Способ подледного приема сигналов спутниковых навигационных систем и устройство для его осуществления

Способ подледного приема сигналов спутниковых навигационных систем и устройство для его осуществления

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение относится к области использования спутниковых навигационных систем (СНС) и может быть применено для скрытной коррекции инерциальной навигационной системы подводного объекта при нахождении его подо льдом.

Известен способ приема сигналов СНС на антенну, находящуюся над водой, включающий поиск с помощью эхоледомера и телевизионных средств полыньи требуемых размеров, всплытие объекта в полынье без хода, прием сигналов СНС на «сухую» антенну, находящуюся над водой, и определение вычислительным путем обсервованных координат подводного объекта (Полмер Н. Атомные подводные лодки. - М.: Атомиздат, 1965, с.61, 62, 63).

Недостатками известного способа являются:

- необходимость поиска полыней или разводий требуемых размеров в течение длительного времени (от нескольких часов до нескольких суток, как показывает опыт, что накладывает ограничения на возможность определения обсервованных координат подводного объекта в произвольное время;

- наличие риска повреждения прочного корпуса и выдвижных устройств при проламывании ледового покрова.

Известен способ подледного приема сигналов СНС, наиболее близкий по технической сущности с заявленным способом, включающий приледнение подводного объекта рубкой к нижней кромке ледового покрова, образование полости во льду, размещение в ней антенны приемника СНС, удаление из полости воды, прием антенной через лед сигналов СНС и определение по ним путем вычисления обсервованных координат подводного объекта (Патент №2119703 на изобретение «Способ подледного приема сигналов спутниковых навигационных систем». Патентообладатель: Катенин Владимир Александрович. Приоритет изобретения: 22 мая 1997 г.

Известно устройство для осуществления данного способа подледного приема сигналов СНС, наиболее близкое по технической сущности с заявленным устройством, содержащее антенну приемника СНС, выполненной в виде головки механического бура, или электротермического бура, или паровоздушного устройства, представляющего собой полую трубу диаметром до 200 мм, внутри которой проложен трубопровод воздуха высокого давления и паропровод, когда для создания полости во льду используется паровоздушное устройство; выдвижное устройство перемещается в вертикальной плоскости и вращается с помощью редуктора от электромотора; приемник сигналов СНС, вход которого соединен с выходом антенны (см. там же).

Недостатком известного способа подледного приема сигналов СНС и устройства для его реализации является то, что при их использовании, исходя из технической сущности, получают информацию, по которой возможно определить вычислительным путем только лишь обсервованные координаты подводного объекта, и невозможно определение вычислительным путем по этой же информации поправку к истинному курсу подводного объекта, вырабатываемого инерциальной навигационной системой (ИНС). Следовательно, не представляется возможным осуществить скрытную коррекцию истинного курса ИНС подо льдом.

Отсутствие возможности осуществления периодической коррекции по истинному курсу бортовой инерциальной навигационной системы обусловливает наличие в вырабатываемых ею счислимых координатах существенной погрешности, которая изменяется с течением времени и условий плавания, как показывает практика, по неизвестному закону.

В настоящее время в России и за рубежом отсутствуют способ и устройство скрытного определения поправки к истинному курсу подводного объекта, вырабатываемому бортовой инерциальной навигационной системой при его плавании под водой и тем более подо льдом.

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей известных способа и устройства подледного приема сигналов СНС путем дополнительного обеспечения определения с требуемой точностью поправки к истинному курсу, вырабатываемому инерциальной навигационной системой подводного объекта, при нахождении его подо льдом.

Указанный результат достигается тем, что в способе подледного приема сигналов СНС, включающем приледнение подводного объекта рубкой к нижней кромке ледового покрова, образование полости во льду, расположение в ней антенны приемника СНС, удаление из полости воды, прием антенной через лед сигналов СНС и определение по ним вычислительным путем обсервованных координат подводного объекта в месте нахождения антенны на рубке, дополнительно приледняют нос подводного объекта к нижней кромке ледового покрова, образуют вторую полость во льду в месте приледнения носа, располагают в ней вторую антенну приемника СНС, удаляют из второй полости воду, затем одновременно производят прием сигналов СНС на две антенны, определяют вычислительным путем обсервованные координаты мест установки этих антенн и по полученным данным определяют вычислительным путем искомую поправку к истинному курсу подводного объекта, вырабатываемому его бортовой инерциальной навигационной системой.

Указанный результат достигается также тем, что в известном устройстве для осуществления способа подледного приема сигналов СНС, содержащем антенну приемника СНС, выполненную в виде головки, например, механического бура, которая закреплена в верхней части выдвижного устройства, представляющего собой полую трубу диаметром до 200 мм, внутри которой проложен трубопровод воздуха высокого давления; выдвижное устройство перемещается в вертикальной плоскости и вращается с помощью редуктора от электромотора, которое закреплено в определенном месте на рубке подводного объекта; приемник СНС, вход которого соединен с выходом антенны, дополнительно введена вторая антенна приемника СНС, выполненная также в виде головки механического бура, закрепленная на втором выдвижном устройстве, которое представляет собой также полую трубу диаметром 200 мм, внутри которой проложен трубопровод воздуха высокого давления, выдвижное устройство перемещается в вертикальной плоскости и вращается с помощью редуктора от электродвигателя, которое закреплено в установленном месте в носовой части подводного объекта; вторым приемником СНС, вход которого соединен с выходом второй антенны, блоком управления, блоком определения поправки к истинному курсу подводного объекта, вырабатываемому его бортовой ИНС, при этом блок управления соединен с входами двух приемников СНС и с входом блока определения поправки к истинному курсу подводного объекта, вход которого соединен с выходом двух приемников СНС.

Сущность изобретения заключается в том, что в заявленном способе подледного приема сигналов СНС и устройства для его осуществления производится приледнение подводного объекта к нижней кромке льда рубкой и носовой частью в местах, в которых установлены антенны приемников СНС, разнесенные на определенное расстояние между собой, производят ввод антенн в искусственно образованные полости во льду, освобождают полости от воды и принимают сигналы СНС на "сухие" антенны, по которым определяют обсервованные координаты мест размещения данных антенн и по полученным данным рассчитывают поправку к истинному курсу подводного объекта, вырабатываемому его бортовой ИНС.

Предложенное техническое решение обеспечивает скрытное (за счет нахождения подводного объекта в приледненном положении) получение навигационной информации для определения вычислительным путем искомой поправки к истинному курсу подводного объекта, вырабатываемому бортовой ИНС с требуемой точностью.

Предлагаемое техническое решение является новым, поскольку из общедоступных сведений не известны способ и устройства подледного приема сигналов СНС, обеспечивающих скрытное определение координат места и поправки к истинному курсу подводного объекта с требуемой точностью.

Предлагаемое техническое решение имеет изобретательский уровень, поскольку из опубликованных научных данных и известных технических решений явным образом не следует, что заявленная дополнительная новая совокупность действий совместно с действиями прототипа - способа подледного приема сигналов СНС - обеспечит получение информации для определения с требуемой точностью поправки к истинному курсу подводного объекта при нахождении его подо льдом.

Предлагаемое техническое решение промышленно применимо, так как для его реализации могут быть использованы стандартное оборудование и приспособления, используемые для изготовления морских приборов и технических средств, а также существующие технические средства навигации.

Пример выполнения

На фиг.1 схематически изображен способ подледного приема сигналов СНС.

На фиг.2 схематически изображена структурная схема для реализации способа подледного приема сигналов СНС.

Устройство для реализации заявленного способа подледного приема сигналов СНС содержит первую антенну 1 приемника сигналов СНС, выполненную в виде головки, например, механического бура, которая закреплена в верхней части выдвижного устройства 2, представляющую собой полую трубу диаметром до 200 мм, внутри которой проложен трубопровод с воздухом высокого давления; выдвижное устройство 2, перемещаемое по вертикали с помощью редуктора 3 от электродвигателя, которое закреплено в установленном месте на рубке подводного объекта 4, приемник сигналов СНС 5, вход которого соединен с выходом антенны 1, вторую антенну 6 приемника сигналов СНС, выполненную также в виде головки механического бура, которая закреплена в верхней части второго выдвижного устройства 7, перемещаемого по вертикали с помощью редуктора 8 от электродвигателя. Выдвижное устройство 7 установлено в заданном месте в носу подводного объекта 4, второй приемник сигналов СНС 9, вход которого соединен с выходом антенны 6, блоком управления 10, блоком определения поправки 11 к истинному курсу подводного объекта 4, при этом блок управления 9 соединен с входами приемников сигналов СНС 5 и 9 и с входом блока определения поправки 11 к истинному курсу подводного объекта 4, вход которого соединен с выходами приемников сигналов СНС 5 и 9.

Блок управления 10 может быть реализован на основе микропроцессора, обеспечивающего ввод-вывод информации и преобразование сигналов от нескольких датчиков, например, микропроцессор семейства A&R фирмы АТМЕС. Блок определения поправки к истинному курсу подводного объекта 4 может быть реализован, например, на основе ПЭВМ PC/AT фирмы IBM со специальным программным обеспечением.

Реализация заявленного способа подледного приема сигналов СНС устройством для его осуществления производится следующим образом.

При необходимости производства подледной обсервации и коррекции курса с помощью эхоледомера и телевизионного средства осуществляется поиск места, пригодного для приледнения подводного объекта 4 к нижней кромке ледового покрова 12 в местах, где установлены антенны 1 и 6. Затем с помощью выдвижных устройств 2 и 7 внедряют антенны 1 и 6 в полости 13 и 14, искусственно образованные во льду путем вращения головок данных антенн 1 и 6, удаляют из полостей 13 и 14 воду с помощью подачи воздуха высокого давления по трубам, проложенным в выдвижных устройствах 2 и 7 соответственно, производят прием через лед с космического аппарата 16 сигналов 15 СНС "сухими антеннами" 1 и 6, которые по командным сигналам блока управления 10 поступают на вход соответственно приемников 5 и 9, где вырабатываются электрические сигналы, пропорциональные обсервованным географическим координатам мест установки антенн 1 и 6, которые по электрическим командным сигналам, вырабатываемым блоком управления 10, поступают в блок определения поправки 11 к истинному курсу подводного объекта 4, где искомая поправка Δ_ик с учетом известных формул решения обратной геодезической задачи на небольших расстояниях ("Записки по гидрографии " №250, изд. ГУНиО МО, 2000, с.43-47) может быть вычислена по следующим формульным зависимостям:

Δ_ИК=А-ИК±δ;

где А - азимут прямой линии, соединяющий место установки антенн 1 и 6;

Х_В, У_В - прямоугольные географические координаты точки В в линейной мере;

ϕ_В, ϕ_С - сферические географические координаты мест расположения первой и второй антенн приемников сигналов СНС, определяются данными приемниками;

ИК - истинный курс подводного объекта 4, выработанный бортовой ИНС;

δ - угол, образованный прямой линией, соединяющей места установки антенн 1 и 6, и диаметральной плоскостью подводного объекта 4, который определяется в базе заблаговременно;

ϕ_а, λ_а и ϕ_b, λ_b - сферические географические координаты мест расположения первой и второй антенн приемников СНС,

а - большая полуось земного эллипсоида;

b - малая полуось земного эллипсоида;

е' - второй эксцентриситет земного эллипсоида.

В случае использования эллипсоида Красовского а=6378245 м;

b=6335552,6 м; е'=6,6934216×10^-3;

N - радиус кривизны первого вертикала;

М - радиус кривизны меридиального сечения.

При установке антенн 1 и 6 на прямой линии, параллельной диаметральной плоскости подводного объекта 4, угол δ=0.

Среднюю квадратическую погрешность m_Δик определения поправки Δ_ИК заявленным способом и устройством, исходя из технической сущности, определяют погрешностью азимута А. Ее с учетом теории вероятности можно вычислить по формуле

где М_о - радиальная средняя квадратическая погрешность определения обсервованных координат места установки антенн 1 и 6;

D - расстояние между антеннами, которое определяется в базе заблаговременно;

n - количество проведенных обсерваций.

Например, для случая, когда М_о=0,1 м, D=50 м, n=100, то m°_Δик составит 0,011°, что обеспечивает требуемую точность определения поправки m°, указанную в нормативных документах по навигации.

Технико-экономическая эффективность заявленных способа и устройства подледного приема сигналов СНС заключается в том, что впервые в мировой практике обеспечивается получение данных для вычисления поправки истинного курса, вырабатываемого ИНС подводного объекта скрытно подо льдом с требуемой точностью.

1. Способ подледного приема сигналов спутниковых навигационных систем (СНС), включающий приледнение подводного объекта рубкой к нижней кромке ледового покрова, образование полости во льду, расположение в ней антенны приемника СНС, удаление из полости воды, прием антенной через лед сигналов СНС и определение по ним обсервованных координат подводного объекта в месте установки антенны на рубке, отличающийся тем, что дополнительно приледняют нос подводного объекта к нижней кромке ледового покрова, образуют вторую полость во льду в месте приледнения носа, располагают в ней вторую антенну приемника сигналов СНС, удаляют из второй полости воду, затем производят прием сигналов СНС второй антенной, по полученным данным вычислительным путем определяют искомую поправку к истинному курсу подводного объекта, вырабатываемому бортовой инерционной навигационной системой.

2. Устройство для осуществления способа по п.1, содержащее антенну приемника сигналов спутниковых навигационных систем (СНС), выполненную в виде головки механического бура, которая закреплена в верхней части выдвижного устройства, представляющего собой полую трубу диаметром до 200 мм, внутри которой проложен трубопровод воздуха высокого давления, перемещаемого в вертикальной плоскости и вращаемого с помощью редуктора от электромотора, выдвижное устройство закреплено в заданном месте на рубке подводного объекта, приемник сигналов СНС, вход которого соединен с выходом антенны, отличающееся тем, что в него дополнительно введены вторая антенна приемника сигналов СНС, выполненная также в виде головки механического бура, закрепленная на втором выдвижном устройстве, которое также представляет собой полую трубу диаметром до 200 мм, внутри которой проложен трубопровод воздуха высокого давления, выдвижное устройство также перемещаемое в вертикальной плоскости и вращаемое с помощью редуктора от электродвигателя закреплено в заданном месте в носу подводного объекта, второй приемник сигналов СНС, вход которого соединен с выходом второй антенны, блок управления, блок определения поправки к истинному курсу подводного объекта, выработанному бортовой инерционной навигационной системой, при этом блок управления соединен с входами двух приемников сигналов СНС и с входом блока определения поправки к истинному курса подводного объекта, вход которого соединен с выходами двух приемников сигналов СНС.