстановления сообщений, запоминающее устройство, устройство управления.When installing a large group of drifting stations, communications equipment may also include a repeater that receives the radio signal from the drifting station in the UHF band (401-403 MHz), combines with the signals of other drifting stations into a common group signal, and simultaneously transmits to ground receiving points in two trunks SMV band (4/6, 7/8 GHz), and if necessary, the communications equipment may include a coastal satellite communication station that receives the emitted group signal of the repeater and contains the device a message recovery tour including a decoder and a message processing and recovery device, a storage device, a control device.
Обработка сообщений включает помехоустойчивое кодирование, разбивку каждого сообщения на пакеты с длительностью, зависящей от состояния взволнованной поверхности, передачу пакетов сообщения на ретранслятор по алгоритму, автоматически формируемому в зависимости от морского волнения, которое определяется посредством спутниковой навигационной системы в соответствии с известными алгоритмами (см., например, описание к патенту РФ №2254600).Message processing includes error-correcting coding, breaking each message into packets with a duration depending on the state of the excited surface, transmitting message packets to the relay according to an algorithm automatically generated depending on sea waves, which is determined by the satellite navigation system in accordance with known algorithms (see , for example, the description of the patent of the Russian Federation No. 2254600).
Применение дрейфующих приемоответчиков, установленных на дрифтерах, оснащенных GPS приемником и аппаратурой гидроакустического канала связи, в качестве навигационных маяков, расположенных на морской поверхности, в сочетании с донными приемоответчиками позволяет обеспечить высокоточную навигацию для подводных объектов.The use of drifting transponders installed on drifters equipped with a GPS receiver and equipment for a hydroacoustic communication channel as navigation beacons located on the sea surface in combination with bottom transponders allows for high-precision navigation for underwater objects.
Очевидно, что расположение навигационного маяка-дрифтера на морской поверхности не требует проведения относительной и абсолютной калибровок полигона, который необходим при использовании донных гидроакустических маяков-ответчиков, так как наличие у дрифтера GPS приемника позволяет ему «знать» свои географические координаты в реальном масштабе времени с высокой точностью (например, точность определения координат посредством спутникового навигационного измерительного модуля типа СНИМ разработки российской фирмы «Навис» не хуже 5 метров). При этом по запросу принимать сигналы от донных приемоответчиков для уточнения их координат, которые подвержены смещению от первоначальных мест установки при влиянии факторов, обусловленных влиянием подводных течений и литодинамическими процессами. Навигация подводного объекта относительно донных приемоответчиков и дрейфующей станции или базы из дрейфующих станций может осуществляется как в режиме с длинной, ультракороткой базой (ДБ и УКБ), так и в комбинированном режиме ДБ/УКБ.Obviously, the location of the navigation drift beacon on the sea surface does not require relative and absolute calibration of the landfill, which is necessary when using bottom sonar transponder beacons, since the drifter's GPS receiver allows it to “know” its geographical coordinates in real time with high accuracy (for example, the accuracy of determining coordinates using a satellite navigation measuring module of the SNIM type developed by the Russian company Navis is no worse than 5 meters s). At the same time, upon request, receive signals from the bottom transponders to clarify their coordinates, which are subject to displacement from the original installation sites under the influence of factors caused by the influence of underwater currents and lithodynamic processes. Navigation of the underwater object relative to the bottom transponders and the drifting station or base from the drifting stations can be carried out both in the mode with a long, ultrashort base (DB and UKB), and in the combined DB / UKB mode.
Подводный объект оснащается соответствующими режиму работ гидроакустическими приемо-передающими антеннами, навигационным контроллером и навигационным программно-математическим обеспечением.The underwater object is equipped with hydroacoustic transmitting and receiving antennas corresponding to the operating mode, a navigation controller, and navigation mathematical software.
Маяк-дрифтер работает в режиме «запрос-ответ» и в режиме «пингер» (маяк). В режиме с длинной базой для определения координат подводного объекта используются сигналы минимум от 3-4 маяков-дрифтеров (аналогично, как в спутниковой GPS) и решается триангуляционная задача. При этом площадь или протяженность зоны действия системы зависит от энергетической дальности действия гидроакустической связи, количества дрифтеров, глубины расположения подводного объекта, гидрологии, шумов подводного объекта и морской поверхности. При этом в отличие от навигации с использованием только донной навигационной базы совместная навигация с посредством маяков-дрифтеров и донных приемоответчиков существенно расширяет функциональные возможности подводного объекта, дает возможность оперативно оборудовать рабочий полигон любой площади и протяженности необходимым количеством дрифтеров, позволяет подводному объекту определять свои координаты в реальном времени, оперативно менять свои тактические задачи без потери навигационной информации, получать данные по своим координатам в любое необходимое время или постоянно в автоматическом режиме.The drifter beacon operates in the request-response mode and in the pinger mode (beacon). In the long-base mode, to determine the coordinates of the underwater object, signals from at least 3-4 drifting beacons are used (similar to satellite GPS) and the triangulation problem is solved. In this case, the area or extent of the system coverage area depends on the energy range of hydroacoustic communication, the number of drifters, the depth of the underwater object, hydrology, noise of the underwater object and the sea surface. At the same time, unlike navigation using only the bottom navigation base, joint navigation with the help of lighthouse drifters and bottom transponders significantly expands the functionality of the underwater object, makes it possible to quickly equip a working range of any area and length with the required number of drifters, and allows the underwater object to determine its coordinates in real time, quickly change your tactical tasks without losing navigation information, receive data on your co To residents at any necessary time or constantly in an automatic mode.
При навигации подводного объекта при ее работе на глубинах более одного километра целесообразно работать на частотах в диапазоне от 8 до 15 кГц при этом энергетическая дальность связи с маяком-дрифтером будет достигать 10-14 км, а погрешность определения координат аппарата составит 7-10 метров в режиме ДБ и 0,3% от дальности в режиме УКБ и 0,5 град, по углу пеленгации. При рабочей глубине менее одного километра целесообразно использовать рабочие частоты в диапазоне 25-35 кГц и работать в режиме УКБ. При этом максимальная дальность связи будет достигать порядка 3 км.When navigating an underwater object while operating at depths of more than one kilometer, it is advisable to work at frequencies in the range from 8 to 15 kHz, while the energy range of communication with the drifting beacon will reach 10-14 km, and the error in determining the coordinates of the device will be 7-10 meters in DB mode and 0.3% of the range in the UKB mode and 0.5 degrees, according to the direction finding angle. At a working depth of less than one kilometer, it is advisable to use operating frequencies in the range of 25-35 kHz and work in the UHF mode. In this case, the maximum communication range will reach about 3 km.
При этом каждый сигнал маяка-дрифтера имеет специальный формат и кодировку и несет в себе информацию о географических координатах маяка-дрифтера и донных приемоответчиков, его индивидуальном номере, направлении и скорости его перемещения на поверхности относительно донных приемоответчиков. Алгоритм работы навигационной системы с применением дрифтеров имеет гибкую структуру и может быть легко адаптирован как под заранее прокладываемый маршрут подводного объекта на полигоне, так и под определение координат подводного объекта в любое конкретное время ее работы на полигоне в различных гидрологических условиях, условиях шума, в том числе с соблюдением условия защиты от обнаружения.Moreover, each signal of the drifting beacon has a special format and encoding and carries information about the geographical coordinates of the drifting beacon and bottom transponders, its individual number, direction and speed of its movement on the surface relative to bottom transponders. The algorithm of the navigation system using drifters has a flexible structure and can be easily adapted both to a pre-laid route of an underwater object at the landfill, and to determine the coordinates of an underwater object at any specific time of its operation at the landfill in various hydrological conditions, noise conditions, including including subject to the conditions of protection against detection.
Подводный объект фиксирует дистанцию и пеленг до маяка-дрифтера (режим УКБ) и вычисляет свои точные географические координаты, используя информацию, принятую от маяка-дрифтера по гидроакустическому каналу связи. Скорость передачи по гидроакустическому каналу связи может составлять 9600-12400 бод. Наиболее оптимальная дальность связи в режиме УКБ, при глубине подводного объекта до 500 метров - 1 км. Точность определения координат до 5 метров.The underwater object records the distance and bearing to the drift lighthouse (UKB mode) and calculates its exact geographical coordinates using information received from the drift lighthouse via the sonar communication channel. The sonar transmission rate may be 9600-12400 baud. The most optimal communication range in the UKB mode, with an underwater object depth of up to 500 meters - 1 km. Accuracy of determination of coordinates to 5 meters.
Наличие гидроакустического канала связи между дрифтером, донными приемоответчиками и подводным объектом позволяет также обеспечивать передачу служебной информации из наземного Центра на подводный объект по спутниковому телеметрическому связному каналу через дрейфующую станцию, находящуюся в зоне гидроакустической связи с подводным объектом.The presence of a hydroacoustic communication channel between the drifter, bottom transponders and the underwater object also allows the transmission of service information from the ground Center to the underwater object via a satellite telemetric communication channel through a drift station located in the area of hydroacoustic communication with the underwater object.
В предлагаемом устройстве, представляющем собой гидроакустическую навигационную систему применена комбинированная система гидроакустической навигации с длинной и ультракороткой базой, которая позволяет использовать пеленгационную систему решения задачи выхода подводного объекта в точку установки дрейфующей станции или донного приемоответчика. При этом гидроакустическая антенна донных приемоответчиков, как и подводного объекта, представляет две имеющие общий центр базы из приемников. При этом, если две приемные базы расположены в плоскости, параллельной плоскости палубы, и ортогональны, ось одной базы направлена вдоль осевой линии подводного объекта, а ось другой базы направлена по траверзу вправо.In the proposed device, which is a sonar navigation system, a combined sonar navigation system with a long and ultrashort base is used, which allows you to use the direction finding system to solve the problem of the underwater object reaching the installation point of a drifting station or bottom transponder. At the same time, the hydroacoustic antenna of the bottom transponders, as well as the underwater object, represents two bases with receivers that have a common center. Moreover, if two receiving bases are located in a plane parallel to the deck plane and are orthogonal, the axis of one base is directed along the axial line of the underwater object, and the axis of the other base is directed to the right along the beam.
Две имеющие общий центр базы из приемников позволяют определить направление на источник сигнала как линию пересечения двух конических поверхностей с совпадающими вершинами. Сдвиг фаз Δφ1 электрических сигналов двух точечных приемников (первого второго), поступающих на входы приемного тракта, связан с углом между базовой линией и направлением прихода сигнала соотношениемTwo having a common center base of receivers allow you to determine the direction to the signal source as the line of intersection of two conical surfaces with matching vertices. The phase shift Δφ 1 of the electrical signals of two point receivers (first second) arriving at the inputs of the receiving path is related to the angle between the base line and the direction of arrival of the signal by the ratio
Δφ1=kcosα, где α - угол прихода сигнала, k - коэффициент, равный k=2πf0 b/c, где b - длина базовой линии, f0 - несущая частота, с - скорость звука в точке приема сигнала. Таким образом α=arccos (Δφ1/k). Сдвиг фаз Δφ2 электрических сигналов двух точечных приемников (третьего и четвертого), поступающих на входы приемного тракта, связан с углом между базовой линией и направлением прихода соотношением Δφ2=kcosβ,Δφ 1 = kcosα, where α is the angle of arrival of the signal, k is a coefficient equal to k = 2πf 0 b / c, where b is the length of the baseline, f 0 is the carrier frequency, and s is the speed of sound at the signal receiving point. Thus, α = arccos (Δφ 1 / k). The phase shift Δφ 2 of the electrical signals of two point receivers (third and fourth) arriving at the inputs of the receiving path is related to the angle between the base line and the direction of arrival by the relation Δφ 2 = kcosβ,
β=arccosΔφ2/k. Введя вспомогательные углы φ и Ψ (фиг.2), получим, что при известной глубине Н подводного объекта выражения для координат подводного объекта Х0, У0 относительно центра базы. При этом плоскость с ординатой Н является третьей поверхностью положения. Очевидно, что cosΨ=D/R, где D - дистанция, R - наклонная дальность, cosΨ=x/D, cosα=x/R(cosΨcosφ)=(Dx)/(RD)=x/R, cosβ=y/R(cosΨcosφ)=(Dy)/(RD)=yR.β = arccosΔφ 2 / k. Introducing the auxiliary angles φ and Ψ (Fig. 2), we obtain that for a known depth H of the underwater object, the expressions for the coordinates of the underwater object X 0 , Y 0 relative to the center of the base. In this case, the plane with ordinate H is the third position surface. Obviously, cosΨ = D / R, where D is the distance, R is the slant range, cosΨ = x / D, cosα = x / R (cosΨcosφ) = (Dx) / (RD) = x / R, cosβ = y / R (cosΨcosφ) = (Dy) / (RD) = yR.
При этом cosα=cosΨcosφ, cosβ=cosΨsinφ, Х0=Hcosφ/tgΨ, Y0=Hsinφ/tgΨ. Откуда получаем х0=сНΔφ1/а; у0=сНΔφ2/b. Так как плоскость палубы практически никогда не совпадает с плоскостью горизонта, то учитываются также влияние углов крена и дифферента γ. Дифферент не сказывается на значении у0, а крен на значении х0, ось X направлена вдоль продольной оси подводного объекта, а ось У направлена по траверзу. Исправленные путем учета крена и дифферента значения координат маяка можно записать следующим образом: х1=Htg[arctg([0/H)+γ], , где γ и - положительные значения при опускания носа и правого борта.Moreover, cosα = cosΨcosφ, cosβ = cosΨsinφ, X 0 = Hcosφ / tgΨ, Y 0 = Hsinφ / tgΨ. Where do we get x 0 = cHΔφ1 / a; at 0 = cHΔφ2 / b. Since the plane of the deck almost never coincides with the horizon plane, the influence of roll angles is also taken into account and trim γ. The trim does not affect the value of y 0 , and the roll on the value of x 0 , the X axis is directed along the longitudinal axis of the underwater object, and the Y axis is directed along the beam. The lighthouse coordinate values corrected by taking into account the roll and trim can be written as follows: x 1 = Htg [arctg ([0 / H) + γ], where γ and - positive values when lowering the nose and starboard side.
Информация о координатах дрейфующей станции относительно подводного объекта позволяет решить задачу выхода подводного объекта в реперную точку, так как она легко преобразуется в значения курсового угла КУ и дистанции D: КУ=arctg(y,x),Information on the coordinates of the drifting station relative to the underwater object allows us to solve the problem of the underwater object reaching the reference point, since it can easily be converted into the heading angle KU and distance D: KU = arctan (y, x),
. Решение обратной задачи дает возможность определить координаты подводного объекта на карте или планшете, на который предварительно наносится реперная точка. В том случае, когда определяется также наклонное расстояние до дрейфующей станции или донного приемоответчика, третьей поверхностью положения является сфера с радиусом, равным наклонному расстоянию. Формулы для вычисления координат упрощаются и имеют вид х0=(сRΔφ12)/α, у0=(cRΔφ32)/β. . Solving the inverse problem makes it possible to determine the coordinates of an underwater object on a map or tablet on which a reference point is previously applied. In the case where the inclined distance to the drifting station or the bottom transponder is also determined, the third position surface is a sphere with a radius equal to the inclined distance. The formulas for calculating the coordinates are simplified and have the form x 0 = (cRΔφ 12 ) / α, y 0 = (cRΔφ 32 ) / β.
Каждая приемная гидроакустическая антенна состоит из четырех гидрофонов. Секция антенны состоит из двух одноканальных и одного двухканального модуля, располагающихся на линейном несущем кронштейне. Расстояние между приемными гидрофонами двухканального модуля составляет 50 мм. Максимальное разнесение крайних приемников на кронштейне составляет 1000 мм. Кронштейн перфорирован, что позволяет располагать приемники в непосредственной близости друг от друга для проведения фазовой калибровки и с произвольным разнесением для проведения измерений направления прихода акустического сигнала. В качестве приемников-гидрофонов использованы пьезокерамические сферы диаметром 30 мм, внутри которых размещены предварительные усилители с коэффициентом усиления 30 дБ. Сферы размещаются на стальной пластине размером 145×145×10 мм, снабженной элементами крепления и акустической заглушкой с тыльной стороны. Коэффициент подавления звукового сигнала с тыльной стороны составляет не менее 30 дБ.Each receiving hydroacoustic antenna consists of four hydrophones. The antenna section consists of two single-channel and one two-channel module, located on a linear carrier bracket. The distance between the receiving hydrophones of the two-channel module is 50 mm. The maximum spacing of the extreme receivers on the bracket is 1000 mm. The bracket is perforated, which allows the receivers to be located in close proximity to each other for phase calibration and with arbitrary spacing for measuring the direction of arrival of the acoustic signal. Piezoceramic spheres with a diameter of 30 mm are used as hydrophone receivers, inside of which preliminary amplifiers with a gain of 30 dB are placed. The spheres are placed on a steel plate measuring 145 × 145 × 10 mm, equipped with fasteners and an acoustic plug on the back side. The suppression ratio of the audio signal from the back is at least 30 dB.
Антенный комплекс состоит из 8-канальной 2-секционной приемной гидроакустической антенны и гидроакустической излучающей антенны. Каждая секция приемной антенны представляет собой 4-элементный неэквидистантный гидрофонный модуль, предназначенный для измерения проекции вектора прихода акустического сигнала на одну из горизонтальный осей в режиме ультракороткой базы, в пеленгационном режиме, либо для приема сигналов в режиме длинной базы на 4 рабочих частотах. Секции приемной антенны расположены в горизонтальной плоскости перпендикулярно друг к другу.The antenna complex consists of an 8-channel 2-section receiving hydroacoustic antenna and a hydroacoustic emitting antenna. Each section of the receiving antenna is a 4-element non-equidistant hydrophone module designed to measure the projection of the acoustic signal arrival vector onto one of the horizontal axes in the ultrashort base mode, in the direction finding mode, or for receiving signals in the long base mode at 4 operating frequencies. Sections of the receiving antenna are located in a horizontal plane perpendicular to each other.
Таким образом, когда все гидрофоны производят прием на одной и той же рабочей частоте, реализуется режим определения задержки и направления прихода отклика от фиксированной дрейфующей станции или донного приемоотвегчика в режиме ультракороткой базы, а когда каждый из гидрофонов настроен на свою рабочую частоту, осуществляется режим измерения задержек от нескольких донных приемоответчиков и дрейфующих станций в режиме длинной базы.Thus, when all hydrophones receive at the same operating frequency, the mode of determining the delay and direction of arrival of the response from a fixed drifting station or bottom transceiver in the ultrashort base mode is implemented, and when each of the hydrophones is tuned to its operating frequency, the measurement mode delays from several bottom transponders and drifting stations in long base mode.
Система передачи информации по гидроакустическому каналу на подводном объекте реализуется с использованием штатных средств гидроакустической связи. При этом в качестве устройств формирования и обработки сигналов могут быть применены как имеющая в составе гидроакустическая аппаратура, обеспечивающая режим гидроакустической связи, так и дополнительные устройства в виде приставок, подключаемых к их передающему и приемному трактам.The system for transmitting information through a sonar channel at an underwater object is implemented using standard sonar communication equipment. In this case, as devices for the formation and processing of signals, both hydroacoustic equipment providing hydroacoustic communication mode and additional devices in the form of consoles connected to their transmitting and receiving paths can be used.
В качестве сигналов местоположения использованы тональные сигналы с частотой 3 кГц, излучаемые как в автоматическом режиме по специальной программе, так и в режиме запроса.As location signals, tonal signals with a frequency of 3 kHz are used, emitted both in automatic mode according to a special program and in a request mode.
Для систем передачи информации, основанных на использовании тональных сигналов, помехоустойчивость системы определяется помехоустойчивостью обнаружителей сигнала "Включение" и обнаружителей информационных сигналов. Для обнаружения сигналов "Включение", представляющих собой отрезок гармонического колебания использован метод неоптимального некогерентного приема, обеспечивающий широкополосный прием с интегрированием после детектора 22. Функционально схема включает ФХН 18, обеспечивающий предварительное усиление и формирование ненаправленного пространственного канала с антенны дрейфующей станции, широкополосный фильтр 19 с полосой ΔFш, ограничитель 20 и узкополосный фильтр 21 с полосой ΔFy, образующую схему, обеспечивающую, при условии Fш/ΔF>>1, стабилизацию помехи и подавления импульсной (широкополосной) помехи и обеспечивает выравнивание спектра помехи на входе ограничителя 20, узкополосный фильтр 21, обеспечивающий формирование рабочих частот, детектор 22, имеющий линейную характеристику, интегратор 23, представляющий собой фильтр нижних частот с эффективной полосой пропускания ΔFu=1/Т, где Т=2 сек (длительность символа), пороговую схему 18, построенную на основании критерия Неймана-Пирсона, поскольку вероятность появления на ее входе сигнала существенно ниже вероятности его отсутствия.For information transmission systems based on the use of tonal signals, the noise immunity of the system is determined by the noise immunity of the “On” signal detectors and information signal detectors. To detect “On” signals, which are a segment of harmonic oscillations, the non-optimal incoherent reception method was used, which provides broadband reception with integration after
Функциональная схема обработки сигнала (фиг.5) включает широкополосный фильтр 25 с полосой ΔFш, ограничитель 26 и узкополосный фильтр 27 с полосой Δfy, которые образуют схему, обеспечивающую, при условии ΔFш/ΔFy>>1, стабилизацию помехи и подавления импульсной (широкополосной) помехи и выравнивание спектра помехи на входе ограничителя 26, детектор 28, имеющий линейную характеристику, интегратор 29, который представляет собой фильтр нижних частот с эффективной полосой пропускания ΔFu=1/Т, где Т=0,5 сек (длительность символа), схему выбора максимума 34, обеспечивающую отбор максимального сигнала для последующего сравнения его с заданным порогом, пороговую схему 33, построенную на основании критерия идеального наблюдателя, поскольку весомость ошибок типа "ложная тревога" и типа "пропуск сигнала" можно считать одинаковым, то порог в схеме выбран из условия минимизации полной вероятности ошибки, при этом после превышения порога в схему выбора максимума 34 поступает команда, отключающая канал с максимальным сигналом. Таким образом, обработка сигнала при приеме сообщения сводится к обнаружению отдельных тональных сигналов с вероятностями F и D такими, чтобы сумма F+(1-D) не превышала 0,01, причем F+1-D. Спутниковый связной модуль предназначен для формирования пакетов и алгоритмов управления передаваемой информации на донные приемоответчики.Functional diagram of the signal processing (Fig. 5) includes a
В отличие от известного устройства в предлагаемом устройстве дрейфующая станция, снабженная соответствующей аппаратурой, находясь в дрейфе, имеет возможность непрерывно принимать сигналы низкоорбитных и среднеорбитных спутниковых навигационных систем, обрабатывать их с определением высокоточных собственных координат в любой момент времени, а также определять действительное местоположение донных приемоответчиков. В определенный момент времени (по сигналу запроса с подводного объекта или по программе работы дрейфующей станции) эта информация передается по гидроакустическому каналу в виде шумоподобного кодированного сигнала определенного формата непосредственно на подводный объект или на донные приемоответчики. Определив свои координаты относительно дрейфующей станции и имея информацию о географических координатах последней, подводный объект выполняет собственное координирование в географической системе координат.Unlike the known device in the proposed device, a drifting station equipped with appropriate equipment, while in drift, has the ability to continuously receive signals from low-orbit and medium-orbit satellite navigation systems, process them with the determination of high-precision eigen coordinates at any time, and also determine the actual location of the bottom transponders . At a certain point in time (according to a request signal from an underwater object or according to the work program of a drifting station), this information is transmitted via a hydroacoustic channel in the form of a noise-like encoded signal of a certain format directly to an underwater object or to bottom transponders. Having determined its coordinates relative to the drifting station and having information about the geographical coordinates of the latter, the underwater object performs its own coordination in the geographical coordinate system.
Для увеличения ресурса питания донных приемоответчиков они работают только в периодическом режиме. Их включение и выключение осуществляется по сигналам от дрейфующей станции.To increase the power supply resource of bottom transponders, they work only in periodic mode. Their switching on and off is carried out according to signals from a drifting station.
Источник информацииThe source of information
1. Патент РФ №2032187.1. RF patent No. 2032187.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2008123454/28A RU2371738C1 (en) | 2008-06-09 | 2008-06-09 | Hydroacoustic navigation system |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2008123454/28A RU2371738C1 (en) | 2008-06-09 | 2008-06-09 | Hydroacoustic navigation system |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2371738C1 true RU2371738C1 (en) | 2009-10-27 |
Family
ID=41353247
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2008123454/28A RU2371738C1 (en) | 2008-06-09 | 2008-06-09 | Hydroacoustic navigation system |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2371738C1 (en) |
Cited By (13)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2444759C1 (en) * | 2010-09-21 | 2012-03-10 | Юрий Николаевич Жуков | Navigation method of underwater object by means of hydroacoustic navigation system |
RU2451300C1 (en) * | 2010-11-30 | 2012-05-20 | Василий Алексеевич Воронин | Hydroacoustic navigation system |
RU2456634C1 (en) * | 2011-03-16 | 2012-07-20 | Юрий Николаевич Жуков | Method of navigating submarine object using hydroacoustic navigation system |
RU2468388C2 (en) * | 2011-01-11 | 2012-11-27 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "ЮЖНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ" | Synchronous hydroacoustic range-finding navigation system |
RU2477497C2 (en) * | 2011-06-06 | 2013-03-10 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "ЮЖНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ" | Hydroacoustic navigation system |
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 |
RU2488842C1 (en) * | 2011-12-20 | 2013-07-27 | Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство промышленности и торговли РФ | More precise positioning in underwater navigation space formed by randomly arranged hydroacoustic transponder beacons |
RU2501038C1 (en) * | 2012-07-05 | 2013-12-10 | Открытое акционерное общество "Концерн "Океанприбор" | Hydroacoustic system |
RU2517775C1 (en) * | 2012-11-27 | 2014-05-27 | Российская Федерация, От Имени Которой Выступает Министерство Промышленности И Торговли Российской Федерации | Hydroacoustic measurement system |
RU2599903C2 (en) * | 2014-12-03 | 2016-10-20 | Открытое акционерное общество "Научно-исследовательский институт "Атолл" | Hydroacoustic antenna |
RU2612329C1 (en) * | 2015-10-15 | 2017-03-07 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский государственный морской технический университет" (СПбГМТУ) | Hydroacoustic meter of unmanned underwater vehicle location |
RU2767150C1 (en) * | 2021-02-04 | 2022-03-16 | Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Военный учебно-научный центр Военно-Морского Флота "Военно-морская академия им. Адмирала Флота Советского Союза Н.Г. Кузнецова" | Method for monitoring hydroacoustic fields of mobile marine objects |
RU2790937C1 (en) * | 2022-07-26 | 2023-02-28 | Российская Федерация, от имени которой выступает ФОНД ПЕРСПЕКТИВНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ | Long range hydroacoustic navigation system |
-
2008
- 2008-06-09 RU RU2008123454/28A patent/RU2371738C1/en active
Cited By (13)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2444759C1 (en) * | 2010-09-21 | 2012-03-10 | Юрий Николаевич Жуков | Navigation method of underwater object by means of hydroacoustic navigation system |
RU2451300C1 (en) * | 2010-11-30 | 2012-05-20 | Василий Алексеевич Воронин | Hydroacoustic navigation system |
RU2468388C2 (en) * | 2011-01-11 | 2012-11-27 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "ЮЖНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ" | Synchronous hydroacoustic range-finding navigation system |
RU2456634C1 (en) * | 2011-03-16 | 2012-07-20 | Юрий Николаевич Жуков | Method of navigating submarine object using hydroacoustic navigation system |
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 |
RU2477497C2 (en) * | 2011-06-06 | 2013-03-10 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "ЮЖНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ" | Hydroacoustic navigation system |
RU2488842C1 (en) * | 2011-12-20 | 2013-07-27 | Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство промышленности и торговли РФ | More precise positioning in underwater navigation space formed by randomly arranged hydroacoustic transponder beacons |
RU2501038C1 (en) * | 2012-07-05 | 2013-12-10 | Открытое акционерное общество "Концерн "Океанприбор" | Hydroacoustic system |
RU2517775C1 (en) * | 2012-11-27 | 2014-05-27 | Российская Федерация, От Имени Которой Выступает Министерство Промышленности И Торговли Российской Федерации | Hydroacoustic measurement system |
RU2599903C2 (en) * | 2014-12-03 | 2016-10-20 | Открытое акционерное общество "Научно-исследовательский институт "Атолл" | Hydroacoustic antenna |
RU2612329C1 (en) * | 2015-10-15 | 2017-03-07 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский государственный морской технический университет" (СПбГМТУ) | Hydroacoustic meter of unmanned underwater vehicle location |
RU2767150C1 (en) * | 2021-02-04 | 2022-03-16 | Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Военный учебно-научный центр Военно-Морского Флота "Военно-морская академия им. Адмирала Флота Советского Союза Н.Г. Кузнецова" | Method for monitoring hydroacoustic fields of mobile marine objects |
RU2790937C1 (en) * | 2022-07-26 | 2023-02-28 | Российская Федерация, от имени которой выступает ФОНД ПЕРСПЕКТИВНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ | Long range hydroacoustic navigation system |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU2371738C1 (en) | Hydroacoustic navigation system | |
RU2365939C1 (en) | Method of underwater navigation | |
RU2456634C1 (en) | Method of navigating submarine object using hydroacoustic navigation system | |
US10989815B2 (en) | Method for positioning underwater objects and system for the implementation thereof | |
CN100495066C (en) | Underwater GPS positioning and navigation method and system without high stable frequency standard | |
US8315560B2 (en) | Underwater navigation | |
RU2444759C1 (en) | Navigation method of underwater object by means of hydroacoustic navigation system | |
RU2590903C2 (en) | Method and system for radio beacon geolocalisation in alarm and rescue system | |
RU2483326C2 (en) | Hydroacoustic synchronous range-finding navigation system for positioning underwater objects in navigation field of randomly arranged hydroacoustic transponder beacons | |
JPH08504944A (en) | Method and apparatus for monitoring and remote controlling a mobile unmanned underwater vehicle | |
CN108693546A (en) | Emit positioning signal to the relaying apparatus of transport of ramber to optimize dilution of precision | |
EP1166142A1 (en) | Position finding | |
RU2602273C2 (en) | System of geographical location of a radio signal transmitter located on the earth's surface | |
JPWO2006046298A1 (en) | Relative positioning method and relative positioning system using satellite | |
USH1618H (en) | Coherent arrays of drifting sonobuoys | |
RU2689281C1 (en) | Method for navigation-information support of deep-sea autonomous unmanned underwater vehicle | |
Cruz et al. | A versatile acoustic beacon for navigation and remote tracking of multiple underwater vehicles | |
Williams et al. | UK eLoran-Initial operational capability at the Port of Dover | |
RU2431156C1 (en) | Method of positioning by hydroacoustic navigation system | |
JP2006170698A (en) | Device for estimating azimuth of radio station, device for estimating azimuth of radio station and emitting radio wave, and method of estimating azimuth of radio station | |
CA2458509C (en) | Bistatic azimuth detection system and detection method | |
RU2596244C1 (en) | Arctic underwater navigation system for driving and navigation support of water surface and underwater objects of navigation in constrained conditions of navigation | |
RU2463624C1 (en) | Hydroacoustic navigation system | |
Ito et al. | Differential positioning experiment using two geostationary satellites | |
RU2688199C1 (en) | Radio communication system with movable objects |