×
30.08.2018
218.016.817a

Результат интеллектуальной деятельности: Способ измерения скорости судна доплеровским лагом

Вид РИД

Изобретение

Аннотация: Изобретение относится к области кораблевождения, а именно к способам и устройствам измерения абсолютной скорости судна. Одним из условий безопасного кораблевождения является постоянный контроль абсолютной (относительно дна) скорости судна и расстояния до дна. Указанный технический результат достигается тем, что сигнал, поступающий с выхода сформированной характеристики направленности приемной гидроакустической антенны, наряду с разбиением на перекрывающиеся интервалы времени длительности Т, равной длительности тонального зондирующего сигнала, также разбивается на перекрывающиеся интервалы времени меньшей длительности T, рассчитываемой исходя из заданной точности измерения глубины. Обнаружение эхо-сигнала (ЭС) осуществляется одновременно как на каждом интервале длительности Т, так и на каждом интервале длительности T. При обнаружении ЭС на интервале времени длительности Т определяется его частота, с использованием которой вычисляется скорость судна, а при первом обнаружении эхо-сигнала на интервале длительности Tопределяется интервал времени ΔТ между моментом времени этого обнаружения и моментом времени начала излучения тонального зондирующего сигнала. С использованием интервала времени ΔТ вычисляется глубина под килем. 2 ил.

Изобретение относится к области кораблевождения, а именно к способам и устройствам измерения скорости судна доплеровским методом.

Одним из условий безопасного кораблевождения является постоянный контроль абсолютной (относительно дна) скорости судна и глубины под килем с использованием гидроакустического доплеровского лага (ДЛ) [1-6].

Глубина под килем измеряется при помощи эхолота [5, 6].

Как ДЛ, так и эхолот являются дорогостоящими устройствами, особенно при плавании в глубоководных районах, когда необходимо использовать относительно низкие частоты и, как следствие, иметь приемно-излучающую антенну больших габаритов. Поэтому было бы целесообразно использовать в качестве измерителя скорости судна и глубины под килем одно универсальное устройство - лаг-эхолот.

Совмещение функций ДЛ и эхолота в одном устройстве известно. Например, в ДЛ, описанном в изобретении [3], сначала измеряется глубина под килем, затем с использованием измеренной глубины рассчитывается допустимая длительность тонального сигнала, применяемого для измерения скорости судна. Недостатком такого технического решения является невозможность отслеживания изменения глубины под килем (т.е. рельефа дна) в процессе движения судна.

Для отслеживания рельефа дна необходимо глубину под килем измерять одновременно с измерением скорости судна. Но для этого нужно разрешить техническое противоречие между ДЛ и эхолотом. Оно состоит в том, что в ДЛ для обеспечения высокой точности измерения скорости судна используется тональный зондирующий сигнал (ЗС) большой длительности, определяемой по приближенной формуле [1]

ТТС - длительность тонального ЗС, с;

Hdno - глубина под килем, м;

Czv - средняя скорость распространения ЗС, м/с.

Обнаружение эхо-сигнала (ЭС) осуществляется либо путем спектрального анализа сигнала с выхода приемной антенны на перекрывающихся интервалах времени длительности ТТС [1], либо путем использования банка фильтров Калмана [3]. И в том и другом случае имеется неопределенность величиной ТТС в определении момента времени прихода ЭС на приемную антенну. С учетом этой неопределенности среднеквадратическая ошибка (СКО) измерения глубины с учетом формулы (1) составит

т.е. 33% от измеряемой глубины. Естественно, такая ошибка для практического использования неприемлема.

Для уменьшения ошибки измерения глубины, как следует из формулы (2), необходимо уменьшить длительность тонального ЗС. Но это не приемлемо, поскольку при этом возрастет ошибка измерения скорости судна.

Другим путем уменьшения ошибки измерения глубины является одновременное обнаружение ЭС на интервалах большой длительности ТТС (для измерения скорости судна) и малой длительности TKC (для измерения глубины).

В качестве прототипа выберем описанный в работе [1] и поясненный условной блок-схемой (фиг. 1) способ измерения скорости судна доплеровским лагом, включающий: излучение под наклоном ψизл тонального зондирующего сигнала с длительностью ТТС (блок 1); формирование характеристики направленности (ХН) приемной антенны для приема сигнала с направления излучения (блок 2); вычисление спектра сигнала, поступающего с выхода сформированной ХН, на следующих друг за другом с перекрытием не менее чем на 50% интервалах времени длительности ТТС (блок 3); выполнение процедуры обнаружения ЭС в каждом вычисленном спектре (блок 4). В случае обнаружения ЭС осуществляется определение его частоты и с ее использованием вычисление скорости судна по формуле [1]

где V - скорость судна, м/с;

ƒЗС - частота тонального ЗС, Гц;

ƒЭС - частота ЭС, Гц;

ψизл - угол между направлением излучения тонального ЗС и направлением вертикально вниз, град (как правило, ψизл=30°);

Процедуры, реализуемые в блоках 3 и 4 повторяются на интервале времени

где Hmax - максимальная глубина под килем, м.

Решаемая техническая проблема - расширение функций ДЛ.

Технический результат - повышение точности измерения расстояния до дна.

Указанный технический результат достигается тем, что сигнал, поступающий с выхода сформированной характеристики направленности, наряду с разбиением на перекрывающиеся интервалы длительности ТТС, на которых вычисляется его спектр и определяется его частота, также разбивается на перекрывающиеся интервалы меньшей длительности TKC, на которых вычисляется мощность сигнала и осуществляется обнаружение эхо-сигнала. Длительность сигнала TKC рассчитывается с учетом формулы (2) по формуле

где σH - заданная СКО измерения глубины, м.

Например, при σH =1 м TKC=4 мс.

В результате обнаружение ЭС осуществляется одновременно как на каждом интервале длительности ТТС, так и на каждом интервале длительности TKC. Обнаружение ЭС на интервале времени длительности ТТС осуществляется путем поиска максимума в вычисленном спектре сигнала методом двустороннего контраста; обнаружение ЭС на интервале времени длительности TKC осуществляется путем сравнения мощности сигнала на текущем интервале времени длительности TKC с мощностью сигнала на предыдущем интервале времени длительности TKC.

По ЭС, обнаруженному на интервале времени длительности ТТС, осуществляется определение его частоты, с использованием которой по формуле (3) вычисляется скорость судна, а по первому обнаружению ЭС на интервале времени длительности TKC, определяется разность моментов времени ΔТ обнаружения ЭС и излучения ЗС, которая используется для определения расстояния до дна по формуле:

Перекрытие интервалов в обоих случаях должно быть не менее 50%.

Блок-схема заявляемого способа изображена на фиг. 2.

В блоке 1 осуществляется излучение тонального зондирующего сигнала с длительностью ТТС.

В блоке 2 выполняется формирование характеристики направленности приемной антенны для приема сигнала с направления излучения.

В блоке 3 осуществляется вычисление спектра сигнала на текущем интервале времени длительности ТТС.

В блоке 4 выполняется процедура обнаружения ЭС в спектре, вычисленном на текущем интервале времени длительности ТТС. В случае обнаружения ЭС определяется его частота и с ее использованием по формуле (3) вычисляется скорость судна.

В блоке 5, реализуемом одновременно с блоком 3, осуществляется вычисление мощности сигнала на текущем интервале времени длительности TKC (TKC<<ТТС).

В блоке 6 вычисляется разность мощностей сигнала, измеренных на текущем и предыдущем интервалах времени длительности TKC. Если эта разность превышает заданное пороговое значение, то:

- вычисляется разность времен ΔТ между левой границей текущего интервала времени длительности TKC и моментом начала излучения тонального ЗС;

- с использованием вычисленной разности времен ΔТ по формуле (6) вычисляется расстояние до дна;

- формируется признак, по которому дальнейшая обработка сигнала в блоках 5 и 6 не производится.

Процедуры, реализуемые в блоках 3-6, повторяются на интервале времени Tmax, вычисляемом по формуле (4).

Таким образом, обеспечивается одновременное измерение скорости судна и глубины под килем и при этом повышается точность измерения глубины под килем.

Технический результат подтвержден имитационным моделированием.

Источники информации

1. Виноградов К.А., Кошкарев В.Н., Осюхин Б.А., Хребтов А.А. Абсолютные и относительные лаги // Л.: Судостроение, 1990.

2. Хребтов А.А., Виноградов К.А., Кошкарев В.Н., и др. Судовые измерители скорости // Л.: Судостроение, 1978.

3. Патент РФ №2439613. Гидроакустический доплеровский лаг с алгоритмом многоальтернативной фильтрации эхо-сигнала, основанным на использовании банка фильтров Калмана.

4. Богородский В.В. и др. Гидроакустическая техника исследования и освоения океана // Л.: Гидрометиздат, 1984, 264 с.

5. Гидроакустические навигационные средства. Под ред. В.В. Богородского // Л.: Судостроение, 1983, 262 с.

6. Виноградов К.А., Новиков И.А. Гидроакустические навигационные системы и средства // Навигация и гидрография, 1999, №7.

Способ измерения скорости судна гидроакустическим доплеровским лагом, включающий излучение под наклоном к дну тонального зондирующего сигнала большой длительности, рассчитанной с учетом наклонного расстояния до дна, формирование характеристики направленности приемной антенны для приема сигнала с направления излучения, обнаружение отраженного от дна эхо-сигнала на выходе сформированной характеристики направленности на последовательных перекрывающихся интервалах времени, равных длительности тонального зондирующего сигнала, определение частоты обнаруженного эхо-сигнала, используемой для вычисления скорости судна, отличающийся тем, что сигнал с выхода характеристики направленности приемной антенны одновременно с разбиением на интервалы времени большой длительности разбивают на перекрывающиеся интервалы времени малой длительности, рассчитанной исходя из заданной точности измерения расстояния до дна, измеряют мощность сигнала на каждом из этих интервалов времени, вычисляют разность мощностей сигнала, измеренных на текущем и предыдущем интервалах времени малой длительности, вычисленную разность мощностей сигнала сравнивают с заданным пороговым значением, при превышении которого вычисляют разность времен между началом текущего интервала времени малой длительности и моментом времени начала излучения тонального зондирующего сигнала, с использованием вычисленной разности времен вычисляют расстояние до дна.
Способ измерения скорости судна доплеровским лагом
Способ измерения скорости судна доплеровским лагом
Способ измерения скорости судна доплеровским лагом
Источник поступления информации: Роспатент

Showing 31-40 of 87 items.
04.04.2018
№218.016.2fed

Способ определения дисперсии погрешности измерения двухмерного спектра волнения инерциальным измерительным модулем волномерного буя и устройство для его реализации

Изобретение относится к области измерительной техники. Способ определения дисперсии погрешности измерения двухмерного спектра волнения инерциальным измерительным модулем волномерного буя, заключается в том, что определение погрешности производится путем сравнения характеристик, задаваемых...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002644614
Дата охранного документа: 13.02.2018
10.05.2018
№218.016.3c6d

Способ балансировки гирокамеры двухстепенного поплавкового гироскопа

Изобретение относится к области прецизионного приборостроения и может быть использовано при разработке и производстве двухстепенных поплавковых гироскопов с газодинамическим подвесом ротора гиромотора. В известном способе балансировки гирокамеры двухстепенный поплавковый гироскоп устанавливают...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002648023
Дата охранного документа: 21.03.2018
10.05.2018
№218.016.41a4

Устройство измерения зазора в микромеханическом гироскопе rr-типа

Изобретение относится к микромеханическим гироскопам (ММГ) вибрационного типа, в частности к устройству для измерения зазора между неподвижными электродами и подвижной массой (ПМ). Устройство для измерения зазора между неподвижными электродами канала вторичных колебаний и ПМ в микромеханическом...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002649226
Дата охранного документа: 30.03.2018
10.05.2018
№218.016.4423

Способ определения координат (пеленга и дистанции) и параметров движения (курса и скорости) морской шумящей цели

Изобретение относится к области гидроакустики, а именно к пассивным способам определения координат (пеленга и дистанции) и параметров движения (курса и скорости) морской шумящей цели (далее КПДЦ) по информации шумопеленгаторных станций (далее ШПС), установленных на подвижных носителях...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002649887
Дата охранного документа: 05.04.2018
10.05.2018
№218.016.4e8e

Шкаф радиоэлектронной аппаратуры

Изобретение относится к системам охлаждения радиоэлектронной аппаратуры (РЭА). Технический результат - сокращение количества деталей шкафа РЭА, соответственно, повышение технологичности его изготовления и эффективности его охлаждения. Достигается за счет того, что корпус образован боковыми...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002650878
Дата охранного документа: 18.04.2018
29.05.2018
№218.016.56ff

Способ формирования характеристики направленности плоской, горизонтально расположенной многоэлементной излучающей антенны доплеровского лага

Изобретение относится к области кораблевождения, а именно к способам и устройствам измерения абсолютной скорости судна. Решаемая техническая проблема - уменьшение погрешности измерения собственной скорости судна и увеличение предельной глубины работы лага без увеличения цены и габаритов...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002655020
Дата охранного документа: 23.05.2018
29.05.2018
№218.016.570a

Способ измерения скорости судна доплеровским лагом

Изобретение относится к области кораблевождения, а именно к способам и устройствам измерения абсолютной скорости судна. Достигаемый технический результат - повышение надежности обнаружения эхосигналов, отраженных от морского дна, при наличии во входном сигнале, кроме эхосигналов, отраженных от...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002655019
Дата охранного документа: 23.05.2018
25.06.2018
№218.016.6646

Установка для восполнения энергии аккумуляторов малых морских автономных аппаратов и буёв

Изобретение относится к области источников для восполнения энергии и может быть использовано для пополнения энергии аккумуляторных батарей подвижных объектов. В качестве инерционного тела установки используются цилиндрические постоянные магниты, которые вместе с неподвижными обмотками образуют...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002658713
Дата охранного документа: 22.06.2018
05.07.2018
№218.016.6bd9

Способ термостабилизации чувствительного элемента инерциальной системы

Изобретение относится к области прецизионного приборостроения и может быть использовано при разработке и производстве прецизионных чувствительных элементов для инерциальных систем (прецизионных акселерометров, интегрирующих, дифференцирующих гироскопов и т.д.). Технический результат - повышение...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002659326
Дата охранного документа: 29.06.2018
05.07.2018
№218.016.6c3b

Способ измерения скорости судна доплеровским лагом

Изобретение относится к области кораблевождения, а именно к способам и устройствам измерения абсолютной скорости судна. Решаемая техническая проблема - увеличение надежности и точности работы доплеровского лага без значительного увеличения цены и габаритов аппаратуры. Достигаемый технический...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002659710
Дата охранного документа: 03.07.2018
Showing 31-40 of 40 items.
29.05.2020
№220.018.21f7

Способ экономии запаса электроэнергии автономного необитаемого подводного аппарата

Изобретение относится к способам использования автономных необитаемых подводных аппаратов (АНПА), а точнее к способам обеспечения их энергоэффективности. Способ использования АНПА, позволяющий экономить запас электроэнергии АНПА, оборудованного навигационной системой и гидроакустической...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002722065
Дата охранного документа: 26.05.2020
30.05.2020
№220.018.2254

Автономный необитаемый подводный аппарат

Изобретение относится к области создания автономных необитаемых подводных аппаратов (АНПА), а точнее их систем управления. Автономный необитаемый подводный аппарат (АНПА) содержит интегрированную систему управления (ИСУ), включающую объединенные в нее технические средства и подсистемы, а именно...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002722258
Дата охранного документа: 28.05.2020
01.07.2020
№220.018.2d99

Способ определения координат морской шумящей цели

Изобретение относится к области гидроакустики, а именно к способам и устройствам обнаружения морских целей по их шумоизлучению, а точнее к способам определения координат целей с использованием интерференционных максимумов в автокорреляционной функции шума цели. Технический результат - повышение...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002724962
Дата охранного документа: 29.06.2020
06.07.2020
№220.018.2f7b

Способ обзора пространства гидролокатором обеспечения безопасности плавания автономного необитаемого подводного аппарата

Изобретение относится к способам использования автономных необитаемых подводных аппаратов (АНПА), а точнее к способам обеспечения их энергоэффективности. Решаемая техническая проблема - повышение энергоэффективности использования АНПА. Технический результат - сокращение энергопотребления...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002725706
Дата охранного документа: 03.07.2020
12.04.2023
№223.018.4297

Способ обсервации подводного аппарата

Использование: изобретение относится к способам навигации автономных подводных аппаратов (ПА), конкретно к гидроакустическим способам определения местонахождения ПА с использованием подводных акустических маяков. Сущность: вместо активного акустического маяка, излучающего гидроакустические...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002763114
Дата охранного документа: 27.12.2021
15.05.2023
№223.018.58ef

Способ проводки судна через заминированный район моря

Изобретение относится к способам проводки судов через заминированный район моря. При подходе к заминированному району судно стопорит ход и спускает на воду автономный необитаемый подводный аппарат (АНПА), оснащённый аппаратурой поиска мин. АНПА под управлением собственной системы управления...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002760802
Дата охранного документа: 30.11.2021
15.05.2023
№223.018.58f8

Способ определения класса шумящего морского объекта

Изобретение относится к области гидроакустики, а именно к гидроакустическим комплексам (ГАК), оснащенным пассивным и активным режимами работы, и предназначенным для обнаружения подводных и надводных объектов. Технический результат - повышение вероятности классификации на предельных дистанциях...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002760912
Дата охранного документа: 01.12.2021
01.06.2023
№223.018.7516

Распределенная система подводного наблюдения

Изобретение относится к области гидроакустики, а именно к распределенным системам подводного наблюдения (РСПН). Технический результат - повышение дальности обнаружения и точности определения координат и параметров движения малошумных подводных объектов. Указанный технический результат...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002741760
Дата охранного документа: 28.01.2021
01.06.2023
№223.018.751c

Способ определения класса шумящего морского объекта

Изобретение относится к области гидроакустики, а именно к пассивным шумопеленгаторным станциям, предназначенным для обнаружения подводных объектов и надводных объектов по их шумоизлучению. Технический результат - повышение достоверности классификации на предельных дальностях обнаружения...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002746581
Дата охранного документа: 19.04.2021
19.06.2023
№223.018.81c4

Способы определения координат морской шумящей цели

Использование: изобретение относится к области гидроакустики, а именно к способам и устройствам обнаружения морских целей по их шумоизлучению, а точнее к способам определения координат целей с использованием интерференционных максимумов в автокорреляционной функции шума цели. Сущность: в...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002797161
Дата охранного документа: 31.05.2023
+ добавить свой РИД