Способ измерения глубины моря Советский патент 1993 года по МПК G01S15/42 

Изобретение относится к области гидроакустики и может быть использовано в гидрографии для площадной съемки глубин дна.

Целью изобретения является улучшение Точности измерения глубины и повышение оперативности получения данных о глубине дна.

Поставленная цель достигается тем, что в известном способе излучают одновременно из одной точки два зондирующих сигнала с различной чувствительностью к допплеровскому смещению частоты, и определяют глубину моря по формуле:

Н(Х, Y) Ri

V

1 -d)

где Д RO С ( Ki - К2) cos a ,

V-скорость движения носителя,

С - скорость звука в воде, равная 1500 м/с,

А- длина волны зондирующего сигнала,

а- угол между проекциями на плоскость дна вектора скорости движения носителя и направления на деталь рельефа,

AR- разность измеренных наклонных дальностей (параллакс),

RI - наклонная дальность до детали рельефа,

Ki, K2 - коэффициенты чувствительности зондирующих сигналов к допплеровскому смещению частоты.

00

со

00

00

о

ю

сэ

Справедливость формулы (1) следует из геометрических соотношений на рис.1, на котором показано взаимное расположение движущегося носителя (т.О) и детали элемента рельефа дна (т.А).

На рис.2 показана структурная схема устройства для реализации предложенного способа. На рис.3 показаны зависимости величины параллакса A RI при ровном дне для двух значений глубины Н (х,у), соответственно, 1000 ми 1100 м (графики 1 и 2) от расстояния до рассеивающего участка относительно подлокэторной точки на дне (х,у) и разности параллаксов( ARi-- AR2) (график 3) для различных участков дна (I (х,у)), рассчитанные для случая однонаправленного ЛЧМ и короткого тонального сигналов. На фиг.4 и 5 представлены схемы блоков б и 7, соответственно. На рис.2:1 - первая приемопередающая антенна первого гидролокатора бокового обзора, 2 - вторая при- емопередающая антенна второго гидролокатора, 3 -первый гидролокатор бокового обзора, А - второй гидролокатор бокового обзора, 5 .- высокостабиль ный кварцевый генератор, б - вычислитель разности наклонных дальностей (параллакса), 7 - вычислитель глубин, 8- графопостроитель профилей глубин, 9 - блок установки величин постоянных параметров и ввода текущих координат для вычисления глубин, 10 - вход начальной установки.;

Выход кварцевого генератора (5) соединен с первыми входами первого(3) и второго (4) гидролокаторов бокового обзора, вторые входы которых также соединены между собой и являются входом начальной установки (10), а выходы первой (1) и второй (2) приемопередающих антенн через первый и второй гидролокаторы бокового обзора соединены, соответственно, с первым и вторым входами вычислителя разности наклонных дальностей (б), выход которого соединен через вычислитель глубины (7) с графопостроителем профилей глубин (8), причем второй вход вычислителя глубины (7) соединен с блоком установки величин постоянных параметров и ввода текущих координат (9).

Пример осуществления способа.

Зондирующие сигналы, сформированные в первом (3) и втором (4) гидролокаторах бокового обзора, излучают в окружающее пространство, соответственно, первой (1) и второй (2) приемопередающими антеннами, диаграммы направленности которых повернуты на угол а к линии движения носителя. Эхосигналы, рассеянные деталями рельефа дна, через первую (1) и вторую (2) приемопередающие антенны -поступают, соответсти

венно, в первый (3) и второй (4) гидролокаторы бокового обзора, в которых вычисляют распределение мощности эхосигналов по дальности. Дальность до каждого элемента разрешения RI определяется временем распространения г акустического сигнала до него и обратно-и чувствительностью сигнала к допплеровскому смещению частоты К согласно следующему выражению:

(ti + Kfd) ,

(2)

где К, например , для ЛЧМ зондирующего сигнала определяется наклоном большой полуоси эллипса функции неопределенности на плоскости ( г, f) и его модуль равен

. В частности, для короткого тонального

и линейно-частотно-модулировэнного сигналов формулы (1} для определения глубин имеет следующий вид:

Г 1

AR AR20

(3)

где ARc

+ С - т cos a,

гт л

30

35

40

45

50

55

R - наклонная дальность, измеренная по короткому тональному сигналу,

V-- скорость звука в воде, равна 1500 м/с,

С-длина волны зондирующего сигнала, or- угол между проекциями на плоскость дна вектора скорости движения носителя и направления на деталь рельефа,

A R - разность измеренных наклонных дальностей (параллакс),

Ти - длительность ЛЧМ сигнала,

Fro - девиация частоты ЛЧМ сигнала.

С выходов первого (3) и второго (4) гидролокаторов бокового обзора информация в цифровом виде поступает, соответственно, на первый и второй входы вычислителя разности наклонных дальностей (6), в котором рассчитываются параллакс для каждой детали акустического изображения дна.

Определение параллакса AR для каждой детали рельефа дна основано на определении разности измеренных наклонных дальностей до идентичных деталей рельефа дна в одних и тех же строках двух акустических изображениях дна. При этом в строке одного из акустических изображений по превышению отношения сигнал/шум выбранного порога обнаружения производят выделение контрастных деталей рельефа. Затем по смещению максимума взаимно- корреляционной функции эхосигналов от

выбранной детали в обоих изображениях определяется ее параллакс AR.

Оценку точности измерения глубины данным способом произведем сравнением величины разности параллаксов ARi и Др-2 соответствующим двум значениям величины Н (х,у), с разрешающей способно- зондирующего сигнала. На рис. 3 (график 1), показана зависимость величины параллакса Л RI до деталей А (х,у), при ровном дне на глубине Н (х,у) Н (0,0) 1000 м от диапазона дальностей I (х.у) при tt 60°, Тц 1 с, Fm 64 Гц, V 5 м/с и А 1.0 м для случая однонаправленного ЛЧМ и короткого тонального зондирующих сигналов, рассчитанная по следующей формуле:

AR + . (4)

где fo т несущая частота зондирующего

сигнала, а величина cos p , как следует из рис. 1 (треугольники ОВД и ОСА), равна:

COS (р

(х.у)

Vuj2

Н2 (0.0)4-Г (х,у)

Отклонения от регулярного хода графика 1, показанного на рис. 3, будут соответствовать колебаниям глубины относительно плоскости Н (0,0). На графике 2 (рис.3) приведен ход изменения ARa при увеличении глубины Н (х,у) на 100 м для плоского дна, а на| графике 3 - разность между значениями AR первого и второго графиков (ARi - ARa). Из графика 3 видно, что при изменении глубины на 100 м в диапазоне R от 300 м до 1800 м разность измеренных значений (ARi - AR2)(T.A и В) превышает разрешающую способность сигнала, равную, например, при использовании ЛЧМ сигнала и импульсного сигнала

А

2Fn

12 м

Величина параллакса в цифровом виде с выхода вычислителя (б) поступает на первый вход вычислителя глубины (7), где по формуле (1) с учетом значений величин, вхо- 5 дящих в нее постоянных параметров и текущих координат носителя, поступающих на второй вход вычислителя (7), производится расчет глубин, значения которых также в цифровом виде поступают ня графопостро10 итель профилей глубин, где отображаются а координатах Н (х,у), либо с учетом координат носителя - в абсолютных географических координатах.

Улучшение точности измерения глубин

15 в данном способе достигается за счет того, что в нем вычисление глубины производится без учета разности координат носителя в точках измерения и устранения влияния изменения гидрологии на распространение

20 звука и равно двух-трехкратной величине, а повышение оперативности получения данных - за счет исключения времени перехода из одной точки измерения в другую. Формула изобретения

25Способ измерения глубины моря, основанный на изпучении в бок и приеме зондирующего сигнала с движущегося носителя, измерении наклонной дальности и определении глубины с учетом параллакса, о т л и30 чающийся тем, что, с целью повышения точности измерения глубины и оперативности получения данных о глубинах дна, излучают одновременно из одной точки два зондирующих сигнала с различной чувстви35 тельностью к допплеровскому смещению частоты эхосигналов и определяют глубину по следующей формуле

40

/

H(X,Y) Ri. 1-(-)

V

где A Ro С ( Ki - К2 ) j CH а ,

V - скорость движения носителя: С - скорость звука в воде, равная 1500

м/с;

А- длина волны зондирующего сигна

Изобретение относится к области гидроакустики и может быть использовано в гидрографии для площадной съемки глубин дна. Цель изобретения - повышение точности измерения глубины и оперативное получение данных о глубинах дна. Цель достигается тем, что излучают из одной точки два зондирующих сигнала с различной чувствительностью к допплеровскому смещению частоты и определяют глубину по формуле Н R|V1 -(ARi/ARo)2 , где AR0 - C(Ki - KaXW A)cos a , V - скорость движения носителя, С - скорость звука в воде, А - длина волны зондирующего сигнала, а - угол между проекциями на плоскость вектора скорости движения носителя и направлением на деталь рельефа, AR - разность измеренных наклонных дальностей (парал локс), RI - наклонная дальность до детали рельефа, Ki, Kz - коэффициенты чувствительности зондирующих сигналов к допплеровскому смещению частоты. 5 ил.

Таким образом, можно сделать вывод, что для данных параметров сигнала и уело- вий измерений, точность измерения глубин данным способом составляет 100 м. Для увеличения точности можно использовать два ЛЧМ сигнала с различными направлениями изменения частоты (растущая, падающая). При этом точность измерения глубин улучшается в 2 раза. Дальнейшее увеличение точности связано с изменением параметров сигнала К и А .

ла;

а- угол между проекциями на плоско- сть дна вектора скорости движения носителя и направления на деталь рельефа;

A R - разность измеренных наклонных дальностей (параллакс),

Ri - наклонная дальность до детали рельефа;

Ki, Ка - коэффициенты чувствительности зондирующих сигналов к допплеровскому смещению частоты.

bfO J#f 4/K, A/

Л7О М 4tffff gffff fffff fffWtfffff f#00 fffffff tfW/000

)

в

P#e 2

ZG88C81

4М

К ffd/vi/сле/юе

//frtf fap&gwr.&wr-60 )

fo/WMewe лЯО

(0/}&0/f&n. JjfC/ЯГ- Ј0)

№ 0/ rft//SЈrSrru/

С&ь V /v/, #2:. . #0ct/srre&

ф7Ј/&5()

5 fry)