×
21.03.2020
220.018.0ef3

Способ позиционирования подводных аппаратов

Вид РИД

Изобретение

Юридическая информация Свернуть Развернуть
№ охранного документа
0002717161
Дата охранного документа
18.03.2020
Краткое описание РИД Свернуть Развернуть
Аннотация: Изобретение относится к способам навигации автономных подводных аппаратов (ПА), конкретно к гидроакустическим способам определения местонахождения ПА с использованием подводных акустических маяков (AM). Решаемая техническая проблема - повышение качества подводного позиционирования ПА. Технический результат - уменьшение стоимости, увеличение времени и надежности функционирования AM, повышение скрытности позиционирования ПА. Указанный технический результат достигается тем, что вместо активного AM, излучающего гидроакустические сигналы, используется пассивный AM в виде водозаполненной синтетической сферической оболочки, оснащенной рымом, за который пассивный акустический маяк подвешивается во время заполнения синтетической сферической оболочки водой, клапаном, через который осуществляется накачка синтетической сферической оболочки водой, якорем и якорь-тросом, при этом синтетическая сферическая оболочка имеет полости, заполненные микросферами, содержащими воздух. Распознавание AM на фоне других отражающих объектов осуществляется путем определения и сравнения с пороговыми значениями его скорости, отстояния от дна, горизонтальной геометрической протяженности и коэффициента отражения. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.
Реферат Свернуть Развернуть

Изобретение относится к способам навигации автономных подводных аппаратов (ПА), конкретно к гидроакустическим способам определения местонахождения ПА с использованием подводных акустических маяков (AM).

Известен ряд гидроакустических способов позиционирования ПА с использованием AM [1-10]. Все эти способы объединяет наличие одного или нескольких AM с известными координатами, излучающих либо переизлучающих гидроакустические сигналы. Эти AM могут располагаться на дне (донные маяки-ответчики - ДМО), на дрейфующих буях, оборудованных приемниками сигналов глобальной навигационной системы, на надводных судах. Достоинством этих способов является простота и высокая точность позиционирования ПА, а недостатком - высокая стоимость реализации этих способов вследствие высокой стоимости AM, а также ограниченный срок действия, что обусловлено в случае автономных AM (ДМО и буев) ограниченным ресурсом их аккумуляторных батарей (АБ).

В качестве прототипа выберем способ позиционирования ПА, описанный в [1, с. 174]. Существо способа-прототипа поясняется на фиг. 1. В некоторой точке моря с известными координатами устанавливается AM (например, в виде ДМО или заякоренного, либо дрейфующего буя) с гидроакустическим излучателем, периодически излучающим сигнал в строго определенные моменты времени. ПА принимает эти сигналы, при помощи пассивной гидроакустической станции (ГАС) определяет пеленг на AM Рм и наклонную дистанцию до AM Rнакл (последнюю по разности времени приема сигнала и планового времени излучения сигнала, умноженной на скорость звука в воде). С использованием измеренных Рм и Rнакл и известных отстояний от дна AM Нм и ПА НПА, а также координат AM Xм, Yм в некоторой местной декартовой системе координат, в которой ось Y совпадает с направлением на север, а ось X - на восток, вычисляются координаты ПА ХПА, YПА в той же системе координат по формулам:

Недостатками способа-прототипа являются:

- высокая стоимость AM (вследствие наличия гидроакустического излучателя и стабилизированных часов);

- ограниченное время функционирования AM (вследствие ограниченной емкости АБ);

- ограниченная надежность AM (вследствие наличия большого числа радиоэлементов);

- излучение гидроакустических сигналов осуществляет акустическую подсветку ПА и тем самым демаскирует его. Кроме того, демаскирующим фактором является сам факт установки активного AM в конкретном месте.

Технический результат заявляемого изобретения - уменьшение стоимости, увеличение времени и надежности функционирования AM, повышение скрытности позиционирования ПА.

Указанный технический результат достигается тем, что вместо активного AM, излучающего гидроакустические сигналы, используется пассивный AM, удовлетворяющий следующим требованиям:

- координаты AM должны быть известны с высокой точностью;

- AM должен надежно обнаруживаться и распознаваться.

Выполнение первого требования трудностей не вызывает: координаты AM фиксируются при его установке при помощи глобальной навигационной системы или каким-либо другим способом.

Трудности вызывает второе требование, поскольку обнаружение и распознавание пассивного AM необходимо осуществлять в активном режиме работы ГАС ПА на фоне многочисленных донных объектов естественного (камни, неровности дна) и искусственного (мусор, оставленный кораблями, следы кораблекрушений) происхождения. Т.е. пассивный AM, помимо того, что он должен быть заметен на фоне отражений зондирующих сигналов (ЗС) от дна, он должен иметь отличительные признаки от других донных объектов.

С учетом этого замечания предлагается в качестве пассивного AM использовать сферическую оболочку из синтетического материала, заполненную водой. Аналогичное техническое решение использовано в патенте [11], где водозаполненная оболочка выступает в качестве звукопрозрачной гидроакустической антенны. Поскольку в заявляемом изобретении сферическая оболочка должна быть звукоотражающей для обеспечения ее обнаружения в активном режиме работы ГАС ПА, она изготавливается с полостями, заполненными микросферами, содержащими воздух. Причем размер микросфер и плотность заполнения ими полостей в сферической оболочке подбираются такими, чтобы коэффициент отражения от них ЗС на частоте работы гидролокатора был достаточно большим. Воздух, содержащийся в микросферах, кроме повышения коэффициента отражения ЗС, придает водозаполненной сфере положительную плавучесть, что позволяет, оборудовав AM якорем и якорь-тросом, установить его на некотором расстоянии от дна. Если положительной плавучести сферы за счет микросфер будет недостаточно, то к верхней части сферы крепится дополнительная плавучесть. Диаметр сферы может варьироваться в пределах от 1 м до 5 м. Конкретное значение диаметра должно рассчитываться, исходя из заданной дальности ее обнаружения в активном режиме работы ГАС ПА.

Внешний вид предлагаемого пассивного AM приведен на фиг. 2.

Цифрами обозначены:

1 - водозаполненная сферическая оболочка из синтетического материала;

2 - клапан, через который осуществляется накачка сферической оболочки водой перед установкой AM на позицию;

3 - якорь-трос;

4 - якорь;

5 - рым для подвешивания AM для накачки сферической оболочки водой.

AM доставляется в точку установки на судне. В точке установки AM за рым с использованием кран-балки, оборудованной управляемым захватом, вывешивается за бортом судна. Затем при помощи насоса, подключенного к клапану AM, сферическая оболочка заполняется водой, после чего AM погружается в воду. Когда сферическая оболочка полностью оказывается в воде, захват на кран-балке открывается, и AM погружается на дно. Место установки AM наносится на карту.

Распознавание AM описанной конструкции в активном режиме работы ГАС ПА может осуществляться по ряду признаков:

- по его неподвижности (что отличает AM от подвижных морских отражающих объектов);

- по известному отстоянию AM от дна (что отличает его от донных объектов различного происхождения);

- по его известным геометрическим размерам (что отличает AM от затонувших кораблей и других габаритных донных объектов);

- по известной величине коэффициента отражения ЗС на частоте работы ГАС ПА.

Достоинствами AM описанной конструкции являются:

- неограниченное время функционирования;

- высокая надежность;

- относительно низкая стоимость;

- отсутствие демаскирования ПА в процессе позиционирования.

Реализация заявляемого способа выглядит следующим образом (фиг. 3).

1) Пассивные AM описанной конструкции заблаговременно устанавливаются вдоль заданного маршрута движения ПА. Точные координаты каждого установленного AM, включая геометрические размеры, величину отстояния от дна, а также коэффициент отражения на частоте ЗС и расчетная дальность обнаружения AM в активном режиме работы ГАС ПА записываются в память системы управления (СУ) ПА.

2) При движении ПА по заданному маршруту СУ ПА извлекает из памяти характеристики следующего по маршруту AM и периодически вычисляет текущее расстояние до него Rм. Как только вычисленное расстояние R, увеличенное на возможную ошибку счисления пути, станет равным хранящейся в памяти СУ расчетной дальности обнаружения AM, СУ выдает команду на включение активного режима ГАС и обнаружение отражающих объектов.

3) При обнаружении каждого отражающего объекта ГАС производит его классификацию. Классификация осуществляется путем определения следующих характеристик обнаруженного объекта:

- скорости объекта V, измеряемой по доплеровскому смещению частоты эхосигнала относительно частоты ЗС, а также по результатам траекторного анализа объекта;

- отстояния обнаруженного объекта от дна ΔНрасч, которое рассчитывается по формуле

где ΔНПА - измеренная эхолотом глубина под килем ПА, м;

R - измеренное ГАС наклонное расстояние до ПА, м;

ψ - измеренный ГАС угол в вертикальной плоскости прихода отраженного сигнала (с плюсом - выше горизонта, с минусом - ниже), град;

- горизонтальной геометрической протяженности объекта ΔL, определяемой по формуле

где Δψгор - угловая протяженность эхосигнала.

- коэффициента отражения ЗС Kрасч, который рассчитывается по формуле [12]

где РЗС - давление ЗС в его полосе частот на оси характеристики направленности излучающей антенны на расстоянии 1 м от нее, Па;

РЭС - давление эхосигнала (ЭС) в его полосе частот, приведенное ко входу приемной антенны, Па;

β - коэффициент пространственного затухания на частоте ЗС, дБ/км.

Рассчитанные значения V, ΔНрасч, ΔL и Kрасч с использованием заданных пороговых значений сравниваются со своими истинными значениями, хранящимися в памяти СУ. По результату сравнения принимается решение, является обнаруженный объект искомым AM или неким посторонним объектом.

4) Если принято решение, что обнаруженный объект является искомым AM, вычисляются координаты ПА по формуле

Реализуемость и эффективность заявляемого способа подтверждены путем разработки макета AM описанной конструкции и измерения его акустических характеристик в гидроакустическом бассейне.

Таким образом, заявленный технический результат - уменьшение стоимости, увеличение времени и надежности функционирования AM, повышение скрытности позиционирования ПА - можно считать достигнутым.

Источники информации

1. Справочник штурмана под ред. В.Д. Шандабылова. - М.: Воениздат, 1968, 540 с.

2. Kinsey J.C., Eustice R.M., Whitcomb L.L. A Survey of Underwater Vehicle Navigation: Recent Advances and new Challenges. - IFAC Conference on maneuvering and control of marine craft, 2006, Lisbon, Portugal.

3. Малеев П.И. Проблемы средств навигации АНПА и возможные пути их решения // Навигация и гидрография, 2015, №39. - С. 7-11.

4. Кебкал К.Г., Машошин А.И. Гидроакустические методы позиционирования автономных необитаемых подводных аппаратов. - Гироскопия и навигация, 2016, том 24, №3 (94), с. 115-130.

5. Дубровин Ф.С., Щербатюк А.Ф. Исследование некоторых алгоритмов одномаяковой мобильной навигации АНПА: результаты моделирования и морских испытаний // Гироскопия и навигация. - 2015 / - №4. - С. 160-170.

6. Милн П.Х. Гидроакустические системы позиционирования. - Л.: Судостроение, 1989.

7. Патент RU 2459346 с приоритетом от 11.07.2011 г. Способ позиционирования подводных объектов.

8. Патент US 2003078706 с приоритетом от 03.09.2002 г. Methods and systems for navigating under water.

9. Патент JP 2005269378 с приоритетом от 19.03.2004 г. Marine information providing buoy for underwater, marine information communication system using the same and data management center for marine information communication.

10. Патент CN 100495066 с приоритетом от 16.12.2003 г. Underwater GPS positioning navigation method and system without high stable frequency scale.

11. Патент RU 2535639 с приоритетом от 21.08.2013. Бескорпусная гидроакустическая антенна.

12. Урик Р. Дж. Основы гидроакустики. - Л.: Судостроение, 1978.


Способ позиционирования подводных аппаратов
Способ позиционирования подводных аппаратов
Способ позиционирования подводных аппаратов
Способ позиционирования подводных аппаратов
Источник поступления информации: Роспатент

Показаны записи 1-10 из 174.
13.01.2017
№217.015.88dc

Одномодовый плазмонный волновод

Изобретение относится к плазмонной интегральной оптике и может быть использовано при конструировании компонентов плазмонных устройств различного назначения. Одномодовый плазмонный волновод, выполненный в виде заполненного диэлектриком протяженного V-образного канала в пленке металла на...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002602737
Дата охранного документа: 20.11.2016
25.08.2017
№217.015.b204

Квантовый генератор случайных чисел

Изобретение относится к квантовым генераторам случайных чисел и может быть использовано в криптографии. Техническим результатом является повышение качества, степени надежности и скорости генерации. Устройство содержит источник фотонов, однофотонный детектор, измеритель времени, задающий...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002613027
Дата охранного документа: 14.03.2017
25.08.2017
№217.015.b401

Генератор плазмонных импульсов терагерцовой частоты

Изобретение относится к технике генерации импульсов терагерцовой частоты. Генератор плазмонных импульсов терагерцовой частоты включает спазер в режиме пассивной модуляции добротности на основе активной среды, помещенной в резонансную структуру, образованную в тонкой пленке металла, размещенной...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002613808
Дата охранного документа: 21.03.2017
25.08.2017
№217.015.c0b4

Устройство для изготовления интегральной оптической волноводной структуры

Изобретение относится к области изготовления трехмерных интегральных оптических волноводных структур. Устройство для изготовления интегральной оптической волноводной структуры в оптически прозрачном образце с показателем преломления n, включающее в себя трехмерную систему перемещения...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002617455
Дата охранного документа: 25.04.2017
25.08.2017
№217.015.d079

Устройство для сейсмической разведки

Изобретение относится к области геофизики и может быть использовано для проведения подводной многомерной сейсмической разведки на акваториях, покрытых льдом. Устройство для сейсмической разведки снабжено буксируемой капсулой. Капсула состоит из правого и левого бортов, в которых на специальных...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002621272
Дата охранного документа: 01.06.2017
25.08.2017
№217.015.d304

Способ подводной сейсмической разведки

Изобретение относится к области геофизики и может быть использовано для поиска и уточнения строения месторождений углеводородов и других полезных ископаемых на акваториях, покрытых льдом круглогодично или большую часть года, и повышения эффективности процесса их освоения. При реализации...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002621638
Дата охранного документа: 06.06.2017
25.08.2017
№217.015.d32a

Сеть квантового распределения ключей

Изобретение относится к области сетевой волоконно-оптической квантовой криптографии - к защищенным информационным сетям с квантовым распределением криптографических ключей. Технический результат - создание сети с возможностью реконфигурации, а также обладающей большей выживаемостью при потере...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002621605
Дата охранного документа: 06.06.2017
26.08.2017
№217.015.de15

Подводный буровой модуль для бурения нефтяных и газовых скважин

Изобретение относится к горной промышленности, в частности к буровым модулям, предназначенным для бурения нефтяных и газовых скважин на шельфах морей. Подводный буровой модуль, имеющий открытую рамную конструкцию, включает буровую вышку с вертикальными направляющими для бурильной машины,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002624841
Дата охранного документа: 07.07.2017
26.08.2017
№217.015.e62e

Система детектирования одиночных фотонов

Изобретение относится к области оптического приборостроения и касается системы детектирования одиночных фотонов. Система включает в себя приемный модуль с приемной зоной, блок ориентации, оптический модуль и световод, который имеет оболочку с первым и вторым окончаниями и сердцевину с первым и...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002627025
Дата охранного документа: 02.08.2017
29.12.2017
№217.015.f0bd

Композиция для получения полупроницаемой пористой мембраны

Изобретение относится к составу формовочного раствора для получения нетканого материала методом электроформования и может использоваться для получения водоупорной, воздухо-, паропроницаемой мембраны, а также регулирования комплекса эксплуатационных свойств мембранного материала. Композиция...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002638981
Дата охранного документа: 19.12.2017
Показаны записи 1-10 из 37.
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
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
27.11.2014
№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
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
30.08.2018
№218.016.817a

Способ измерения скорости судна доплеровским лагом

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...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002665345
Дата охранного документа: 29.08.2018
+ добавить свой РИД