Способ позиционирования надводного/подводного объекта при его проходе по заданному фарватеру Российский патент 2020 года по МПК G01S15/08 

Изобретение относится к области техники радиотехнических средств позиционирования, основано на измерениях расстояний под водой и может быть использовано, например, для позиционирования надводных/подводных объектов в локальных навигационных системах при управлении их движением.

Известны амплитудные способы измерения дальности (см., например, кн. Справочник по основам радиолокационной техники / под ред. В. В. Дружинина. — М.: Воен. Издат, 1967). Однако амплитудные способы измерения дальности имеют большую погрешность.

Наиболее близким по технической сущности к предполагаемому изобретению является способ измерения дальности, с его модификациями, описанный в Патентах на изобретение № 2657016, № 2679000 и № 2697861 Россия, МПК G01S 15/08, G01S 13/32, СПК G01S 15/08.

По способу измерения дальности, описанному в патенте № 2679000 в измерительной станции генерируют непрерывные электрические колебания с известной фиксированной частотой $$f_1$$, при этом непрерывные электрические колебания подают на вход передающей рамочной магнитной антенны, которую устанавливают на измерительной станции и излучают, таким образом, в направлении объекта, расстояние до которого необходимо измерить, переменное магнитное поле, после чего на другом конце измерительной трассы переменное магнитное поле улавливают приемной рамочной магнитной антенной, которую устанавливают на контролируемом объекте, после чего принятые непрерывные электрические колебания усиливают и подают на вход передающего акустического преобразователя, который устанавливают на контролируемом объекте, и излучают, таким образом, акустическую волну, после чего акустическую волну улавливают приемным акустическим преобразователем, который устанавливают на измерительной станции, после чего измеряют и фиксируют разность фаз $$\Delta {\phi }_{\text{m1}}$$ между непрерывными электрическими колебаниями, формируемыми на выходе генератора непрерывных электрических колебаний и на выходе приемного акустического преобразователя, после чего генерируют непрерывные электрические колебания с известной фиксированной частотой $$f_2$$ и повторяют всю процедуру излучения, приема переменного магнитного поля и акустической волны, а также измеряют и фиксируют разность фаз $$\Delta {\phi }_{\text{m2}}$$ между непрерывными электрическими колебаниями, формируемыми на выходе генератора непрерывных электрических колебаний и на выходе приемного акустического преобразователя, после чего определяют разность фаз $$\Delta \phi =\Delta {\phi }_{\text{m1}}-\Delta {\phi }_{\text{m2}}$$, при этом расстояние между передающим акустическим преобразователем, установленным на контролируемом объекте, и приемным акустическим преобразователем, установленным на измерительной станции, определяют по формуле:

$$D=\frac{\Delta \phi c_a}{2\pi \left(f_1-f_2\right)}$$ ,

где $$c_a$$ — скорость звука в среде распространения, причем место размещения передающей и приемной рамочных магнитных антенн не имеет значения.

Однако указанный способ измерения дальности может быть реализован на ограниченных дистанциях, и между одной измерительной станцией и одним контролируемым объектом. Ограниченная дальность действия определяется быстрым затуханием переменного магнитного поля при его распространении на известное расстояние. Степень затухания переменного магнитного поля обратно пропорциональна кубу расстояния распространения. При ограниченной и приемлемой энергетике этой линии связи, задаваемой напряженностью излученного переменного магнитного поля, определяемой, в свою очередь, мощностью передатчика и параметрами передающей рамочной магнитной антенны измерительной станции, а также параметрами приемной рамочной магнитной антенной и чувствительностью приемника ретрансляторной станции, расстояние, на котором можно уловить и использовать по назначению переменное магнитное поле исчисляется сотней метров или около того. Кроме того, для прохода по заданному фарватеру необходимо контролировать расстояния до нескольких реперных точек, которые могут быть расположены друг от друга на расстояниях много больше, чем сотня метров. Длина контролируемого фарватера может исчисляться километром и более. Таким образом, использовать описанный способ измерения дальности для позиционирования надводного/подводного объекта при его проходе по заданному фарватеру не представляется возможным.

Целью настоящего изобретения является реализация возможности позиционирования надводного/подводного объекта при его проходе по заданному фарватеру. Поставленная цель достигается тем, что по способу позиционирования надводного/подводного объекта при его проходе по заданному фарватеру первоначально на измерительной станции контролируемого объекта генерируют непрерывные электрические колебания с известной фиксированной звуковой частотой $$f_1$$, при этом эти непрерывные электрические колебания звуковой частоты подают первый вход измерителя разности фаз и на сигнальный вход амплитудного модулятора, при этом на модуляционный вход амплитудного модулятора подают непрерывные электрические колебания субтоновой частоты $$F_1$$, которые также генерируют на измерительной станции, причем значение субтоновой частоты $$F_1$$ соответствует номеру первой ретрансляторной станции, расстояние до которой необходимо измерить, и формируют, таким образом, электрический сигнал звуковой частоты $$f_1$$, модулированный по амплитуде сигналом субтоновой частоты $$F_1$$ с неглубоким уровнем модуляции, при этом сигнал с выхода амплитудного модулятора подают на вход передающей рамочной магнитной антенны, которую устанавливают на измерительной станции и излучают, таким образом, в широком секторе углов переменное магнитное поле звуковой частоты $$f_1$$, после чего на другом конце измерительной трассы, в нескольких ее точках переменное магнитное поле одновременно улавливают несколькими приемными рамочными магнитными антеннами, которые устанавливают в нескольких точках по пути следования контролируемого объекта в заданном фарватере, причем места установки приемных рамочных магнитных антенн не обязательно должны совпадать с местами установки ретрансляторных станций, расстояния до которых необходимо измерить и которые определяют заданный фарватер, причем расстояние между соседними приемными рамочными магнитными антеннами устанавливают в соответствии с заданной энергетикой линии связи, использующей для связи переменное магнитное поле звуковой частоты, причем приемные рамочные магнитные антенны устанавливают как вдоль заданного фарватера, так и поперек его, и покрывают, тем самым, всю необходимую площадь уверенного приема сигнала передающей рамочной магнитной антенны измерительной станции хотя бы одной приемной рамочной магнитной антенной, после чего принятые всеми приемными рамочными магнитными антеннами непрерывные электрические колебания звуковой частоты $$f_1$$, модулированные по амплитуде колебаниями субтоновой частоты $$F_1$$ складывают вместе, и далее в одном канале этот суммарный электрический сигнал усиливают до ограничения, устраняя тем самым амплитудную модуляцию электрических колебаний звуковой частоты электрическими колебаниями субтоновой частоты, а в другом канале суммарный электрический сигнал демодулируют и выделяют электрические колебания субтоновой частоты $$F_1$$, значение которой затем определяют в частотном дискриминаторе, и определяют, тем самым, номер первой ретрансляторной станции, расстояние до которой от измерительной станции необходимо измерить, после чего усиленные до ограничения электрические колебания звуковой частоты $$f_1$$ подают на сигнальные входы управляемых электронных ключей, на управляющие входы которых подают сигналы частотного дискриминатора и замыкают только первый электронный ключ, который соответствует выбранной и идентифицированной в частотном дискриминаторе первой ретрансляторной станции, таким образом, усиленные до ограничения электрические колебания звуковой частоты $$f_1$$ подают на вход акустического преобразователя первой ретрансляторной станции, расстояние до которой необходимо измерить и излучают акустическим преобразователем первой ретрансляторной станции акустическую волну, которую принимают акустическим преобразователем измерительной станции контролируемого объекта, после чего принятые и преобразованные акустическим преобразователем измерительной станции электрические колебания звуковой частоты $$f_1$$ подают на второй вход измерителя разности фаз измерительной станции, после чего измеряют и фиксируют разность фаз $$\Delta {\phi }_{\text{m11}}$$ между непрерывными электрическими колебаниями звуковой частоты $$f_1$$, первично сформированными на измерительной станции и непрерывными электрическими колебаниями звуковой частоты $$f_1$$, полученными на выходе акустического преобразователя измерительной станции контролируемого объекта, после чего на измерительной станции генерируют непрерывные электрические колебания звуковой частоты с другой известной фиксированной частотой $$f_2$$ и повторяют всю процедуру модуляции, излучения, приема, переменного магнитного поля, демодуляции и ограничения электрических сигналов, частотной дискриминации, излучения и приема акустической волны, и также измеряют и фиксируют разность фаз $$\Delta {\phi }_{\text{m12}}$$ между непрерывными электрическими колебаниями звуковой частоты $$f_2$$, первично сформированными на измерительной станции и электрическими колебаниями звуковой частоты $$f_2$$, полученными на выходе акустического преобразователя измерительной станции контролируемого объекта, при этом определяют разность фаз $$\Delta {\phi }_1=\Delta {\phi }_{m11}-\Delta {\phi }_{m12}$$, при этом расстояние между акустическим преобразователем измерительной станции контролируемого объекта и акустическим преобразователем первой ретрансляторной станции определяют по формуле:

$$D_1=\frac{\Delta {\phi }_1{c}_a}{2\pi \left(f_1-f_2\right)}$$ ,

где $$c_a$$ — скорость звука в среде распространения, после чего на измерительной станции генерируют непрерывные электрические колебания с другой субтоновой частотой $$F_2$$, причем значение субтоновой частоты $$F_2$$ соответствует номеру второй ретрансляторной станции, расстояние до которой необходимо измерить, после чего вновь повторяют вновь процедуру формирования электрических колебаний с известной фиксированной звуковой частотой $$f_1$$ и также эти колебания модулируют электрическими колебаниями, но только субтоновой частоты $$F_2$$, после чего вновь излучают и принимают переменное магнитное поле рамочными магнитными антеннами, вновь в первом канале ограничивают по амплитуде принятый рамочными магнитными антеннами суммарный сигнал, вновь во втором канале демодулируют принятый рамочными магнитными антеннами суммарный сигнал, но при этом идентифицируют в частотном дискриминаторе сигнал субтоновой частоты $$F_2$$ и по этому факту замыкают второй электронный ключ и усиленные до ограничения непрерывные колебания звуковой частоты $$f_1$$ подают на акустический преобразователь второй ретрансляторной станции, расстояние до которой нужно измерить, после чего излучают и принимают акустическую волну и далее по процедуре измеряют и фиксируют разность фаз $$\Delta {\phi }_{m21}$$ между непрерывными электрическими колебаниями звуковой частоты $$f_1$$, первично сформированными на измерительной станции и непрерывными электрическими колебаниями звуковой частоты $$f_1$$, полученными на выходе акустического преобразователя измерительной станции контролируемого объекта, после чего вновь на измерительной станции формируют колебания звуковой частоты $$f_2$$ и повторяют всю процедуру модуляции, излучения, приема электрического сигнала, а также процедуру излучения и приема акустического сигнала, после чего по процедуре измеряют и фиксируют разность фаз $$\Delta {\phi }_{m22}$$, при этом определяют разность фаз $$\Delta {\phi }_2=\Delta {\phi }_{m21}-\Delta {\phi }_{m22}$$, при этом расстояние между акустическим преобразователем измерительной станции контролируемого объекта и акустическим преобразователем второй ретрансляторной станции определяют по формуле:

$$D_2=\frac{\Delta {\phi }_2{c}_a}{2\pi \left(f_1-f_2\right)}$$ ,

после чего на измерительной станции генерируют непрерывные электрические колебания с третьей субтоновой частотой $$F_3$$, причем значение субтоновой частоты $$F_3$$ соответствует номеру третьей ретрансляторной станции, расстояние до которой необходимо измерить, после чего вновь последовательно повторяют всю процедуру формирования, модуляции, излучения и приема электрических и акустических сигналов, после чего получают разность фаз сигналов $$\Delta {\phi }_3$$, при этом расстояние $$D_3$$ между акустическим преобразователем измерительной станции контролируемого объекта и акустическим преобразователем третьей ретрансляторной станции определяют по аналогичной формуле, и так далее, до тех пор, пока не будут измерены расстояния до всех необходимых ретрансляторных станций, при этом позиционируют надводный/подводный объект при его проходе по заданному фарватеру с высокой точностью, при этом не определяют расстояния до ретрансляторных станций, находящихся на значительном удалении, чем повышают производительность системы и производят позиционирование надводного/подводного объекта в реальном масштабе времени.

Сравнение предполагаемого изобретения с уже известными способами и прототипом показывает, что заявляемый способ проявляет новые технические свойства, заключающиеся в возможности позиционирования надводного/подводного объекта при его проходе по заданному фарватеру, причем позиционирование осуществляют в реальном масштабе времени.

Эти свойства предполагаемого изобретения являются новыми, так как в способе прототипе в силу присущих ему недостатков, произвести позиционирование надводного/подводного объекта при его проходе по заданному фарватеру, описываемым в прототипе способом по всей длине фарватера, не представляется возможным.

Указанный способ позиционирования надводного/подводного объекта при его проходе по заданному фарватеру можно реализовать с помощью устройства, показанного на фиг. 1.

Устройство позиционирования надводного/подводного объекта при его проходе по заданному фарватеру состоит из генератора непрерывных колебаний звуковой частоты 1, генератора непрерывных колебаний субтоновой частоты 2, амплитудного модулятора 3, передающей рамочной магнитной антенны 4, приемного акустического преобразователя измерительной станции 5, измерителя разности фаз 6, приемных рамочных магнитных антенн 7, 8, 9,…M, сумматора сигналов приемных рамочных магнитных антенн 10, усилителя-ограничителя сигналов звуковой частоты 11, демодулятора 12, частотного дискриминатора 13, управляемых электронных ключей 14, 15, 16,…, 14+N, передающих акустических преобразователей ретрансляторных станций 17, 18, 19,…, 17+ N.

Выход генератора непрерывных колебаний звуковой частоты 1 соединен с сигнальным входом амплитудного модулятора 3 и с первым входом измерителя разности фаз 6, при этом модуляционный вход амплитудного модулятора 3 соединен с выходом генератора непрерывных колебаний субтоновой частоты 2, при этом выход амплитудного модулятора 3 соединен с входом передающей рамочной магнитной антенны 4, при этом выход приемного акустического преобразователя измерительной станции 5 соединен со вторым входом измерителя разности фаз 6, причем выходы приемных рамочных магнитных антенн 7, 8, 9,…M соединены с соответствующими входами сумматора сигналов приемных рамочных магнитных антенн 10, выход которого соединен с входом усилителя-ограничителя сигналов низкой звуковой частоты 11 и с входом демодулятора 12, выход которого соединен с входом частотного дискриминатора 13, причем выход усилителя-ограничителя сигналов низкой звуковой частоты 11 соединен с сигнальными входами управляемых электронных ключей 14, 15, 16,…, 14+N, причем выходы частотного дискриминатора 13 соединены с соответствующими входами управления электронных ключей 14, 15, 16,…, 14+N, выходы которых соединены с соответствующими входами передающих акустических преобразователей ретрансляционных станций 17, 18, 19,…, 17+ N.

Работает устройство, реализующее заявляемый способ позиционирования надводного/подводного объекта при его проходе по заданному фарватеру следующим образом.

С помощью генератора непрерывных электрических колебаний звуковой частоты 1, устанавливаемого на измерительной станции, первоначально генерируют непрерывные колебания с известной звуковой частотой $$f_1$$, начальной фазой $${\phi }_{01}$$ и амплитудой $$U_0$$

$$u_1\left(t\right)=U_0\sin \left(2\pi f_1+{\phi }_{01}\right)$$. (1)

Частота этих колебаний выбирается невысокой. Значение частоты этих колебаний лежит в звуковом или ультразвуковом диапазоне длин волн. Эти колебания подают на первый вход измерителя разности фаз 6 и одновременно на сигнальный вход амплитудного модулятора 2, на вход модуляции которого подают сигнал модуляции субтоновой частоты $$F_1$$, описываемый выражением

$$u_{ST}\left(t\right)=U_{ST}\sin \left(2\pi F_1+{\phi }_{ST1}\right)$$. (2)

В результате получают модулированный сигнал

$$u_{1АМ}\left(t\right)=U_0\left[1+m\sin \left(2\pi F_{1}t+{\phi }_{ST}\right)\right]\sin \left(2\pi f_1+{\phi }_{01}\right)$$, (3)

где $$m$$ индекс модуляции. Глубину модуляции выбирают небольшой, не больше 30%.

Модулированный сигнал подают на вход передающей рамочной магнитной антенны 4, устанавливаемой на измерительной станции. С помощью передающей рамочной магнитной антенны 4 измерительной станции излучают в направлении приемных рамочных магнитных антенн 7, 8, 9,…M переменное магнитное поле. При низких частотах $$f_1$$ звукового или ультразвукового диапазона и при малых дальностях распространения, составляющих около сотни метров, длина волны электромагнитного излучения оказывается много больше измеряемой дальности. При этом набегом фазы переменного магнитного поля можно пренебречь и можно утверждать, что непрерывные колебания, формируемые на выходах приемных рамочных магнитных антенны 7, 8, 9,…M, являются синфазными, по отношению к непрерывным колебаниям, поступающим на вход передающей рамочной магнитной антенны 4 измерительной станции, и описываются одним и тем же выражением (1). Причем место установки передающей и приемных рамочных магнитных антенн не принципиально. Важно при этом устанавливать приемные рамочные магнитные антенны 7, 8, 9,…M таким образом, чтобы в процессе движения надводного/подводного объекта сигнал наводился на выходе хотя бы одной приемной рамочной магнитной антенны. При этом приемные рамочные магнитные антенны устанавливают как по ходу движения объекта, так и поперек его хода.

Непрерывные колебания на входе передающей и на выходах приемных рамочных магнитных антенн всегда будут синфазны или противофазны (в зависимости от их взаимной ориентации), как это имеет место в случае использования двух катушек индуктивностей (те же рамочные магнитные антенны) с взаимной индуктивной (магнитной) связью.

Поскольку электрические сигналы на выходах приемных рамочных магнитных антенн синфазны, то нет препятствий для их простого сложения в сумматоре сигналов приемных рамочных магнитных антенн 10. Таким образом, если хотя бы на выходе одной из приемных рамочных магнитных антенн, или на выходах сразу нескольких рамочных магнитных антенн наводятся электрические колебания звуковой частоты, то эти колебания появляются на выходе сумматора сигналов приемных рамочных магнитных антенн 10 с той или иной амплитудой, и эти электрические колебания будут синфазны исходным колебаниям, описываемым выражением (1).

Электрический сигнал на выходе сумматора сигналов приемных рамочных магнитных антенн 10 модулирован по амплитуде сигналом субтоновой частоты и описывается выражением (3) с учетом амплитудного множителя, характеризующего ослабление переменного магнитного поля при его распространении на известное расстояние. Этот электрический сигнал усиливают до ограничения с помощью усилителя-ограничителя сигналов звуковой частоты 11, устраняя тем самым амплитудную модуляцию принятого сигнала. Именно для хорошего подавления сигнала модуляции глубину модуляции выбирают невысокой. В результате на выходе усилителя-ограничителя 11 получают сигнал, первая гармоника которого, с учетом другой амплитуды сигнала, описывается выражением (1). Полученные колебания с выхода усилителя-ограничителя сигналов звуковой частоты 11 подают на сигнальные входы всех электронных ключей 14, 15, 16,…, 14+N. Одновременно сигнал с выхода сумматора сигналов приемных рамочных магнитных антенн 10 подают на демодулятор 12, где выделяют его огибающую, описываемую с учетом амплитудного множителя выражением (2). Полученный сигнал подают на частотный дискриминатор 13, в котором определяют частоту модулирующего сигнала и формируют только на одном из его выходов управляющее напряжение, открывающее только один из электронных ключей 14, 15, 16,…, 14+N. Если частота модулирующего сигнала равна субтоновой частоте $$F_1$$, то открывающее напряжение появляется на первом выходе частотного дискриминатора и этот сигнал замыкает ключ 14. При этом сигнал с выхода усилителя-ограничителя подают на вход первого передающего акустического преобразователя 17 ретрансляторных станций. Если частота модулирующего сигнала равна субтоновой частоте $$F_2$$, то появляется открывающий сигнал на втором выходе частотного дискриминатора 13, замыкается ключ 15 и сигнал с выхода усилителя-ограничителя подают на вход второго передающего акустического преобразователя 18 ретрансляторных станций и т.д.

С помощью передающего акустического преобразователя 17 ретрансляторной станции излучают в направлении измерительной станции акустическую волну. Акустическая волна с звуковой частотой $$f_1$$ при распространении на расстояние $$D_1$$ от первого передающего акустического преобразователя 17 ретрансляторной станции до приемного акустического преобразователя 5 измерительной станции получает набег фазы $${\phi }_{11}=\frac{2\pi f_1}{c_a}{D}_1$$, где $$c_a$$ — скорость звука в среде распространения. Значением этого набега фазы пренебречь нельзя, поскольку его величина может достигать нескольких тысяч фазовых циклов величиной $$2\pi$$ каждый. Таким образом, на выходе приемного акустического преобразователя 5 измерительной станции с учетом амплитудного множителя $$A_1$$ формируются непрерывные колебания

$$u_2\left(t\right)=U_0{A}_1\sin \left(2\pi f_1+{\phi }_{01}+\frac{2\pi f_1}{c_a}{D}_1\right)$$. (4)

Исходные непрерывные электрические колебания с выхода генератора непрерывных электрических колебаний 1, описываемые выражением (1) и с выхода приемного акустического преобразователя 5, описываемые выражением (4), подают на входы измерителя разности фаз 6, на выходе которого формируют сигнал, пропорциональный разности фаз сигналов (1) и (4). Однако измеритель разности фаз 6 способен адекватно отобразить измеряемую разность фаз, если величина этой разности фаз лежит в пределах от 0 до $$2\pi$$. Другими словами измеритель разности фаз формирует на своем выходе сигнал, пропорциональный некоторой величине $$\Delta {\phi }_{\text{m11}}$$, которая связана с реальным набегом фазы $${\phi }_{11}$$ соотношением

$$\Delta {\phi }_{\text{m11}}={\phi }_{11}-n\cdot 2\pi =\frac{2\pi f_1}{c_a}{D}_1-n\cdot 2\pi$$,

где $$n$$ — некоторое целое число, которое может достигать нескольких тысяч и более.

Для решения этой проблемы указанное измеренное значение $$\Delta {\phi }_{\text{m11}}$$ фиксируют, после чего изменяют значение звуковой частоты непрерывных электрических колебаний до некоторой известной величины $$f_2$$ и повторяют всю процедуру излучения и приема электромагнитных и акустических волн и вновь измеряют разность фаз $$\Delta {\phi }_{\text{m12}}$$ непрерывных колебаний на выходе генератора непрерывных электрических колебаний 1 и на выходе приемного акустического преобразователя 5, которую вновь фиксируют. После чего определяют разность фаз $$\Delta {\phi }_1=\Delta {\phi }_{\text{m11}}-\Delta {\phi }_{\text{m12}}$$ и вычисляют дальность по формуле

$$D_1=\frac{\Delta {\phi }_1{c}_a}{2\pi \left(f_1-f_2\right)}$$.

Важно при этом помнить, что изменение частоты $$\left(f_1-f_2\right)$$ не должно приводить к изменению разности фаз сигналов на величину бóльшую, чем $$2\pi$$. Другими словами

$$f_1-f_2\le \frac{c_a}{D_1}$$.

После этого на измерительной станции формируют субтоновый сигнал с частотой $$F_2$$, что вызывает появление управляющего сигнала на втором выходе частотного дискриминатора 13 и выход усилителя-ограничителя сигналов низкой звуковой частоты 11 соединяется с помощью электронного ключа 15 с входом передающего акустического преобразователя 18 ретрансляторной станции. После этого измеряют расстояние $$D_2$$ между вторым передающим акустическим преобразователем 18 ретрансляторной станции и приемным акустическим преобразователем 5 измерительной станции.

Данную процедуру продолжают до тех пор пока не получат все необходимые расстояния до всех необходимых акустических преобразователей ретрансляторных станций и не осуществят позиционирование надводного/подводного объекта с высокой точностью в реальном масштабе времени, что обеспечит его проход по заданному фарватеру. При этом не производят измерение расстояний до удаленных акустических преобразователей, а ограничиваются необходимым и достаточным количеством измерений, обеспечивающих требуемую точность позиционирования и реализующих высокую оперативность измерений.

Эффект от использования предполагаемого изобретения связан с появлением возможности позиционирования надводного/подводного объекта в реальном масштабе времени в процессе его движения по заданному фарватеру.

Другой аспект повышения эффективности от использования предполагаемого изобретения связан с возможностью позиционирования объекта с повышенной точностью, при этом длина фарватера может быть протяженной.

Способ позиционирования надводного/подводного объекта при его проходе по заданному фарватеру относится к области техники радиотехнический средств позиционирования, основан на измерениях расстояний под водой и может быть использован, например, для позиционирования надводных/подводных объектов в локальных навигационных системах при управлении их движением. Новым в способе позиционирования надводного/подводного объекта является использование одновременно двух способов распространения волновых процессов, основанных на различных физических принципах, оба из которых пригодны для передачи сигналов под водой. При этом по каждому способу распространения волновых процессов используется несколько каналов передачи информации. При использовании первого способа распространения волнового процесса, в первых нескольких каналах передачи информации используется индуктивная связь одной передающей и нескольких приемных рамочных магнитных антенн. Причем наличие электропроводности воды не сказывается на работе этих каналов. С помощью этих каналов на измерительной станции, находящихся на контролируемом объекте, и на ретрансляторных станциях, размещенных под водой и определяющих заданный фарватер, формируют синфазные непрерывные электрические колебания звуковой частоты. При этом эти электрические колебания звуковой частоты модулируют по амплитуде и последовательно во времени несколькими сигналами субтоновой частоты. Количество сигналов субтоновой частоты задают количеством ретрансляторных станций, расположенных в контролируемом фарватере. На ретрансляторных станциях принятые ими синфазные и модулированные по амплитуде электрические колебания звуковой частоты складывают вместе и усиливают в одном канале до ограничения, а в другом канале демодулируют и подают демодулированный сигнал на вход частотного дискриминатора субтоновой частоты, сигналами с выходов которого замыкают соответствующий электронный ключ. При этом ограниченный по амплитуде сигнал звуковой частоты подают на акустический преобразователь именно той ретрансляторной станции, номер которой был идентифицирован в частотном дискриминаторе. Таким образом, акустическим преобразователем заданной ретрансляторной станции во втором информационном канале, использующем другой волновой процесс, формируют акустическую волну. Собственно набег фазы акустической волны низкой звуковой частоты является информационным параметром определения расстояния от акустического преобразователя измерительной станции, расположенной на объекте, до акустического преобразователя ретрансляционной станции, расположенной в реперной точке контролируемого фарватера. На самой измерительной станции акустическую волну принимают и преобразуют в электрический сигнал и далее последовательным изменением частоты непрерывных электрических колебаний звуковой частоты и сопутствующим измерением разности фаз электрических сигналов, формируемых в результате преобразований в акустическом канале, однозначно определяют расстояние от акустического преобразователя измерительной станции, расположенной на объекте, до акустического преобразователя ретрансляционной станции, расположенной в реперной точке контролируемого фарватера в локальной навигационной системе ближнего радиуса действия. Последовательно во времени на измерительной станции изменяют сигнал модуляции субтоновой частоты, детектируют это изменение в месте расположения ретрансляторных станций и, далее по приведенному алгоритму, определяют расстояние от измерительной станции, расположенной на объекте до каждой необходимой и достаточной ретрансляторной станции, расположенной в реперной точке контролируемого фарватера. 1 ил.

Способ позиционирования надводного/подводного объекта при его проходе по заданному фарватеру, характеризующийся тем, что первоначально на измерительной станции контролируемого объекта генерируют непрерывные электрические колебания с известной фиксированной звуковой частотой , при этом эти непрерывные электрические колебания звуковой частоты подают первый вход измерителя разности фаз и на сигнальный вход амплитудного модулятора, при этом на модуляционный вход амплитудного модулятора подают непрерывные электрические колебания субтоновой частоты $$F_1$$, которые также генерируют на измерительной станции, причем значение субтоновой частоты $$F_1$$ соответствует номеру первой ретрансляторной станции, расстояние до которой необходимо измерить, и формируют, таким образом, электрический сигнал звуковой частоты , модулированный по амплитуде сигналом субтоновой частоты $$F_1$$ с неглубоким уровнем модуляции, при этом сигнал с выхода амплитудного модулятора подают на вход передающей рамочной магнитной антенны, которую устанавливают на измерительной станции и излучают, таким образом, в широком секторе углов переменное магнитное поле звуковой частоты , после чего на другом конце измерительной трассы, в нескольких ее точках переменное магнитное поле одновременно улавливают несколькими приемными рамочными магнитными антеннами, которые устанавливают в нескольких точках по пути следования контролируемого объекта в заданном фарватере, причем места установки приемных рамочных магнитных антенн не обязательно должны совпадать с местами установки ретрансляторных станций, расстояния до которых необходимо измерить и которые определяют заданный фарватер, причем расстояние между соседними приемными рамочными магнитными антеннами устанавливают в соответствии с заданной энергетикой линии связи, использующей для связи переменное магнитное поле звуковой частоты, причем приемные рамочные магнитные антенны устанавливают как вдоль заданного фарватера, так и поперек его, и покрывают тем самым всю необходимую площадь уверенного приема сигнала передающей рамочной магнитной антенны измерительной станции хотя бы одной приемной рамочной магнитной антенной, после чего принятые всеми приемными рамочными магнитными антеннами непрерывные электрические колебания звуковой частоты , модулированные по амплитуде колебаниями субтоновой частоты $$F_1$$ складывают вместе, и далее в одном канале этот суммарный электрический сигнал усиливают до ограничения, устраняя тем самым амплитудную модуляцию электрических колебаний звуковой частоты электрическими колебаниями субтоновой частоты, а в другом канале суммарный электрический сигнал демодулируют и выделяют электрические колебания субтоновой частоты $$F_1$$, значение которой затем определяют в частотном дискриминаторе, и определяют тем самым номер первой ретрансляторной станции, расстояние до которой от измерительной станции необходимо измерить, после чего усиленные до ограничения электрические колебания звуковой частоты подают на сигнальные входы управляемых электронных ключей, на управляющие входы которых подают сигналы частотного дискриминатора и замыкают только первый электронный ключ, который соответствует выбранной и идентифицированной в частотном дискриминаторе первой ретрансляторной станции, таким образом, усиленные до ограничения электрические колебания звуковой частоты подают на вход акустического преобразователя первой ретрансляторной станции, расстояние до которой необходимо измерить и излучают акустическим преобразователем первой ретрансляторной станции акустическую волну, которую принимают акустическим преобразователем измерительной станции контролируемого объекта, после чего принятые и преобразованные акустическим преобразователем измерительной станции электрические колебания звуковой частоты подают на второй вход измерителя разности фаз измерительной станции, после чего измеряют и фиксируют разность фаз $$\Delta {\phi }_{\text{m11}}$$ между непрерывными электрическими колебаниями звуковой частоты , первично сформированными на измерительной станции и непрерывными электрическими колебаниями звуковой частоты , полученными на выходе акустического преобразователя измерительной станции контролируемого объекта, после чего на измерительной станции генерируют непрерывные электрические колебания звуковой частоты с другой известной фиксированной частотой $$f_2$$ и повторяют всю процедуру модуляции, излучения, приема, переменного магнитного поля, демодуляции и ограничения электрических сигналов, частотной дискриминации, излучения и приема акустической волны, и также измеряют и фиксируют разность фаз $$\Delta {\phi }_{\text{m12}}$$ между непрерывными электрическими колебаниями звуковой частоты $$f_2$$, первично сформированными на измерительной станции и электрическими колебаниями звуковой частоты $$f_2$$, полученными на выходе акустического преобразователя измерительной станции контролируемого объекта, при этом определяют разность фаз $$\Delta {\phi }_1=\Delta {\phi }_{m11}-\Delta {\phi }_{m12}$$, при этом расстояние между акустическим преобразователем измерительной станции контролируемого объекта и акустическим преобразователем первой ретрансляторной станции определяют по формуле

$$D_1=\frac{\Delta {\phi }_1{c}_a}{2\pi \left(f_1-f_2\right)}$$ ,

где $$c_a$$ — скорость звука в среде распространения, после чего на измерительной станции генерируют непрерывные электрические колебания с другой субтоновой частотой $$F_2$$, причем значение субтоновой частоты $$F_2$$ соответствует номеру второй ретрансляторной станции, расстояние до которой необходимо измерить, после чего вновь повторяют вновь процедуру формирования электрических колебаний с известной фиксированной звуковой частотой и также эти колебания модулируют электрическими колебаниями, но только субтоновой частоты $$F_2$$, после чего вновь излучают и принимают переменное магнитное поле рамочными магнитными антеннами, вновь в первом канале ограничивают по амплитуде принятый рамочными магнитными антеннами суммарный сигнал, вновь во втором канале демодулируют принятый рамочными магнитными антеннами суммарный сигнал, но при этом идентифицируют в частотном дискриминаторе сигнал субтоновой частоты $$F_2$$ и по этому факту замыкают второй электронный ключ и усиленные до ограничения непрерывные колебания звуковой частоты подают на акустический преобразователь второй ретрансляторной станции, расстояние до которой нужно измерить, после чего излучают и принимают акустическую волну и далее по процедуре измеряют и фиксируют разность фаз $$\Delta {\phi }_{m21}$$ между непрерывными электрическими колебаниями звуковой частоты , первично сформированными на измерительной станции и непрерывными электрическими колебаниями звуковой частоты , полученными на выходе акустического преобразователя измерительной станции контролируемого объекта, после чего вновь на измерительной станции формируют колебания звуковой частоты $$f_2$$ и повторяют всю процедуру модуляции, излучения, приема электрического сигнала, а также процедуру излучения и приема акустического сигнала, после чего по процедуре измеряют и фиксируют разность фаз $$\Delta {\phi }_{m22}$$, при этом определяют разность фаз $$\Delta {\phi }_2=\Delta {\phi }_{m21}-\Delta {\phi }_{m22}$$, при этом расстояние между акустическим преобразователем измерительной станции контролируемого объекта и акустическим преобразователем второй ретрансляторной станции определяют по формуле

$$D_2=\frac{\Delta {\phi }_2{c}_a}{2\pi \left(f_1-f_2\right)}$$ ,

после чего на измерительной станции генерируют непрерывные электрические колебания с третьей субтоновой частотой $$F_3$$, причем значение субтоновой частоты $$F_3$$ соответствует номеру третьей ретрансляторной станции, расстояние до которой необходимо измерить, после чего вновь последовательно повторяют всю процедуру формирования, модуляции, излучения и приема электрических и акустических сигналов, после чего получают разность фаз сигналов $$\Delta {\phi }_3$$, при этом расстояние $$D_3$$ между акустическим преобразователем измерительной станции контролируемого объекта и акустическим преобразователем третьей ретрансляторной станции определяют по аналогичной формуле, и так далее, до тех пор, пока не будут измерены расстояния до всех необходимых ретрансляторных станций, при этом позиционируют надводный/подводный объект при его проходе по заданному фарватеру с высокой точностью, при этом не определяют расстояния до ретрансляторных станций, находящихся на значительном удалении, чем повышают производительность системы и производят позиционирование надводного/подводного объекта в реальном масштабе времени.