Способ измерения глубины моря

Способ измерения глубины моря

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

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.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)5 G 01 S 15/42

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) t::-:Фар;4 Е."1

t .с; g

*" Ь :: j. C

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ПАТЕНТУ

/ (21) 4936056/22 (22) 14.05.91 (46) 30.08.93. Бюл. М 32 (71) Институт радиотехники и электроники

АН СССР (72) 8.И.Каевицер, В.П.Синило и А,В.Скнаря (73) Институт радиотехники и электроники (56) Патент США N. 4308599, кл. G 01 S

15/02, 1981.

Pranz- Lebel aloura1y апаИзй of Stereo

heit - looking radar Photogrammetric

Engineering апд Remote senpig U5, N 8, august, 1979, 1083 — 1096. (54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ГЛУБИНЫ МОРЯ (57) Изобретение относится к области гидроакуйики и может быть использовано в гидрографии для площадной съемки глубин дна. Цель изобретения — повышение точности измерения глубины и оперативное получение

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 доппле-. ровскому смещению частоты, и определяют глубину моря по формуле: н Гх, v) =Ri s — (- -„— -),(s) .,..!Ы„„1838802 АЗ 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 1 — (ЛRi/ARo ), где ARo

=С(К1 - К2)(Ч/ А)сов а, V — скорость движения носителя, С вЂ” скорость звука в воде, il— длина волны зондирующего сигнала, а— угол между проекциями на плоскость вектора скорости движения носителя и направлением на деталь рельефа, Л R — разность измеренных наклонных дальностей (парал- локс), Ri — наклонная дальность до детали рельефа. К1, Кг — коэффициенты чувствительности зондирующих сигналов к допплеровскому смещению частоты, 5 ил. где ЛР =С(К1 — К2); сова, V

V — скорость движения носителя, С вЂ” 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, ЬЙ вЂ” разность измеренных наклонных дальностей(параллакс), Ri — наклонная дальность до детали рельефа, К>, К вЂ” коэффициенты чувствительности зондирующих сигналов к допплеровскому смещению частоты.

00 (лЭ

С>

Ы

1838802

Справедливость формулы (1) следует из геометрических соотношений на рис.1, на котором показано взаимное расположение движущегося носителя (т.0) и детали элемента рельефа дна (т.А), 5

На рис,2 показана структурная схема устройства для реализации предложенного способа. Нэ рис.3 показаны зависимости величины параллакса A Rt при ровном дне для двух значений глубины Н (х,у), соответственно, 1000 м и 1100 м (графики 1 и 2) от расстояния до рассеивающего участка относительно подлокаторной точки на дне t (x,ó) и разности параллаксов (ARt.- ARz) (график 3) для различных участков дна (! (х,у)), рассчитанные для случая однонаправленного ЛЧМ и короткого тонального сигналов.

На фиг.4 и 5 представлены схемы блоков 6 и 7, соответственно. На рис.2:1 — первая приемопередающая антенна первого гид- 29 ролокатора бокового обзора, 2 — вторая приемопередающая антенна второго гидролокатора, 3 — первый гидролокатор бокового обзора, 4 — второй гидролокатор бокового обзора, 5 — высокостабильйый кварцевый генератор, 6 — вычислитель:раз- . ности наклонных дальностей (параллакса}, 7 . — вычислитель глубин, 8 — графопостроитель профилей глубин, 9 — блок установки величин постоянных параметров и ввода теку- 30 щих 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 35 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, 40 соответственно, с первым и вторым входами вычислителя разности наклонных дальностей (6), выход которого соединен через вычислитель глубины (7) с графопостроителем профилей глубин (8), причем второй 45 вход вычислителя глубины (7) соединен с блоком установки величин постоянных параметров и ввода текущих координат (9).

Пример осуществления способа.

Зондирующие сигналы, сформирован- 50 ныев первом(3) и BTopGM(4) гидролокаторах бокового обзора, излучают в окружающее пространство, соответственно, первой (1) и второй (2) приемопередающими антеннами, диаграммы направленности которых повер- 55 нуты на угол а к линии движения носителя, Эхосигналы, рассеянные деталями рельефа дна, через первую (1) и вторую (2) приемопередэющие антенны .поступают, соответственно в первый (3) и второй (4) гидролокэторы бокового обзора, в которых вычисляют распределение мощности зхосигналов по дальности. Дальность до каждого элемента разрешения R) определяется временем распространения st акустического сигнала до него и обратно и чувствительностью сигнала к допплеровскому смещению частоты К согласно следующему выражению: (2} где К, например; для ЛЧМ зондирующего сигнала определяется наклоном большой полуоси эллипса функции неопределенности на плоскости (т, f} и его модуль равен

Ти —. В частности. для короткого тонального п и линейно-частотно-модулированного сигналов формулы (1) для определения глубин имеет следующий вид: где Ь R = + С вЂ” „. —,г- Cos а, Ти V

R) — наклонная дальность. измеренная по короткому тональному сигналу, ч — скорость звука в воде, равна 1500 м(с, С вЂ” длина волны зондирующего сигнала, а- угол между проекциями нэ плоскость дна вектора скорости движения носителя и направления на деталь рельефа, Л R — разность измеренных наклонных дальностей (параллакс), Т вЂ” длительность ЛЧМ сигнала, Fm — 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 ЬR для каждой детали рельефа дна основана 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 взаимнокорреляционной функции эхосигнэлов от

1838802 выбранной детали в обоих изображениях определяется ее параллакс AR.

Оценку точности измерения глубины дй ным способом произведем сравнением величины разности пэраллаксов Л Ri u

Ь kz соответствующим двум значениям величины Н (х,у), с разрешэющей способностью зондирующего сигналэ. На рис. 3 (график 1), показана зависимость величины параллакса AR> додеталей А(х,у), при ровной дне нэ глубине Н (х,у) =- Н (0,0) = 1000 м от диэпазонэ дальностей! (х,у) при а = 60, Т - 1 c Fm = 64 Гц, Ч = 5 м/с и il = 1,0 м для случая однонэправленного ЛЧМ и короткого тонального зондирующих сигналов, рассчитанная по следующей формуле:

ЬВ =+ cosy, ЧТи fo

Fm (4) С где f> =.1- несущая частота зондирующего сиГнэла, а величина cos p, как следует из рис. 1 (треугольники ОВА и 0CA), равна: (5) cos p—

Ь= =12 м

2 Fm

Таким образом, можно сделэть вывод, что для данных параметров сигнала и условий измерений, точность измерения глубин дэнным способом составляет = 100 м. Для увеличения точности можно использовать двэ ЛЧМ сигнала с различными напрэвленмями изменения частоты (растущая, пэдающэя). При этом точность измерения глубин улучшается в 2 раза. Дальнейшее увеличение точности связано с изменением параметров сигнала К и Л .

Н (О. О)+! (х, у)

Отклонения от регулярного хода графика 1, показанного нэ рис, 3, будут соответствовать колебаниям глубины относительно плоскости Н (0,0). Нэ грэфике 2 (рис.3) приведен ход изменения Л Р2 при увеличении гл бины Н (х,у) нэ 100 м для плоского днэ, а нй графике 3 — разность между значениями ЛЙ первого и второго графиков (ЬЯ1 - ЛВ2). Из графика 3 видно, что при изменении глубины на 100 м в диэпээоне Р от 300 м до 1800 м разность измеренных значений (ЛR1- ЛR2) (т.А и В) превышает рэзрешэющую способность сигнала, равную, например, при использовании ЛЧМ сигнала и импульсного сигнала

Величина параллэксэ в цифровом виде с выходэ вычислителя (6) поступает на первый вход вычислителя глубины (7), где по формуле (1) с учетом значений величин, вхо5 дящих в нее постоянных параметров и твкущих координат носителя, поступающих на второй вход вычислителя (7), производится расчет глубин, значения которых также в цифровом виде поступают нэ грэфопостро10 итель профилей глубин, где огображэются в координатах Н (х,у), либо с учетом координат носителя — в абсолютных географических координатах, Улучшение точности измерения глубин

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

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

Формула изобретения

25 Способ измерения глубины моря, основанный на излучении в бок и приеме зондирующего сигнэлэ с движущегося носителя, измерении наклонной дальности и определении глубины с учетом парэллэкса, о т л и30 ч а ю шийся тем, что, с целью повышения точности измерения глубины и оперативности получения данных о глубинах днэ, излучают. одновременно из одной точки двэ зондирующих сигнала с различной чуастви-

35 тельностью к допплеровскому смещению частоты зхосигналов и определяют глубину по следующей формуле

40 Н (Х, Y) =R 1 — (- =)

ЛР! 2 где h, R, = С (К) — К2 ) СНа, V

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 векторэ скорости движения носителя и направления на деталь рельефа;

Ь R — рэзность измеренных наклонных дальностей (параллакс), Ri — наклонная дальность до детали рельефа, К1, К2 — коэффициенты чувствительности зондирующих сигналов к допплеровскому смещению частоты.

1838802

goa1

AF МЯУЧУ ЯОО ЫОО 749YP000

Ф Л 4 - 4, гМ

3838802. 1838802

Составитель А,Зарубин

- Техред М.Моргентал Корректор И,Шулла.

Редактор

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Заказ 2925 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб.; 4/5