×
05.07.2018
218.016.6c3b

Способ измерения скорости судна доплеровским лагом

Вид РИД

Изобретение

Юридическая информация Свернуть Развернуть
Краткое описание РИД Свернуть Развернуть
Аннотация: 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 результат - повышение точности и помехоустойчивости измерения скорости судна в условиях качки на волнении. Указанный технический результат достигается путем применения одного из трех технических решений либо их совокупности. Первое техническое решение состоит в формировании при приеме дополнительно к ХН в направлении излучения (относительно нормали к плоскости антенны) двумерного веера ХН, в совокупности перекрывающих сектор телесных углов, в котором возможен приход эхосигнала, отраженного от дна. Второе техническое решение заключается в том, что зондирующие сигналы излучаются в моменты, когда угол крена либо угол дифферента судна равен нулю. Третье техническое решение заключается в том, что зондирующие сигналы излучаются в произвольные моменты времени, однако углы излучения (относительно нормали к зеркалу воды) запоминаются, и веер ХН при приеме формируется вокруг направления излучения относительно вертикали. 2 з.п. ф-лы, 9 ил.
Реферат Свернуть Развернуть

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.

Измерение абсолютной скорости судна обеспечивается с помощью доплеровского лага (ДЛ) [1-7]. И хотя на надводных кораблях и судах вместо ДЛ все чаще используется спутниковая навигационная система, на подводных лодках и подводных аппаратах (обитаемых и необитаемых) ДЛ продолжает оставаться основным средством измерения абсолютной скорости.

Для повышения точности измерения скорости судна широко применяется схема «Янус» формирования одновременно двух симметричных направленных в разные стороны характеристик направленности приемно-излучающей антенны (фиг. 1). На фиг. 1 приняты следующие обозначения:

V - скорость судна,

ψизл - угол между направлением вертикально вниз и направлением излучения.

Схема «Янус» обеспечивает [1]:

- устранение нелинейной зависимости скорости судна от доплеровской частоты;

- существенное уменьшение (в определенных пределах) погрешности измерения скорости, обусловленной изменением пространственной ориентации лучей при качке и статических наклонах судна (до 3-4°) без привлечения внешней информации;

- компенсацию погрешности, вызванной изменением угла прихода луча при смещении судна за время распространения сигнала;

- уменьшение влияния рефракционных искажений сигнала;

- увеличение в два раза скоростной чувствительности лага (по сравнению с односторонней схемой);

- снижение влияния вертикальной составляющей скорости судна на точность измерения горизонтальных составляющих и др.

Как правило, на практике одновременно используются две схемы «Янус» во взаимно перпендикулярных направлениях, что позволяет повысить точность измерения двух проекций скорости судна.

Одним из факторов, снижающих качество работы доплеровского лага (а именно помехоустойчивость и точность измерения скорости), является качка судна на волнении [1, 2]. Качка судна может приводить к потере акустического контакта с дном моря. Причиной потери контакта является изменение угловой ориентации антенны за время распространения акустического сигнала до грунта и обратно. Вследствие этого характеристика направленности (ХН) антенны на приеме не перекрывает озвученный участок морского дна (фиг. 2 и 3). На фиг. 2 и 3 показано излучение и прием отраженного сигнала однолучевыми характеристиками направленности при существенной бортовой качке.

Для борьбы с негативным влиянием качки в известных работах предлагается три способа [1, 2]:

1) механическая стабилизация антенны;

2) электронная стабилизация антенны при излучении и приеме;

3) расширение ХН при приеме.

Недостатком первых двух способов является необходимость введения в состав ДЛ датчиков текущих значений бортовой и килевой качки, а также существенное усложнение конструкции ДЛ, особенно при реализации первого способа.

Недостатком третьего способа является снижение точности измерения скорости судна, поскольку ширина ХН является одним из факторов, определяющих точность измерения скорости ДЛ [1].

В качестве прототипа выбран описанный в работе [1] и поясненный на фиг. 4 и 5 способ измерения скорости судна доплеровским лагом, включающий [фиг. 6]: излучение под наклоном ψизл к вертикали тонального зондирующего сигнала (ЗС) длительностью ТТС; формирование характеристики направленности для приема сигнала с направления излучения относительно нормали к плоскости антенны; вычисление спектра сигнала, поступающего с выхода сформированной ХН, на интервале длительности ТТС с перекрытием не менее чем на 50% относительно предыдущего интервала той же длительности; выполнение процедуры обнаружения эхосигнала в вычисленном спектре. В случае обнаружения эхосигнала (ЭС) определение его частоты и с ее использованием вычисление скорости судна по формуле [1]:

где

fЗC - частота ЗС, Гц;

fЭС - частота эхосигнала (ЭС), Гц;

V - скорость судна, м/с;

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

C - скорость звука в воде, м/с.

Процедуры, реализуемые в блоках 3 и 4 фиг. 6, повторяются на интервале времени

где Hmax - максимальная глубина под килем, м.

На фиг. 4, 5 показан прием отраженного сигнала веером ХН при существенной бортовой качке. Фиг. 6 - блок-схема прототипа.

Решаемая техническая проблема - повышение эксплуатационных характеристик доплеровского лага.

Достигаемый с использованием изобретения технический результат - повышение надежности измерения скорости судна в условиях качки на волнении.

Указанный технический результат достигается путем применения трех технических решений.

Первое техническое решение (фиг. 4, 5 и 7) состоит в формировании при приеме дополнительно к ХН в направлении (относительно нормали к плоскости антенны) излучения ЗС двумерного веера ХН, в совокупности перекрывающих сектор телесных углов, в котором возможен приход эхосигнала, отраженного от дна. Размеры этого сектора: ±2ψ кил/max в диаметральной плоскости судна и ±2ψ борт/max в плоскости шпангоута, где ψ кил/max, ψ борт/max - максимально возможные величины углов килевой и бортовой качки соответственно, град. Следовательно, число ХН, которые необходимо дополнительно сформировать, равно

где Δϕкил, Δϕборт - ширина ХН антенны при приеме в диаметральной плоскости и в плоскости шпангоута соответственно, град;

[x] - операция вычисления минимального целого числа, превосходящего х.

На фиг. 7 показана блок-схема заявляемого способа по п. 1 формулы изобретения. На фиг. 8 - блок-схема заявляемого способа по п. 2 формулы изобретения. На фиг. 9 - блок-схема заявляемого способа по п. 3 формулы изобретения.

Достоинством первого технического решения является повышение надежности измерения скорости судна в условиях качки, а недостатком - усложнение конструкции ДЛ за счет формирования веера ХН при приеме.

Второе техническое решение (фиг. 8) заключается в том, что тональные зондирующие сигналы излучаются в моменты, когда угол крена либо угол дифферента равен нулю. Это дает возможность уменьшить в 2 раза число ХН, необходимых для компенсации качки по первому техническому решению. То есть при излучении в момент, когда угол крена равен нулю

при излучении в момент, когда угол дифферента равен нулю

Достоинством второго технического решения по сравнению с первым техническим решением является упрощение конструкции ДЛ за счет уменьшения количества формируемых ХН при приеме, а недостатками - необходимость дополнительно использовать сигналы от датчиков крена и дифферента, а также увеличение времени измерения скорости судна ввиду ожидания моментов времени, когда судно окажется на ровном киле, т.е. когда угол крена либо угол дифферента станет равным нулю.

Третье техническое решение (фиг. 9) заключается в том, что тональные зондирующие сигналы излучаются в произвольные моменты времени, однако углы излучения (относительно вертикали) запоминаются, и веер ХН при приеме формируется вокруг направления излучения.

Достоинством третьего технического решения по сравнению с первым техническим решением является меньшее количество ХН, формируемых при приеме:

где - скорость изменения угла дифферента и крена соответственно, град/с;

τзс - длительность тонального зондирующего сигнала, с.

Недостатками третьего технического решения являются необходимость дополнительно использовать сигналы от датчиков крена и дифферента, а также усложнение конструкции ДЛ за счет необходимости адаптивного формирования ХН при приеме.

Описанные технические решения могут применяться как по отдельности, так и совместно.

Таким образом, повышение надежности измерения скорости судна на качке достигается за счет формирования веера приемных ХН, благодаря которому отраженный от дна ЭС гарантированно будет принят антенной. Физическая реализуемость заявляемого метода подтверждена математическим 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. Гидроакустические навигационные средства. Под ред. В.В. Богородского. // Л.: Судостроение, 1983. 262 с.

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

5. Виноградов К.А., Новиков И.А., Гидроакустические навигационные системы и средства // Научно-технический журнал «Навигация и гидрография», 1999, №7.

6. Патент РФ №2439613. Гидроакустический доплеровский лаг с алгоритмом многоальтернативной фильтрации эхосигнала, основанным на использовании банка фильтров Калмана.

7. А.П. Мартынюк, Е.В. Казакова. Уточнение характеристик направленности фазированных антенных решеток доплеровских лагов // Гiдроакустичний журнал (Проблеми, методи та засоби дослiджень Свiтового океану), 2009, №6, с. 60-67.


Способ измерения скорости судна доплеровским лагом
Способ измерения скорости судна доплеровским лагом
Способ измерения скорости судна доплеровским лагом
Способ измерения скорости судна доплеровским лагом
Способ измерения скорости судна доплеровским лагом
Способ измерения скорости судна доплеровским лагом
Источник поступления информации: Роспатент

Показаны записи 1-10 из 87.
27.06.2015
№216.013.5a2b

Способ измерения физической неэлектрической величины

Изобретение относится к области приборостроения и может быть использовано при разработке и производстве измерительных преобразователей неэлектрических величин типа датчиков угловых скоростей, датчиков линейных, угловых ускорений и т.д. Согласно заявленному изобретению преобразуют измеряемую...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002554624
Дата охранного документа: 27.06.2015
27.06.2015
№216.013.5a2f

Способ выставки осевого зазора в газодинамическом подвесе оси вращения ротора гиромотора

Изобретение относится к области прецизионного приборостроения и может быть использовано при разработке и производстве гиромоторов с газодинамическим подвесом оси вращения ротора, состоящего из двух полусферических опорных узлов, каждый из которых содержит опору и фланец. Технический результат -...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002554628
Дата охранного документа: 27.06.2015
27.06.2015
№216.013.5a32

Стенд для выработки угловых колебаний в двух плоскостях

Предложенное изобретение используется для оценки динамических погрешностей микромеханических и других малогабаритных инерциальных систем. Заявленный стенд предназначен для выработки угловых колебаний в двух плоскостях, изменяющихся по гармоническому закону в расширенном частотном диапазоне,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002554631
Дата охранного документа: 27.06.2015
10.07.2015
№216.013.5e5e

Устройство для напыления тонкопленочных покрытий на сферические роторы электростатического гироскопа

Изобретение относится к устройствам для напыления покрытий на сферические роторы электростатических гироскопов и может быть использовано в точном приборостроении. Устройство содержит вакуумную камеру, внутри которой размещены источник распыления и механизм вращения ротора в виде двух рамок,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002555699
Дата охранного документа: 10.07.2015
27.07.2015
№216.013.6863

Способ обнаружения и сопровождения целей циклически работающей системой наблюдения, состоящей из нескольких разнородных приемных каналов

Изобретение относится к области создания систем наблюдения, состоящих из нескольких разнородных приемных каналов. Существо предлагаемого изобретения состоит в том, что если условию идентичности наблюдаемой и комплексной цели удовлетворяет несколько комплексных целей, то из них выбирается та,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002558276
Дата охранного документа: 27.07.2015
20.08.2015
№216.013.72fc

Микромеханический вибрационный гироскоп

Изобретение относится к области точного приборостроения и может быть использовано при создании таких средств измерения угловой скорости движения основания, как вибрационные гироскопы. Микромеханический вибрационный гироскоп содержит основание, инерционный диск, имеющий одинаковую толщину и...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002561006
Дата охранного документа: 20.08.2015
10.12.2015
№216.013.96cb

Способ определения погрешностей двухстепенного поплавкового гироскопа с газодинамическим подвесом ротора гиромотора

Изобретение относится к области прецизионного приборостроения и может быть использовано при разработке и производстве двухстепенных поплавковых гироскопов с газодинамическим подвесом оси вращения ротора гиромотора. Технический результат - повышение точности. Для этого в известном способе...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002570223
Дата охранного документа: 10.12.2015
20.03.2016
№216.014.ca96

Способ бесплатформенной инерциальной навигации на микромеханических чувствительных элементах

Изобретение относится к навигационной технике, а именно к способам бесплатформенной инерционной навигации малогабаритных движущихся объектов. Способ бесплатформенной инерциальной навигации заключается в том, что на борту подвижного объекта устанавливают микромеханические гироскопы и...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002577567
Дата охранного документа: 20.03.2016
10.06.2016
№216.015.4665

Способ изготовления ротора электростатического гироскопа

Изобретение относится к области прецизионного приборостроения и может быть использовано при производстве электростатических гироскопов. Способ изготовления ротора электростатического гироскопа содержит этапы, на которых: формируют из сплошной заготовки сферическую поверхность ротора, выполняют...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002586396
Дата охранного документа: 10.06.2016
20.08.2016
№216.015.4bcf

Двухстепенной поплавковый гироскоп

Изобретение относится к области прецизионного приборостроения и может быть использовано при разработке и производстве двухстепенных поплавковых гироскопов. Двухстепенной поплавковый гироскоп содержит корпус с двумя торцевыми крышками, цилиндрическую поплавковую гирокамеру, установленную в...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002594628
Дата охранного документа: 20.08.2016
Показаны записи 1-10 из 40.
10.09.2013
№216.012.68ec

Способ обработки информации в гидроакустической антенне

Использование: изобретение относится к области гидроакустики, а именно к способу обработки информации в гидроакустической антенне. Сущность: рассматривается способ снижения структурной составляющей помехи в сигнале гидроакустического приемника, жестко закрепленного на корпусе антенны,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002492507
Дата охранного документа: 10.09.2013
20.10.2013
№216.012.76fb

Антенный модуль

Изобретение относится к области гидроакустики и может быть применено при разработке антенн гидроакустических систем и комплексов. Технический результат - снижение мощности отраженной антенной гидроакустической волны и повышение чувствительности гидроакустических датчиков. Антенный модуль...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002496119
Дата охранного документа: 20.10.2013
10.11.2013
№216.012.7fa9

Способ оценки полного профиля вертикального распределения скорости звука

Использование: изобретение относится к области гидроакустики и может быть применено при формировании оценки полного профиля вертикального распределения скорости звука (ВРСЗ) по его измеренному в некотором диапазоне глубин фрагменту. Сущность: в способе осуществляется достраивание полного...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002498354
Дата охранного документа: 10.11.2013
27.04.2014
№216.012.bd1f

Способ распознавания ложных целей, вызванных собственными помехами подвижного носителя

Изобретение относится к областям гидроакустики и радиолокации и может быть применено в автоматических системах вторичной обработки радиолокационных и гидроакустических станций, установленных на подвижном носителе. В нем рассматривается способ снижения вероятности ложной тревоги за счет...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002514154
Дата охранного документа: 27.04.2014
27.11.2014
№216.013.0b10

Способ получения упругого и звукопоглощающего полимерного материала с термопластичными микросферами

Изобретение относится к технологии изготовления упругих, звукопоглощающих и звукоизолирующих композиций на основе полиуретанов и термопластичных микросфер. Способ получения композиции из полимерного материала и порошкообразного наполнителя содержит процессы смешения компонентов, удаления...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002534240
Дата охранного документа: 27.11.2014
20.12.2014
№216.013.1078

Бескорпусная гидроакустическая антенна

Изобретение относится к области гидроакустики, а именно к гидроакустическим антеннам, и может быть использовано в гидроакустических донных или опускаемых станциях различного назначения. Задача изобретения - повышение эффективности работы гидроакустических станций. Сущность изобретения...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002535639
Дата охранного документа: 20.12.2014
27.07.2015
№216.013.6863

Способ обнаружения и сопровождения целей циклически работающей системой наблюдения, состоящей из нескольких разнородных приемных каналов

Изобретение относится к области создания систем наблюдения, состоящих из нескольких разнородных приемных каналов. Существо предлагаемого изобретения состоит в том, что если условию идентичности наблюдаемой и комплексной цели удовлетворяет несколько комплексных целей, то из них выбирается та,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002558276
Дата охранного документа: 27.07.2015
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
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
+ добавить свой РИД