20.02.2020
220.018.045d

СПОСОБ НАВИГАЦИОННОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ АВТОНОМНЫХ НЕОБИТАЕМЫХ ПОДВОДНЫХ АППАРАТОВ

Вид РИД

Изобретение

Юридическая информация Свернуть Развернуть
Краткое описание РИД Свернуть Развернуть
Аннотация: Изобретение относится к области подводной навигации, а более конкретно к способам навигационного обеспечения стыковки автономных необитаемых подводных аппаратов (далее АНПА) с донными станциями. Предлагается способ навигационного обеспечения автономных необитаемых подводных аппаратов при их стыковке с донной станцией с использованием гидроакустической навигационной системы с активным формированием диаграммы направленности, отличающийся тем, что для навигационного обеспечения приведения автономного необитаемого подводного аппарата к донной станции и его стыковки с приемным устройством донной станции используется одна и та же гидроакустическая навигационная система, формирующая лепестковую диаграмму направленности с изменяемой, в зависимости от дальности до автономного необитаемого подводного аппарата, частотой излучения гидроакустических сигналов. Техническим результатом изобретения является формирование ГАНС лепестковой диаграммы направленности для точного определения местоположения АНПА относительно донной станции и выработка навигационных параметров гидроакустической навигационной системой на большом расстоянии, для приведения автономного необитаемого подводного аппарата к донной станции, и выработка навигационных параметров этой же гидроакустической навигационной системой с требуемой точностью позиционирования, для обеспечения стыковки автономного необитаемого подводного аппарата с приемным устройством донной станции, посредством увеличения частоты излучения акустических сигналов гидроакустической навигационной системы, установленной на донной станции, после сокращения дистанции между автономным необитаемым подводным аппаратом и донной станцией на определенное значение (менее 50 м). 2 ил.
Реферат Свернуть Развернуть

Изобретение относится к области подводной навигации, а более конкретно - к способам навигационного обеспечения стыковки автономных необитаемых подводных аппаратов (далее - АНПА) с донными станциями.

Известно, что для безаварийной стыковки АНПА с донной станцией необходимо осуществить навигационное обеспечение АНПА, заключающееся в обеспечении точного позиционирования АНПА при приведении его к причальному устройству донной станции. Причем точность выработки навигационных параметров при непосредственной стыковке с объектом должна составлять единицы сантиметров.

Для приведения АНПА к донной станции используется гидроакустическая навигационная система (далее - ГАНС). В известных системах навигации подводного автономного необитаемого аппарата задачи приведения и стыковки под водой решаются при наличии акустического [1-3] или визуального (оптического) контакта в ближней зоне приведения [4, 5]. Все они требуют для использования, по крайней мере, две системы навигации, на больших удалениях - гидроакустическую навигационную систему (с длинной или ультракороткой базой) для ориентации АНПА в пространстве, на малых удалениях - гидроакустический маяк для наведения АНПА на донную станцию. При этом, может потребоваться и система стыковки аппарата, т.к. при стыковке погрешность определения местоположения АНПА относительно причального устройства не должна превышать 10 сантиметров. Погрешности существующих гидроакустических навигационных систем составляют от нескольких единиц, до нескольких десятков метров, в зависимости от модели и типа устройства. Поэтому эти способы необходимо комбинировать с применением гидроакустических маяков, что повышает общее количество элементов системы, а равно увеличивает стоимость ее эксплуатации.

В случае приведения АНПА каким-либо образом в ближнюю область нахождения донной станции (на дальность действия гидроакустического маяка), известен способ приведения АНПА на гидроакустический маяк [6]. Недостатком этого способа является то, что АНПА после получения сигнала от гидроакустического маяка, идет по наикротчайшему расстоянию. В случае расположения естественных или искусственных препятствий на пути следования АНПА, наведение на гидроакустический маяк будет невозможно.

Также задача навигации подводных аппаратов решается в других работах, например в [7, 8]. В них уменьшение погрешности (или повышение разрешающей способности систем) предлагается производить за счет увеличения энергии излучаемых импульсов, либо использования сложных сигналов.

Наиболее близким способом приведения АНПА к донной станции является активное формирование диаграммы направленности, которое достигается использованием многоэлементных фазируемых антенных решеток и применяется, например, в системе «НГРАР-500» компании Kongsberg. Но данная система, как и остальные современные гидроакустические навигационные системы, работают на фиксированной частоте. А значит имеют одинаковую погрешность выработки навигационных параметров на всей дальности действия, чрезмерную на близких дистанциях от донной станции. При этом, в системе «HIPAP-500» используются сложные алгоритмы для определения азимута и угла места по направлению к АНПА, погрешность определения которых растет с увеличением расстояния между АНПА и донной станцией. Требуемую точность выработки навигационных параметров возможно обеспечить, при излучении акустического сигнала гидроакустической антенны ГАНС на высокой частоте. Однако, при повышении частоты излучения, сокращается дальность действия ГАНС. Для приведения АНПА к донной станции с расстояния в 1 км необходимо, чтобы ГАНС излучала акустические волны на частоте, в 10 раз меньшей, чем требуется для обеспечения требуемой точности позиционирования при стыковке АНПА с донной станцией.

Таким образом, возникает противоречие между необходимостью безопасного приведения АНПА к донной станции с рабочей дальности действия ГАНС за счет вывода на безопасную глубину АНПА и удержания на ней, и обеспечения требуемой точности позиционирования АНПА при навигационном обеспечении его стыковки с донной станцией.

Задачей, на решение которой направлено изобретение, является устранение данного противоречия, а именно, обеспечение требуемой точности позиционирования АНПА при навигационном обеспечении его стыковки с донной станцией и удержания АНПА на безопасной глубине с рабочей дальности действия ГАНС.

Указанный технический результат достигается тем, что в известном способ навигационного обеспечения автономных необитаемых подводных аппаратов при их стыковке с донной станцией с использованием гидроакустической навигационной системы с активным формированием диаграммы направленности, дополнительно для навигационного обеспечения приведения автономного необитаемого подводного аппарата к донной станции и его стыковки с приемным устройством донной станции используется одна и та же гидроакустическая навигационная система, формирующая лепестковую диаграмму направленности с изменяемой, в зависимости от дальности до автономного необитаемого подводного аппарата, частотой излучения гидроакустических сигналов.

Сущность изобретения поясняется чертежами на фигурах 1, 2, где:

- на фиг. 1 изображен общий вид гидроакустической навигационной системы с активным формированием диаграммы направленности;

- на фиг. 2 изображены лепестковые диаграммы направленности с изменяемые, в зависимости от дальности до автономного необитаемого подводного аппарата.

На фиг. 1 показана гидроакустическая навигационная система с активным формированием диаграммы направленности, состоящая из блока управления 1 и гидроакустической антенны особой конструкции 2. Антенна 2 устанавливается таким образом, чтобы находиться над причальным устройством 3 донной станции 4. Антенна 2 состоит из сегментов. Каждый сегмент, при излучении гидроакустических волн, формирует лепестковую диаграмму направленности, а при излучении гидроакустического сигнала, передает время излучения сигнала и номер сегмента (лепестка) 6. Кодовый номер лепестка назначается в зависимости от азимута и угла места сегмента антенны. Приемная гидроакустическая станция, расположенная на АНПА 5 принимает сигнал.

На фиг. 2 изображены лепестковые диаграммы направленности, изменяемые в зависимости от дальности до автономного необитаемого подводного аппарата, поясняющие процесс реализации способа. На фигуре лепестки 7-14 отражают сегменты (лепесток диаграммы направленности) антенны, каждый из которых может находиться непосредственно над причальным устройством донной станции, иметь наименьшее кодовое значение.

Пример реализации способа

АНПА 5, входя в зону действия гидроакустической навигационной системы, получает кодовое значение номера лепестка 7 и время излучения сигнала. По разности времени излучения и времени приема сигнала вычисляется расстояние до донной станции, а по номеру лепестка, положение АНПА относительно донной станции. Сегмент (лепесток диаграммы направленности) антенны, находящийся непосредственно над причальным устройством донной станции, имеет наименьшее кодовое значение. Таким образом, по несложному алгоритму АНПА перемещается в направлении донной станции и маневрирует по направлению движения и глубине для захода АНПА в лепесток диаграммы направленности с наименьшим кодовым значением. После занятия АНПА местоположения в сегменте с наименьшем кодовым значением, АНПА движется на сближение с причальным устройством. При сокращении дистанции между АНПА и причальным устройством до 50 метров, гидроакустическая навигационная система переводится в высокочастотный режим. Как известно, чем больше частота излучения гидроакустического сигнала гидроакустической навигационной станции, тем меньше погрешность определения местоположения подводных объектов, но при этом и существенно снижается дальность действия станции. На расстоянии до АНПА менее 50 м, переход ГАНС на высокочастотный режим обеспечит необходимую точность позиционирования, составляющую единицы сантиметров.

Техническим результатом изобретения является формирование ГАНС лепестковой диаграммы направленности для точного определения местоположения АНПА относительно донной станции, и выработка навигационных параметров гидроакустической навигационной системой на большом растоянии, - для приведения автономного необитаемого подводного аппарата к донной станции, и выработка навигационных параметров этой же гидроакустической навигационной системой с требуемой точностью позиционирования, - для обеспечения стыковки автономного необитаемого подводного аппарата с приемным устройством донной станции, посредством увеличения частоты излучения акустических сигналов гидроакустической навигационной системы, установленной на донной станции, после сокращения дистанции между автономным необитаемым подводным аппаратом и донной станцией на определенное значение (менее 50 м).

Новые признаки в предложенном способе заключаются в использовании впервые гидроакустической навигационной системы с изменяемой частотой излучения для одновременного действия на большом расстоянии с малой точностью, и на малом расстоянии - с большой точностью позиционирования АНПА (для стыковки к донной станции), а также алгоритм использования направленных лепестков диаграммы направленности с уникальными номерами, в соответствии с которыми АНПА определяет свое местоположение относительно донной станции.

Изобретательский уровень

Заявляемый способ был проанализирован на соответствие критерию «изобретательский уровень». Для этого были исследованы близкие признаки известных решений как в данной, так и в смежных областях техники. В рассмотренных работах [1-8] предлагается либо использовать наведение на гидроакустический маяк без приведения АНПА на необходимую глубину и необходимой точности позиционирования АНПА [6], комбинировать несколько способов приведения АНПА к донной станции [1-5], либо увеличивать мощность излучаемого сигнала [7, 8]. Предложенный способ явно не вытекает из известных решений как в данной, так и в смежных областях техники, не создан путем объединения, изменения или совместного использования сведений, содержащихся в уровне техники.

Таким образом, по мнению заявителя и авторов, предлагаемое техническое решение способа навигационного обеспечения автономных необитаемых подводных аппаратов в своей неразрывной совокупности признаков является новым, явным образом не следует из уровня техники и позволяет получить важный технический результат - действия на большом расстоянии с малой точностью, и на малом расстоянии - с большой точностью позиционирования АНПА (для стыковки к донной станции) и промышленно применимо.

Источники информации

1. Allen В., Austin Т., Forrester N. et al. Autonomous Docking Demonstrations with Enhanced REMUS Technology // Proc. of OCEANS'06 MTS/IEEE. Boston, MA, 18-21 September, 2006. USA CD-ROM. ISBN 1-4244-0115-1.

2. Utley С, Lee H. Signal Processing Algorithms for High-Precision Three-Dimensional Navigation and Guidance of Unmanned Undersea Vehicles (UUV) // Proc. of OCEANS'06 MTS/IEEE. Boston, MA, 18-21 September, 2006. USA CD-ROM. ISBN 1-4244-0115-1.

3. Grant M. de Goede, Donald Norris. Recovering Unmanned Undersea Vehicles With a Homing and Docking Sonar // Proc. of OCEANS 2005 MTS/IEEE. Washington, D.C., USA, 18-23 September 2005. USA CD-ROM. ISBN 0-933957-33-5.

4. Inzartsev A.V., Matvienko Yu.V., Pavin A.M., Vaulin Yu.V., Scherbatyuk A.Ph. Algorithms of Autonomous Docking System Operation for Long Term AUV // Proc. of 14th Int. Symp. on Unmanned Untethered Submersible Technology (UUST05), Durham, New Hampshire, USA, August 21-24, 2005.

5. Ваулин Ю.В., Инзарцев A.B., Матвиенко A.B., Павин A.M., Щербатюк А.Ф. Исследование работы элементов системы приведения автономного необитаемого подводного аппарата // Матер, междунар. науч.-техн. конф. «Технические проблемы освоения мирового океана». Владивосток, 14-17 сентября, 2005. Владивосток: Дальнаука, 2005, с. 40-45

6. A.M. Павин. Автоматическое приведение автономного подводного робота к гидроакустическому маяку // Подводные исследования и роботехника. 2008, №5 (1), с. 32-38.

7. Патент РФ №2460043

8. Патент РФ №2456634

Способ навигационного обеспечения автономных необитаемых подводных аппаратов при их стыковке с донной станцией с использованием гидроакустической навигационной системы с активным формированием диаграммы направленности, отличающийся тем, что для навигационного обеспечения приведения автономного необитаемого подводного аппарата к донной станции и его стыковки с приемным устройством донной станции используется одна и та же гидроакустическая навигационная система, формирующая лепестковую диаграмму направленности с изменяемой, в зависимости от дальности до автономного необитаемого подводного аппарата, частотой излучения гидроакустических сигналов, при сокращении расстояния между автономным необитаемым подводным аппаратом и донной станцией на определенное значение (менее 50 м) увеличивается частота излучения акустических сигналов гидроакустической навигационной системы, установленной на донной станции.
СПОСОБ НАВИГАЦИОННОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ АВТОНОМНЫХ НЕОБИТАЕМЫХ ПОДВОДНЫХ АППАРАТОВ
СПОСОБ НАВИГАЦИОННОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ АВТОНОМНЫХ НЕОБИТАЕМЫХ ПОДВОДНЫХ АППАРАТОВ
СПОСОБ НАВИГАЦИОННОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ АВТОНОМНЫХ НЕОБИТАЕМЫХ ПОДВОДНЫХ АППАРАТОВ
Источник поступления информации: Роспатент

Показаны записи 1-10 из 85.
20.01.2018
№218.016.10f5

Цифровой комплекс спутниковой системы связи

Изобретение относится к радиоэлектронным системам связи с использованием радиоизлучения при размещении станции в морском мобильном объекте и может быть использовано в качестве бортовой станции системы спутниковой связи. Технический результат – расширение функциональных возможностей на основе...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002633911
Дата охранного документа: 19.10.2017
10.05.2018
№218.016.4b39

Способ сплайн-фильтрации сигналов

Изобретение относится к области радиоэлектроники и гидроакустики, а именно к способам обнаружения, обработки сигнала при наличии помех. Изобретение заключается в реализации разработки оптимального метода обнаружения гидроакустического сигнала в условиях помех, описываемых нелинейными...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002651640
Дата охранного документа: 23.04.2018
10.05.2018
№218.016.4edf

Способ дистанционного минирования

Изобретение относится к способам поражения морских целей в отдаленных районах, в частности к способам применения морских мин, доставляемых в район минной постановки носителями-транспортировщиками и являющихся средствами дистанционного минирования. Задачей изобретения является разработка способа...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002652610
Дата охранного документа: 27.04.2018
16.06.2018
№218.016.62ec

Система для транспортировки объектов

Изобретение относится к водному транспорту и касается проводки объектов по внутренним водным путям. Предложена система для транспортировки объектов, содержащая транспортируемый объект, на корпусе которого смонтированы крепежные узлы, подъемные стропы, подъемно-транспортные понтоны, включающие...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002657618
Дата охранного документа: 14.06.2018
25.06.2018
№218.016.660b

Способ и устройство передачи дискретной информации для быстродвижущихся объектов

Изобретение относится к области специальной радиотехники и может быть использовано в цифровых системах связи для обмена информацией между быстродвижущимися объектами. Наличие доплеровского эффекта существенно снижает отношение сигнал/помеха на выходе системы, что особенно важно для...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002658649
Дата охранного документа: 22.06.2018
01.07.2018
№218.016.6932

Спасательное судно

Изобретение относится к области судостроения и касается вопросов создания судна, способного оказывать помощь личному составу аварийной подводной лодки (ПЛ), лежащей на грунте подо льдом. Спасательное судно с корпусом из материала ледового класса Arc9 включает в себя привязной спасательный...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002659317
Дата охранного документа: 29.06.2018
01.07.2018
№218.016.6967

Понтон для транспортировки объектов

Изобретение относится к понтонам, предназначенным для транспортировки объектов по внутренним водным путям, под мостами, эстакадами и мелководью. Понтон для транспортировки объектов содержит корпус, который разделен на балластные отсеки и воздушный ящик, системы затопления и осушения, кингстон с...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002659339
Дата охранного документа: 29.06.2018
01.07.2018
№218.016.69ae

Способ охраны подводного объекта

Способ охраны подводного объекта с применением подводного аппарата-охранителя (ПАО) заключается в подготовке ПАО к пуску путем проверки бортовой системы управления (БСУ), в которую вводят программу движения и задание. Осуществляют пуск ПАО с охраняемого объекта или носителя, включают БСУ в...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002659213
Дата охранного документа: 28.06.2018
08.07.2018
№218.016.6d56

Автокорреляционный демодулятор псевдослучайных сигналов с относительной фазовой модуляцией

Изобретение относится к технике телекоммуникаций и может быть применено для обработки дискретных сигналов с относительной фазовой модуляцией в системах с псевдослучайными сигналами в условиях организованных (преднамеренных) помех. Технический результат - повышение помехоустойчивости приема...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002660595
Дата охранного документа: 06.07.2018
08.07.2018
№218.016.6d63

Автокорреляционный демодулятор псевдослучайных сигналов с относительной фазовой модуляцией второго порядка

Изобретение относится к технике связи и может быть применено для обработки дискретных сигналов с относительной фазовой модуляцией второго порядка в системах с расширенным спектром (с псевдослучайными сигналами) при нестабильности несущей частоты и в условиях организованных (преднамеренных)...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002660594
Дата охранного документа: 06.07.2018
Показаны записи 1-10 из 50.
27.05.2013
№216.012.451c

Воздушная система турбонасосной установки гидравлического торпедного аппарата

Изобретение относится к пусковым гидравлическим торпедным аппаратам, в частности к воздушной системе турбонасосной установки. Воздушная система турбонасосной установки гидравлического торпедного аппарата содержит воздушную турбину, баллон сжатого воздуха, отсечной клапан и регулятор расхода...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002483269
Дата охранного документа: 27.05.2013
10.03.2014
№216.012.a9a4

Способ получения низкозастывающих зимних сортов топлив депарафинизацией

Изобретение относится к депарафинизации нефтепродуктов. Изобретение касается способа получения низкозастывающих зимних сортов топлив депарафинизацией нефтепродуктов путем смешения сырья с поверхностно-активным веществом, охлаждения до температуры депарафинизации с последующим выделением...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002509143
Дата охранного документа: 10.03.2014
20.03.2014
№216.012.ad7f

Электроискровой генератор энергии

Изобретение относится к энергетическим установкам, предназначенным для получения электрической энергии из газового электрического разряда. Техническим результатом является повышение стабильности, надежности и эффективности преобразования энергии при работе, который достигается за счет того, что...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002510130
Дата охранного документа: 20.03.2014
20.03.2014
№216.012.ad80

Импульсный электроискровой генератор энергии

Изобретение относится к электроэнергетике и может быть использовано в системах электроснабжения различных сфер народного хозяйства. Достигаемый технический результат - снижение затрат энергии от внешнего первичного источника электрической энергии. Импульсный электроискровой генератор энергии...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002510131
Дата охранного документа: 20.03.2014
20.06.2014
№216.012.d268

Роторный электрогидравлический двигатель

Изобретение относится к машиностроению, в частности к двигателям, работающим на основе электрогидравлического эффекта. Роторный электрогидравлический двигатель содержит корпус, электроды, размещенные в рабочих камерах, выполненных в форме усеченного конуса, большое основание которого сопряжено...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002519635
Дата охранного документа: 20.06.2014
10.08.2014
№216.012.e773

Роторный электрогидравлический двигатель

Изобретение относится к машиностроению, в частности к двигателям, работающим на основе электрогидравлического эффекта. Роторный электрогидравлический двигатель содержит корпус, набор размещенных в полости корпуса на диске рабочих камер с электродами, выполненных в форме усеченных конусов....
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002525044
Дата охранного документа: 10.08.2014
27.11.2014
№216.013.0abb

Трансзвуковой водометный движитель судна

Изобретение относится к судостроению, а именно к водометным движителям судов и других плавсредств. Трансзвуковой водометный движитель судна содержит входной и выходной водовод, ускоритель потока текучей среды. Входной водовод, выход которого соединен с входом ускорителя потока текучей среды,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002534155
Дата охранного документа: 27.11.2014
27.11.2014
№216.013.0bf3

Система стрельбы с гидравлическими торпедными аппаратами

Изобретение относится к военной технике, а именно к торпедным аппаратам. Система стрельбы с гидравлическими торпедными аппаратами содержит шаровые краны с пневмопроводами и управлением от электроклапанов, боевой баллон с возможностью подачи воздуха от корабельной системы воздуха высокого...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002534467
Дата охранного документа: 27.11.2014
10.02.2015
№216.013.2234

Уплотнение вала

Изобретение относится к области судостроения и может быть использовано на надводных судах и подводных объектах для уплотнения валов движительных установок, а также в машиностроении в качестве уплотнения вращающихся валов насосов, работающих, прежде всего в импульсных режимах с длительной...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002540209
Дата охранного документа: 10.02.2015
20.05.2015
№216.013.4c94

Импульсный источник напряжения

Изобретение относится к электротехнике и к импульсной силовой электронике, в частности к преобразователям постоянного напряжения в переменное - инверторам и регуляторам напряжения, и предназначено для использования в автономных системах электропитания и в электроприводах перспективных...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002551118
Дата охранного документа: 20.05.2015

Похожие РИД в системе

+ добавить свой РИД