СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ГЛУБИНЫ ПОГРУЖЕНИЯ ПРИВОДНЯЮЩЕГОСЯ ОБЪЕКТА Российский патент 2013 года по МПК G01S15/58 

Изобретение относится к области гидроакустики и может быть использовано для измерения глубины погружения приводняющегося объекта с использованием гидролокатора ближнего действия, установленного на движущемся носителе, относительно горизонта движения носителя.

Современное техническое развитие гидроакустической техники формирует необходимость дистанционного обнаружения приводняющихся объектов. Такими объектами могут быть сбрасываемые с самолетов или вертолетов гидроакустические буи, сбрасываемые необитаемые подвижные подводные аппараты различного назначения, устанавливаемые подводные стационарные маяки и др. Иногда эти постановки бывают легальными и согласованными, а в большинстве случаев противоправными, что влечет за собой необходимость обнаруживать нелегальную установку и ликвидировать ее. Именно этим объясняется необходимость обнаружения приводняющихся объектов и измерения параметров их движения.

Известен метод обнаружения объекта, находящегося вблизи подвижного носителя в водной среде, с использованием гидролокатора, установленного на этом носителе. Метод позволяют обнаруживать объект, измерять до него дистанцию и измерять направление на объект (Яковлев А.Н., Каблов Г.П. Гидролокаторы ближнего действия. Л.: Судостроение, 1983 г.).

Этот способ содержит излучение зондирующего сигнала, измерение времени задержки между излученным сигналом и принятым эхосигналом от объекта, определение дистанции до обнаруженного объекта по величине временной задержки и известной скорости распространения звука и определение направления прихода отраженного сигнала в горизонтальном направлении.

Однако способ не позволяют определить глубину погружения объекта.

Известен метод определения глубины погружения цели с использованием гидролокатора, описанный в работе (А.П.Сташкевич, «Акустика океана», Судостроение, Ленинград, 1966 г., стр.263). Способ содержит измерение дистанции до цели и угла, определяемого направлением характеристики направленности в вертикальной плоскости.

Способ содержит следующее операции:

- излучение зондирующего сигнала в момент времени t₁,

- прием эхосигнала от объекта,

- измерение временной задержки между моментами излучения зондирующего сигнала и приема эхосигнала,

- определение на момент времени t₁ дистанции D₁ до объекта по величине временной задержки и известной скорости распространения звука,

- измерение направления на цель в вертикальной плоскости;

- определение глубины погружения по формуле Н=DSin(α),

где D - измеренная дистанция до цели, α - угол между направлением движения носителя и направлением на цель в вертикальной плоскости.

Известен «Способ и устройство определения глубины подводного объекта» по патенту Японии №2708109 B2 от 04.02.98 г. по кл. C01S 15/10, который основан на том же принципе, что и предыдущий способ, но определение направления производится с использованием сканирования характеристики направленности в вертикальной плоскости при излучении зондирующего сигнала узкой характеристикой направленности.

Наиболее близким аналогом является способ определения глубины погружения объекта по патенту №2350983.

Способ содержит излучение зондирующего сигнала, прием эхосигнала и измерение дистанции D₁ на момент времени t₁. В момент времени t₁+Δt повторяют процедуру измерения дистанции до объекта, определяют дистанцию D₂ до объекта в момент времени t₁+Δt, определяют скорость движения носителя V_соб и глубину погружения объекта относительно горизонта движения носителя определяют по формуле

, где

, где

D₁ - дистанция до объекта в момент времени t₁,

D - дистанция до объекта на момент времени t₁+Δt,

Н - глубина погружения носителя гидролокатора,

V_соб - скорость перемещения носителя гидролокатора.

Недостатком данного способа является то, что с его помощью невозможно определить глубину и скорость погружения объекта, падающего в воду, поскольку способ предназначен для определения глубины погружения неподвижного объекта или объекта, перемещающегося с малой скоростью. В некоторых задачах практического использования гидролокаторов ближнего действия возникает необходимость дистанционного определения глубины и скорости перемещения приводняющегося (падающего и погружающегося в воду) объекта. В этом случае вертикальная и горизонтальная скорости перемещения могут быть значительными. Взаимное перемещение носителя гидролокатора и переменная глубина падающего в воде объекта не позволяют использовать способ-прототип при измерении глубины погружения приводняющегося объекта.

Техническим результатом предложенного способа является обеспечение возможности дистанционного измерения глубины погружения приводняющегося объекта и измерения скорости погружения объекта относительно горизонта движения носителя.

Указанный технический результат достигается тем, что в способ измерения глубины погружения объекта, содержащий излучение зондирующих сигналов гидролокатором, прием отраженных от объекта эхосигналов гидролокатором, измерение собственной скорости носителя гидролокатора и измерение дистанции до объекта, введены новые признаки, а именно: определяют дистанцию D₁ до приводняющегося объекта в момент прихода отраженного от него эхосигнала, вызванного первой посылкой зондирующего сигнала, излученного в момент времени t₁, определяют дистанцию D_n в момент окончания эхосигнала, вызванного n-й посылкой зондирующего сигнала, излученного в момент времени t₁+nT, а глубину погружения приводняющегося объекта в момент времени t₁+nT определяют по формуле , где Hn - глубина, измеренная в момент времени t₁+nT; Т - интервал времени между посылками зондирующих сигналов; V - скорость движения носителя гидролокатора, а скорость погружения объекта определяют по формуле:

V_n=(Hn-H₁)/nT.

Поясним достижения указанного технического результата.

Приводняющийся объект, как правило, имеет большую скорость падения и отрицательную плавучесть, поэтому при падении в воду он погружается и образует воздушную каверну, которая увлекается за падающим объектом. Таким образом, падающий объект погружается в воздушном мешке, окруженный пеленой пузырей. Сам падающий объект и пелена пузырей являются хорошими отражателями. При облучении зондирующими сигналами возникает отражение от пелены пузырей и от корпуса. Протяженный по длительности отраженный эхосигнал будет иметь начало, которое определяет минимальную дистанцию до приводняющегося объекта в момент его приводнения либо начала каверны, которая образуется при приводнении. Конец эхосигнала будет определять положения металлического корпуса, который погружается быстрее, чем пелена пузырей, следующая за ним. Начало первого эхосигнала определяет дистанцию приводнения, относительно которой начинается измерение. По второму и последующим эхосигналам определяется положение корпуса приводняющегося объекта, что фиксируется по положению конца эхосигнала, поскольку он расположен по дистанции дальше начала эхосигнала, которое соответствует точке приводнения. Лучшие результаты могут быть получены в том случае, если фиксируется момент приводнения. Если момент приводнения пропущен, то все равно можно проводить оценку глубины, но при этом будет иметь место смещение оценки глубины в сторону уменьшения. На оценку скорости приводняющегося объекта при его движении в воде отсутствие дистанции точного приводнения не скажется, поскольку скорость определяется разностью проходимого пути объектом при погружении. Процесс погружения приводняющегося объекта является кратковременным и зависит от веса, скорости падения и парусности объекта, что в момент обнаружения не известно. Поэтому представляет интерес определение скорости погружения и максимальной глубины погружения. По каждому зондирующему сигналу определяется глубина погружения в известное время излучения зондирующего сигнала и скорость погружения в это же время.

Сущность изобретения поясняется фиг.1, на которой приведена блок-схема устройства, реализующего способ.

Устройство, реализующее данный способ, содержит гидролокатор 1 ближнего действия, соединенный через блок 2 измерения дистанции в момент прихода эхосигнала с первым входом вычислителя 5, второй вход которого соединен с выходом блока 6 измерения собственной скорости носителя. Второй выход гидролокатора через блок 3 измерения дистанции в момент окончания эхосигнала соединен с третьим входом вычислителя 5, а четвертый вход вычислителя 5 соединен с выходом блока 4 управления, который связан двухсторонней связью с третьим выходом гидролокатора. Второй вход блока управления 4 соединен со вторым выходом блока 3 измерения дистанции в момент окончания эхосигнала.

Блок 2 является известным устройством, которое формирует порог измерения и определяет момент начала эхосигнала от приводняющегося объекта. Вопросы формирования порога и определения временного положения начала эхосигнала достаточно подробно рассмотрены в работе Б.Н.Митяшев. «Определение временного положения импульса при наличии помех». Сов. Радио, М., 1962 г.

Измеритель собственной скорости является известным устройством, которое используется в прототипе, и достаточно подробно рассмотрен в работе Ю.А.Корякин, С.А.Смирнов, Г.В.Яковлев. «Корабельная гидроакустическая техника». Санкт Петербург, Наука, 2004 г., стр.99.

Блок 5 может быть реализован на спецпроцессоре, который выполняют базовые алгоритмы обработки гидроакустических сигналов при работе в реальном времени с использованием аппаратных решений и жесткой логики вычислений (Ю.А. Корякин, С.А. Смирнов, Г.В. Яковлев. Корабельная гидроакустическая техника СПб.: Наука, 2004 г. Стр.278-297).

Описание способа целесообразно совместить с описанием работы реализующего способ устройства. С блока управления 4 поступает сигнал в гидролокатор 1 на формирование и излучение зондирующего сигнала. Эхосигнал, отраженный от приводняющегося объекта, принимается гидролокатором, обрабатывается и поступает на блок 2 измерения дистанции в момент начала эхосигнала. С выхода блока 2 измеренное значение временного положения начала эхосигнала, что соответствует дистанции приводнения, поступает в вычислитель 5. По команде с блока 4 управления формируется последующий зондирующий сигнал, который излучается гидролокатором 1, принимается последующий эхосигнал, обрабатывается гидролокатором и подается на блок 3 измерителя времени окончания эхосигнала, что соответствует дистанции до корпуса падающего объекта. На второй вход вычислителя 5 поступает с блока 6 гидроакустического измерителя собственной скорости оценка собственной скорости. С блока 4 управления в вычислитель 5 поступает время каждого зондирующего сигнала. Точность измерения глубины погружения определяется временем измерения дистанции и точностью измерения собственной скорости движения носителя. Как правило, точность измерения дистанции определяется разрешающей способностью используемого зондирующего сигнала и составляет величину порядка 1-го метра. Точность измерения собственной скорости на средних скоростях движения не превышает 0,2-0,5 узла. Отсюда следует, что точность измерения глубины погружения на дистанциях порядка 2-х километров будет находиться в пределах ±20% от измеряемой глубины. Скорость погружения объекта может достигать значительной величины, поскольку объект приводняется, имея значительную начальную скорость, определяемую массой объекта и высотой падения, поэтому скорость перемещения объекта в воде будет существенно больше собственной скорости движения и за время между зондирующими сигналами объект пройдет значительное расстояние, которое можно измерить. Для гидролокаторов ближнего действия характерно использование сигналов короткой длительности либо сложных сигналов, обладающих хорошей разрешающей способностью по дистанции. Дальность действия гидролокатора ближнего действия ограничивается дистанциями нескольких километров. Как правило, на этих дистанциях многолучевое распространение не оказывает существенного влияния на точность и однозначность полученных оценок. Таким образом, предложенный способ позволяет провести измерение глубины погружения приводняющегося объекта относительно горизонта движения носителя, на котором установлен гидролокатор. Это позволяет считать заявленный технический результат достигнутым.

Использование: для измерения глубины погружения приводняющегося объекта с использованием гидролокатора ближнего действия, установленного на движущемся носителе относительно горизонта его движения. Сущность: с помощью гидролокатора производят излучение зондирующих сигналов гидролокатором, прием отраженных от объекта эхосигналов гидролокатором, измерение собственной скорости носителя гидролокатора, определение дистанции D₁ до приводняющегося объекта в момент прихода отраженного от него эхосигнала, вызванного первой посылкой зондирующего сигнала, излученного в момент времени t₁, определение дистанции D_n в момент окончания эхосигнала, вызванного n-й посылкой зондирующего сигнала, излученного в момент времени t₁+nT, и определяют глубину погружения приводняющегося объекта в момент времени t₁+nT и скорость погружения объекта. Технический результат: обеспечение возможности дистанционного измерения глубины погружения приводняющегося объекта и измерения скорости погружения объекта относительно горизонта движения носителя. 1 ил.

Способ определения глубины погружения объекта, содержащий излучение зондирующих сигналов гидролокатором, прием отраженных от объекта эхосигналов гидролокатором, измерение собственной скорости носителя гидролокатора и измерение дистанции до объекта, отличающийся тем, что определяют дистанцию D₁ до приводняющегося объекта в момент прихода отраженного от него эхосигнала, вызванного первой посылкой зондирующего сигнала, излученного в момент времени t₁, определяют дистанцию D_n в момент окончания эхосигнала, вызванного n-й посылкой зондирующего сигнала, излученного в момент времени t₁+nT, а глубину погружения приводняющегося объекта в момент времени t₁+nT определяют по формуле
,
где H_n - глубина, измеренная в момент времени t₁+nT; Т - интервал времени между посылками зондирующих сигналов; V - скорость движения носителя гидролокатора, а скорость погружения объекта определяют по формуле
V_n=(H_n-H₁)/nT.