СЕТЬ ДЛЯ МОНИТОРИНГА АКВАТОРИИ Российский патент 2013 года по МПК G01V1/38 H04B11/00 

Изобретение относится к области приборостроения и может быть использовано в системах мониторинга акваторий для обеспечения сбора и передачи данных.

Известна система мониторинга акватории, включающая как минимум два автономных подводных аппарата, снабженные средствами фиксации контролируемых параметров водной среды, навигационными средствами, выполненными с возможностью фиксации местоположения аппарата в пространстве и средствами синхронизации измерений во времени, включающими средства передачи данных (см. US №5894450, 1999)

Недостаток этого решения - необходимость использования значительного числа аппаратов для обеспечения достаточно надежного качества мониторинга акватории, при невозможности одновременного снятия замеров четко привязанных к определенным точкам пространства акватории и невозможности повторения этих замеров именно в этих же точках, по прошествии времени.

Известна также сеть для мониторинга акватории, выполненная с возможностью обмена информацией с внешним ее приемником, образованная заякоренными гидроакустическими буями, обладающими положительной плавучестью, снабженными системой контроля и управления, средствами фиксации контролируемых параметров водной среды и гидроакустическими модемами (см. US №5303207, 1994).

Недостатками данного технического решения является жесткая фиксация буев на заданной глубине, что не позволяет минимизировать их количество на акватории, которое принимают из расчета наихудших гидролого-акустических условий и, как следствие, к повышению плотности установки буев, т.е. уменьшению расстояния между абонентами системы. Тем самым повышается трудоемкость мониторинга и материалоемкость.

Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение является уменьшение плотности установки и увеличение фактической дальности передачи данных по гидроакустическому каналу.

Техническим результатом, обеспечиваемым приведенной совокупностью признаков, является увеличение фактической дальности передачи данных по гидроакустическому каналу связи. Кроме того, снижается плотность установки буев, тем самым снижается трудоемкость мониторинга.

Данная задача решается за счет того, что сеть для мониторинга акватории, выполненная с возможностью обмена информацией с внешним ее приемником, образованная заякоренными гидроакустическими буями, обладающими положительной плавучестью, снабженными системой контроля и управления, средствами фиксации контролируемых параметров водной среды и гидроакустическими модемами, отличается тем, что гидроакустические буи удалены друг от друга на расстояния соответствующие максимально допустимой для данного района дальности приема-передачи по гидроакустическому каналу, при этом система контроля и управления каждого буя снабжена средствами измерения скорости звука на различной глубине участка акватории подвергающегося мониторингу, с возможностью управления глубиной погружения буя, который снабжен средствами изменения его местоположения по глубине акватории, при этом каждый гидроакустический буй установлен с возможностью информационного обмена по гидроакустическому каналу, по меньшей мере, с одним из буев сети, причем, по меньшей мере, один из заякоренных гидроакустических буев сети выполнен с возможностью обмена по радиоканалу с внешним приемником информации.

Сопоставительный анализ признаков заявленного решения с признаками прототипа и аналогов свидетельствует о соответствии заявленного решения критерию «новизна».

Признаки отличительной части формулы изобретения обеспечивают решение следующих функциональных задач.

Признаки «…гидроакустические буи удалены друг от друга на расстояния соответствующие максимально допустимой для данного района дальности приема-передачи по гидроакустическому каналу…» позволяют снизить плотность установки буев в сети, тем самым снизить трудоемкость мониторинга и материальные затраты на измерительную сеть.

Признаки «…система контроля и управления каждого буя снабжена средствами измерения скорости звука на различной глубине участка акватории подвергающегося мониторингу…» позволяют получать вертикальное распределение скорости звука в точке установки буя и выявить участки по глубине акватории где дальность действия гидроакустического канала максимальна.

Признаки, указывающие, что система контроля и управления буем выполнена «с возможностью управления глубиной погружения буя, который снабжен средствами изменения его местоположения по глубине акватории» обеспечивают возможность вывода каждого буя на глубину оптимальную для обмена информацией по гидроакустическому каналу.

Признаки «…каждый гидроакустический буй установлен с возможностью информационного обмена по гидроакустическому каналу, по меньшей мере, с одним из буев сети…» обеспечивают возможность объединения буев в сеть и возможность организации радиообмена с внешним приемником через один из буев сети.

Признаки «…по меньшей мере один из заякоренных гидроакустических буев сети выполнен с возможностью обмена по радиоканалу с внешним приемником информации…» обеспечивают радиообмен с внешним приемником через один из буев сети.

Сущность изобретения поясняется чертежами, при этом на фиг.1 схематически показан элемент сети в вертикальном разрезе, на фиг.2 схематически показана расстановка буев по площади участка акватории подвергающегося мониторингу.

На чертежах показана сеть для мониторинга акватории, включающая гидроакустические буи 1, скрепленные тросами 2 с якорями 3.

Буи оснащены комплектом измерительной аппаратуры 4, системой контроля и управления 5, гидроакустическим модемом 6, источником питания 7 (по меньшей мере один из буев 1 дополнительно оснащен радиопередатчиком 8). Кроме того показаны средство 9 измерения скорости звука (выход измерительного сигнала которого связан с одним из входов системы контроля и управления 5) и средство 10 изменения глубины погружения буя. Кроме того, показан гидроакустический канал 11 между буями 1, внешний приемник информации 12.

Буи 1 выполнены в виде герметичного корпуса имеющего герметизированные технологические выводы для выхода различных датчиков, вывода питания к ним, люки для замены источника питания 7 и т.п.

В качестве средства 10 изменения глубины погружения буя 1 используется лебедка, выполненная с возможностью сматывания-наматывания троса 2 (выполненного известным образом, например плетением стальной проволоки), и размещенная в нижнем отсеке (гидроакустический канал 11) буя 1. Ее управление осуществляется от системы контроля и управления 5, а питание - от бортового источника питания 7.

Комплект измерительной аппаратуры 4 включает известные средства, обеспечивающие проведение необходимого комплекса гидрологических и/или гидрофизических и/или гидрохимических измерений. Система контроля и управления 5 буем 1, выполнена известным образом, с использованием известной элементной базы и обеспечивает проведение замеров (фиксации контролируемых параметров водной среды) и преобразование их результатов из аналоговой в цифровую форму, а также и управление работой гидроакустического модема 6 (при наличии в буе радиопередатчика 8 управление его работой также осуществляет система контроля и управления 5).

В качестве средства 9 измерения скорости звука используют комплекс, включающий связанные с блоком обработки сигналов (на чертежах не показан) системы контроля и управления 5, измерители времени и обратимый преобразователь (преобразователь, который может работать в качестве гидрофона или излучателя). При этом измерение скорости звука осуществляется известным образом - гидрофон излучает гидроакустический импульс и принимает отраженный сигнал от закрепленного на известном расстоянии отражателе, при этом также известным образом фиксируется время излучения и приема импульса.

Заявленное изобретение реализуют следующим образом.

Предварительно, в пределах участка акватории, подлежащего мониторингу, известным образом определяют скорость распространения звука по горизонтали на различной глубине. Это позволяет определить предельные расстояния между буями 1, с учетом среднестатистической изменчивости поля скорости звука в данном районе.

Далее известным образом на дне акватории устанавливают буи 1, задавая глубину их погружения от поверхности (задавая длину троса 2 на участке между ним и якорем 3).

Затем известным образом, по заранее заданной программе, отрабатываемой системой контроля и управления 5, с использованием комплекта измерительной аппаратуры 4, проводят комплекс гидрологических и/или гидрофизических и/или гидрохимических измерений и известным образом (посредством системы контроля и управления 5) фиксируют контролируемые параметры водной среды и преобразуют их из аналоговой в цифровую форму.

Перед передачей измерительной информации по гидроакустическому каналу, в соответствии с заранее заданной программой, отрабатываемой системой контроля и управления 5 (или по внешним управляющим сигналам) средство 9 измерения скорости звука выполняет измерение вертикального распределения скорости звука в точке установки буя с перемещением буя 1 по тросу 2 с помощью средства 10 изменения глубины погружения. Полученные измерительные данные известным образом преобразуются в цифровую форму и передаются в блок обработки сигналов системы контроля и управления 5, где выполняются гидроакустические расчеты и определяется оптимальная глубина для приема и передачи данных гидроакустическим модемом 6 по гидроакустическому каналу 11. Эта операция осуществляется на всех буях измерительной сети.

При этом если комплекс гидрофизических исследований сразу включает измерение вертикального распределения скорости звука на площади участка акватории подлежащего мониторингу, измерительная операция не нужна - сразу осуществляется выбор оптимальной глубины гидроакустического канала.

Далее, по команде системы контроля и управления 5, с помощью средства 10 изменения глубины погружения, буй 1 выводят на глубину от поверхности, оптимальную по дальности передачи по гидроакустическому каналу и по гидроакустическому модему 6 связываются с соседними буями 1 (или буем 1), которые выводят на эту же глубину от поверхности, и передают им измерительную информацию. Таким образом, достигается взаимное расположение устройств 1 максимально компенсирующее влияние параметров гидроакустического канала 11 на работу гидроакустических модемов 6, за счет чего достигается увеличение фактической дальности действия всей системы гидроакустической связи. Далее, информация собранная с буев 1 связанных гидроакустическим каналом 11 с буем 1, снабженным радиопередатчиком 8, известным образом по радиоканалу передается на внешний приемник информации 12.

Использование: изобретение относится к области приборостроения и может быть использовано в системах мониторинга акваторий для обеспечения сбора и передачи данных. Сущность: сеть для мониторинга акватории выполнена с возможностью обмена информацией с внешним ее приемником, образована заякоренными гидроакустическими буями, обладающими положительной плавучестью, снабженными системой контроля и управления, средствами фиксации контролируемых параметров водной среды и гидроакустическими модемами. Гидроакустические буи удалены друг от друга на расстояния, соответствующие максимально допустимой для данного района дальности приема-передачи по гидроакустическому каналу, при этом система контроля и управления каждого буя снабжена средствами измерения скорости звука на различной глубине участка акватории, подвергающегося мониторингу, с возможностью управления глубиной погружения буя, который снабжен средствами изменения его местоположения по глубине акватории, при этом каждый гидроакустический буй установлен с возможностью информационного обмена по гидроакустическому каналу, по меньшей мере, с одним из буев сети, причем, по меньшей мере, один из заякоренных гидроакустических буев сети выполнен с возможностью обмена по радиоканалу с внешним приемником информации. Технический результат: увеличение фактической дальности передачи данных по гидроакустическому каналу связи. 2 ил.

Сеть для мониторинга акватории, выполненная с возможностью обмена информацией с внешним ее приемником, образованная заякоренными гидроакустическими буями, обладающими положительной плавучестью, снабженными системой контроля и управления, средствами фиксации контролируемых параметров водной среды и гидроакустическими модемами, отличающаяся тем, что гидроакустические буи удалены друг от друга на расстояния, соответствующие максимально допустимой для данного района дальности приема-передачи по гидроакустическому каналу, при этом система контроля и управления каждого буя снабжена средствами измерения скорости звука на различной глубине участка акватории, подвергающегося мониторингу, с возможностью управления глубиной погружения буя, который снабжен средствами изменения его местоположения по глубине акватории, при этом каждый гидроакустический буй установлен с возможностью информационного обмена по гидроакустическому каналу, по меньшей мере, с одним из буев сети, причем, по меньшей мере, один из заякоренных гидроакустических буев сети выполнен с возможностью обмена по радиоканалу с внешним приемником информации.