Гидроакустическая синхронная дальномерная навигационная система для позиционирования подводных объектов в навигационном поле произвольно расставленных гидроакустических маяков-ответчиков

Гидроакустическая синхронная дальномерная навигационная система для позиционирования подводных объектов в навигационном поле произвольно расставленных гидроакустических маяков-ответчиков

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение относится к области гидроакустических навигационных систем и может быть использовано для навигационного обеспечения подводных аппаратов, работающих в ледовых условиях, затрудняющих доступ к ним обеспечивающего судна, и также может быть использовано при проведении сейсмических и геологоразведочных работ на морском дне с использованием буксируемых или телеуправляемых подводных аппаратов.

Акустические навигационные системы с ультракороткой базой производятся значительным количеством компаний для различных областей применения - от позиционирования аквалангистов на мелководье до определения местоположения объектов на больших глубинах и дальностях. Наиболее известными являются гидроакустические навигационные системы фирм IXSEA, SIMRAD, SONARDYNE, KONGSBERG, GeoAcoustics. Типовые характеристики систем средней дальности до 3 км имеют частоты в диапазоне 20-30 кГц, точность - единицы процентов наклонной дальности. Системы дальнего действия порядка 10 км работают в диапазоне частот 10-15 кГц, заявленная точность навигации некоторых систем достигает 0.1% наклонной дальности. Наиболее широкое применение имеют две навигационные системы типа POSIDONIA и HIPAP-500. Первая использует сложные сигналы и за счет этого имеет улучшения отношения сигнал/шум по сравнению с тональными посылками на 19 дБ. В настоящее время заявленная точность составляет 0.3% наклонной дальности. Вторая представляет собой мощную фазируемую антенну, состоящую из сотен независимых приемников, имеющую, по утверждению изготовителя, избыточность в количестве приемников, вычислительных средствах и математическом обеспечении. Заявленная точность составляет 0.1% наклонной дальности, угол обзора - 200 град в вертикальной плоскости. Система сбора акустических данных этой системы не уступает системам сбора данных, например многолучевых эхолотов высокого разрешения, однако имеет высокую стоимость.

Известные системы акустической навигации, использующие принцип ультракороткой базы, определяют пространственное положение позиционируемого объекта путем измерения времени пробега и направления прихода акустических волн, излученных маяком, установленным на этом объекте, с помощью многоэлементной приемной антенны. Измеренное время пробега пересчитывается с учетом профиля скорости звука в наклонную дальность, а направление прихода волны на поверхность антенны с учетом наклонов и азимута самой антенны позволяет определить точку, из которой излучение звука было произведено. Измерение времени пробега производится путем анализа формы принятого звукового сигнала, при этом точность измерения времени определяется шириной полосы приемного тракта и отношением сигнал/шум. Определение направления прихода звуковой волны в УКБ системах производится путем измерения разности фаз сигналов, принятых разными гидрофонами, с последующим пересчетом разности фаз в геометрические углы с учетом характерной длины волны акустического сигнала и пространственного разнесения приемников. Точность измерения направления при этом определяется дистанцией между приемниками и отношением сигнал/шум. Точность измерения времени пробега или, другими словами, точность определения положения объекта вдоль луча, не зависит от расстояния (при достаточно высоком уровне сигнала по сравнению с шумами) и для традиционных систем дальнего действия составляет доли метра. При фиксированном угловом разрешении ошибка измерения положения объекта поперек луча линейно увеличивается с дистанцией и, как правило, характеризуется в процентном отношении к наклонной дальности. Лучшие образцы УКБ систем имеют угловую точность порядка 0.1%, что при дальности порядка 5 км соответствует точности поперек луча 5 м. Поскольку конечной целью использования любой навигационной системы является определение географических координат объекта, угловое разрешение является главной характеристикой УКБ системы.

Техническая сущность известных гидроакустических систем для обеспечения подводной навигации изложена в источниках патентной информации (патенты RU №2084924 [1], RU №2084923 [2], RU №2289149 [3], RU №34020U [4], RU №2158431 [5], RU №2308454 [6], RU №2038127 [7], авторское свидетельство SU №713278 [8], RU №2365939 [9], RU №2371738 [10], WO №0123908 A1, 05.04.2001 [11] и в технической литературе: Милн П.Х. Гидроакустические системы позиционирования. - Л.: Судостроение, 1989 г., с.49-60 [12] и другие).

Наиболее близкими по своей сути к заявляемому объекту техники являются устройства, приведенные в патентных описаниях [3] и [8] и в источнике [12].

Известна гидроакустическая синхронная дальномерная навигационная система [12], состоящая из базы гидроакустических приемоответчиков, служащих для измерения времени распространения акустических сигналов от объекта навигации до маяков, устройства вычисления дистанции по измеренному времени распространения и известной скорости звука и устройства вычисления координат объекта навигации по найденным значениям дистанций, размещенного на судне обеспечения.

Недостатком такой системы является большая погрешность определения координат, связанная с изменчивостью скорости звука в морской среде.

Известна также гидроакустическая синхронная дальномерная навигационная система [8], содержащая донную базу из М гидроакустических приемоответчиков с различными частотами ответа, размещенные на объекте навигации передатчик, вход которого соединен с первым выходом генератора синхроимпульсов, М-канальный приемник, выходы которого подключены к входам М измерителей времени распространения гидроакустических сигналов до соответствующего приемоответчика и обратно, вторые входы которых соединены с вторым выходом генератора синхроимпульсов, M×N блоков преобразования временных интервалов в дистанции по числу N возможных лучевых траекторий, входы которых подключены к соответствующим выходам измерителей времени распространения, М блоков выбора максимального значения, входы которых соединены с выходами N блоков каждого из М каналов преобразования временных интервалов в дистанции, вычислитель координат объекта навигации, вход которого соединен с выходами М блоков выбора максимального значения.

Наличие в структуре навигационной системы блоков преобразования временных интервалов в дистанции, работающих по алгоритму, учитывающему изменчивость скорости звука и эффекты многолучевости, позволяет снизить погрешность определения координат. Такая система по технической сущности является наиболее близкой к предлагаемому изобретению.

Недостатком указанной навигационной системы является относительно малая дальность действия при работе объекта навигации вблизи дна и при использовании донных маяков-ответчиков, которая связана с эффектами рефракции звука вблизи дна. В основу технического решения [3] положена задача разработки гидроакустической синхронной навигационной системы с большей дальностью действия без увеличения погрешности определения координат объекта навигации. Поставленная задача известным устройством [3] решается тем, что в состав гидроакустической синхронной дальномерной навигационной системы дальнего действия, содержащей донную навигационную базу из М гидроакустических приемоответчиков с различными частотами ответа f_m (m=1-M), размещенные на объекте навигации генератор синхроимпульсов, акустический передатчик с частотой опроса f₀, вход которого соединен с первым выходом генератора синхроимпульсов. М-канальный приемник для приема ответных сигналов с частотами f_m, M измерителей времени распространения акустических сигналов до приемоответчика, работающего на частоте этого канала, и обратно, первые входы которых соединены с выходами М канального приемника, а вторые входы соединены с вторым выходом генератора синхроимпульсов, M×N блоков преобразования временных интервалов в дистанции по числу N возможных лучевых траекторий, входы которых соединены с выходами соответствующих измерителей времени распространения, М блоков выбора максимального значения дистанции, входы которых соединены с выходами N блоков преобразования временных интервалов в дистанции данного канала, вычислитель координат объекта навигации, первый вход которого соединен с выходами М блоков выбора максимального значения дистанций, введены дополнительно вторая донная навигационная база из М гидроакустических маяков-пингеров с различными частотами излучения F_m (m=1-M), механически связанных с соответствующими М маяками-ответчиками, содержащих М синхронно работающих генераторов синхроимпульсов, М передатчиков с различными рабочими частотами F_m, входы которых соединены с выходами генераторов синхроимпульсов, М гидроакустических излучателей с рабочими частотами F_m, входы которых соединены с выходами передатчиков с соответствующими рабочими частотами.

Кроме того, на объекте навигации дополнительно размещены второй генератор синхроимпульсов, работающий синхронно с генераторами синхроимпульсов маяков-пингеров, первый выход которого используется для синхронизации М синхронно работающих генераторов синхроимпульсов гидроакустических маяков-пингеров перед их установкой на дно, буксируемая приемная акустическая антенна, второй М канальный приемник для приема акустических сигналов маяков-пингеров, вход которого соединен с выходом буксируемой приемной акустической антенны, М измерителей времени распространения акустических сигналов от маяков-пингеров до объекта навигации, первые входы которых соединены с выходами второго М канального приемника, а вторые входы соединены с вторым выходом второго генератора синхроимпульсов, дополнительные М блоков преобразования временных интервалов в дистанции, входы которых соединены с выходами М измерителей времени распространения акустических сигналов от маяков-пингеров до объекта навигации, а выходы соединены с вторыми входами вычислителя координат объекта навигации, причем М гидроакустических излучателей маяков-пингеров и буксируемая приемная акустическая антенна расположены вблизи морского дна на расстоянии не более длины волны на рабочих частотах F_m, а дополнительные М блоков преобразования временных интервалов в дистанции вычисляют искомые расстояния r_m через измеренные времена распространения t_m по известной формуле с учетом скорости распространения придонной волны, предварительно вычисленной через параметры пограничных сред границы раздела вода - морское дно по известной формуле с учетом плотности и скорости звука в придонном слое воды и плотности и скорости звука в осадочном слое морского дна [3].

Существенным недостатками известной гидроакустической синхронной дальномерной навигационной системы дальнего действия [3] является то, что получение координат подводного объекта отягощено многочисленными и трудоемкими вычислениями, обусловленными учетом скорости распространения придонной волны, плотности и скорости звука. При проведении исследований в районах со сложным рельефом эффективность вычислений может привести к обратному результату, т.е. к проявлению дополнительной погрешности в итоговых результатах определения координат подводного объекта. Кроме того, с учетом того, что донная навигационная база расположена на дне, а приемник акустических сигналов находится на подводном объекте, т.е. на разных горизонтах по глубине, то в вычисления также необходимо вводить поправочные коэффициенты.

Задачей заявляемого технического решения является повышение надежности в определении координат подводного объекта посредством гидроакустической навигационной системы с одновременным сокращением трудоемкости определения координат.

Поставленная задача решается за счет того, что в гидроакустической синхронной дальномерной навигационной системе для позиционирования подводных объектов в навигационном поле произвольно расставленных гидроакустических приемоответчиков, содержащей донную навигационную базу из М гидроакустических приемоответчиков с различными частотами ответа f_m (m=1-M), размещенные на объекте навигации генератор синхроимпульсов, акустический передатчик с частотой опроса f₀, вход которого соединен с первым выходом генератора синхроимпульсов. М-канальный приемник для приема ответных сигналов с частотами f_m, M измерителей времени распространения акустических сигналов до приемоответчика, работающего на частоте этого канала, и обратно, первые входы которых соединены с выходами М-канального приемника, а вторые входы соединены с вторым выходом генератора синхроимпульсов, M×N блоков преобразования временных интервалов в дистанции по числу N возможных лучевых траекторий, входы которых соединены с выходами соответствующих измерителей времени распространения, М блоков выбора максимального значения дистанции, входы которых соединены с выходами N блоков преобразования временных интервалов в дистанции данного канала, вычислитель координат объекта навигации, первый вход которого соединен с выходами М блоков выбора максимального значения дистанций, М гидроакустических приемоответчиков снабжены М гидроакустическими маяками-пингерами, образующими дополнительную вторую донную навигационную базу из М гидроакустических маяков-пингеров с различными частотами излучения F_m (m=1-M), механически связанных с соответствующими М гидроакустическими маяками-ответчиками, содержащих М синхронно работающих генераторов синхроимпульсов, М передатчиков с различными рабочими частотами F_m, входы которых соединены с выходами генераторов синхроимпульсов, М гидроакустических излучателей с рабочими частотами F_m, входы которых соединены с выходами передатчиков с соответствующими рабочими частотами, на объекте навигации дополнительно размещены второй генератор синхроимпульсов, работающий синхронно с генераторами синхроимпульсов гидроакустических маяков-пингеров, первый выход которого используется для синхронизации М синхронно работающих генераторов синхроимпульсов гидроакустических маяков-пингеров перед их установкой на дно, буксируемая приемная акустическая антенна, второй М-канальный приемник для приема акустических сигналов гидроакустических маяков-пингеров, вход которого соединен с выходом буксируемой приемной акустической антенны, М измерителей времени распространения акустических сигналов от гидроакустических маяков-пингеров до объекта навигации, первые входы которых соединены с выходами второго М-канального приемника, а вторые входы соединены с вторым выходом второго генератора синхроимпульсов, дополнительные М блоков преобразования временных интервалов в дистанции, входы которых соединены с выходами М измерителей времени распространения акустических сигналов от гидроакустических маяков-пингеров до объекта навигации, а выходы соединены с вторыми входами вычислителя координат объекта навигации, причем М гидроакустических излучателей гидроакустических маяков-пингеров и буксируемая приемная акустическая антенна расположены вблизи морского дна на расстоянии не более длины волны на рабочих частотах F_m, а дополнительные М блоков преобразования временных интервалов в дистанции вычисляют искомые расстояния r_m через измеренные времена распространения t_m, в отличие от прототипа [3] на объекте навигации установлен приемоиндикатор приема спутниковых сигналов, первая приемная антенна которого установлена на его корпусе, а вторая приемная антенна - на блоке счетчике перемещений кабель-троса, соединяющего объект навигации с буксируемой приемной акустической антенной, и еще n приемных антенн установлены на гидроакустических маяках-пингерах, М гидроакустических приемоответчиков снабжены якорем балластом с гидроакустическим размыкателем, антенна М-канального приемника выполнена цилиндрической формы из М гидрофонов, образующих в горизонтальной плоскости две навигационные базы регистрации акустических сигналов, М гидроакустических приемоответчиков и маяков-пингеров и объект навигации снабжены датчиками измерения скорости звука в воде, гидродинамического давления, ориентации, вычислитель координат объекта навигации своими входами соединен с выходами блока выбора максимального значения дистанции в М-м канале, приемоиндикатора спутниковых радиосигналов, датчиков измерения гидродинамического давления, скорости звука и ориентации.

В заявляемой гидроакустической синхронной дальномерной навигационной системе для позиционирования подводных объектов в навигационном поле произвольно расставленных гидроакустических приемоответчиков общими существенными признаками для нее и для ее прототипа являются:

- гидроакустическая синхронная дальномерная навигационная система дальнего действия, содержащая донную навигационную базу из М гидроакустических приемоответчиков с различными частотами ответа f_m (m=1-M);

- размещенные на объекте навигации генератор синхроимпульсов, акустический передатчик с частотой опроса f₀, вход которого соединен с первым выходом генератора синхроимпульсов;

- М-канальный приемник для приема ответных сигналов с частотами f_m;

- М измерителей времени распространения акустических сигналов до приемоответчика, работающего на частоте этого канала, и обратно, первые входы которых соединены с выходами М-канального приемника, а вторые входы соединены с вторым выходом генератора синхроимпульсов;

- M×N блоков преобразования временных интервалов в дистанции по числу N возможных лучевых траекторий, входы которых соединены с выходами соответствующих измерителей времени распространения;

- М блоков выбора максимального значения дистанции, входы которых соединены с выходами N блоков преобразования временных интервалов в дистанции данного канала;

- вычислитель координат объекта навигации, первый вход которого соединен с выходами М блоков выбора максимального значения дистанций;

- вторая донная навигационная база из М гидроакустических маяков-пингеров с различными частотами излучения F_m (m=1-M), механически связанных с соответствующими М маяками-ответчиками, содержащими:

- М синхронно работающих генераторов синхроимпульсов;

- М передатчиков с различными рабочими частотами F_m, входы которых соединены с выходами генераторов синхроимпульсов;

- М гидроакустических излучателей с рабочими частотами F_m, входы которых соединены с выходами передатчиков с соответствующими рабочими частотами;

- размещенный на объекте навигации второй генератор синхроимпульсов, работающий синхронно с генераторами синхроимпульсов маяков-пингеров, первый выход которого используется для синхронизации М синхронно работающих генераторов синхроимпульсов гидроакустических маяков-пингеров перед их установкой на дно;

- буксируемая приемная акустическая антенна;

- второй М-канальный приемник для приема акустических сигналов маяков-пингеров, вход которого соединен с выходом буксируемой приемной акустической антенны;

- М измерителей времени распространения акустических сигналов от маяков-пингеров до объекта навигации, первые входы которых соединены с выходами второго М-канального приемника, а вторые входы соединены с вторым выходом второго генератора синхроимпульсов;

- дополнительные М блоков преобразования временных интервалов в дистанции, входы которых соединены с выходами М измерителей времени распространения акустических сигналов от маяков-пингеров до объекта навигации, а выходы соединены с вторыми входами вычислителя координат объекта навигации;

- М гидроакустических излучателей маяков-пингеров и буксируемая приемная акустическая антенна расположены вблизи морского дна на расстоянии не более длины волны на рабочих частотах F_m;

- дополнительные М блоков преобразования временных интервалов в дистанции вычисляют искомые расстояния r_m через измеренные времена распространения t_m. Сопоставительный анализ существенных признаков заявляемой гидроакустической синхронной дальномерной навигационной системы для позиционирования подводных объектов в навигационном поле произвольно расставленных гидроакустических приемоответчиков и прототипа показывает, что первая в отличие от прототипа имеет следующие отличительные признаки:

- дополнительная вторая донная навигационная база из М гидроакустических маяков-пингеров с различными частотами излучения F_m (m=1-M), механически связанных с соответствующими М маяками-ответчиками, также связана электрически с теми же соответствующими М маяками-ответчиками;

- на объекте навигации установлен приемоиндикатор приема спутниковых сигналов, первая приемная антенна которого установлена на его корпусе, а вторая приемная антенна - на блоке счетчике перемещений кабель-троса, соединяющего объект навигации с буксируемой приемной акустической антенной, и еще n приемных антенн установлены на маяках-пингерах дополнительной второй донной базы;

- М гидроакустических приемоответчиков снабжены якорем балластом с гидроакустическим размыкателем;

- антенна М-канального приемника выполнена цилиндрической формы из М гидрофонов, образующих в горизонтальной плоскости две навигационные базы регистрации акустических сигналов;

- вычислитель координат объекта навигации своими входами соединен с выходами блока выбора максимального значения дистанции в М-м канале, приемоиндикатора спутниковых радиосигналов, датчиков измерения гидродинамического давления, скорости звука и ориентации;

- М гидроакустических приемоответчиков и маяков-пингеров, объект навигации и буксируемая приемная акустическая антенна снабжены датчиками измерения скорости звука в воде, гидродинамического давления, ориентации.

Совокупность новых отличительных признаков заявляемого объекта техники обеспечивает получение технического результата, заключающегося в повышение надежности в определении координат подводного объекта посредством гидроакустической навигационной системы с одновременным сокращением трудоемкости определения координат за счет того, что исключаются многочисленные вычисления значений скорости распространения придонной волны, плотности и скорости звука в придонном слое воды, плотности и скорости звука в осадочном слое морского дна, обеспечивается информационная избыточность при определении координат подводного объекта навигации, что уменьшает погрешность определения координат подводного объекта навигации.

Сущность заявляемого технического решения поясняется чертежами.

Фиг.1. Блок-схема устройства.

На чертеже и в описании приняты следующие обозначения:

1_m - приемоответчик m-го канала с гидроакустическим маяком-пингером 1_n, 2 - передатчик акустических импульсов запроса на частоте f₀, 3 - первый М-канальный приемник акустических сигналов ответа на частотах f_m, 4_m - измеритель времени распространения акустических сигналов до маяка-ответчика и обратно в m-м канале, 5_m - блок выбора максимального значения дистанции в m-м канале, 6_mn (m=1-M, n=1-N) - блок преобразования временных интервалов в дистанции, 7 - вычислитель координат объекта навигации, 8 - первый генератор синхроимпульсов, 9_m - генератор синхроимпульсов m-го гидроакустического маяка-пингера, 10m - передатчик m-го гидроакустического маяка-пингера, 11m - излучатель m-го гидроакустического маяка-пингера, 12 - второй генератор синхроимпульсов, 13 - буксируемая приемная акустическая антенна, 14 - второй М-канальный приемник акустических сигналов гидроакустических гидроакустических маяков-пингеров, 15_m - измеритель времени распространения акустических сигналов от гидроакустического маяка-пингера до объекта навигации, 16_m - дополнительный блок преобразования временных интервалов в дистанции m-го канала, 17 - приемоиндикатор спутниковых радиосигналов, 18 - датчик измерения скорости звука, 19 - датчик измерения гидродинамического давления, 20 - датчик ориентации.

Фиг.2. Подводный объект навигации (фиг.2а - вид сбоку, фиг.2б - вид справа, фиг.2в - вид спереди). На фиг.2 позициями обозначены антенна 21 приемника акустических сигналов 2, излучатель 22 передатчика акустических сигналов 2, блок электроники 23, блок предварительных усилителей 24, датчик измерения скорости звука 18, датчик определения гидродинамического давления 19, датчик ориентации 20, гидрофоны 25, стабилизаторы гидродинамические 26, груз котировочный 27, кардан 28, датчик уклонов 29 кабель-троса 30, дышло 31, блок счетчик 32, антенна 33 приемоиндикатора 17 спутниковых сигналов, обтекатель 34, плита 35 стальная, кронштейн 36 перфорированный.

Фиг.3. Временные диаграммы сигналов «ЗАПРОС» (фиг.3а) и «ОТВЕТ» (фиг.3б) донных гидроакустических приемоответчиков.

Фиг.4. Временные диаграммы сигналов «ЗАПРОС» (фиг.4а), «ОТВЕТ» (фиг.4б), «ВСПЛЫТИЕ» (фиг.4в) гидроакустических маяков-пингеров.

Фиг.5. Функциональная схема приемника акустических сигналов 2. Приемник акустических сигналов 2 состоит из усилителя-ограничителя 37, предназначенного для усиления и нормирования сигнала, поступающего на вход приемника с антенны донного приемопередатчика, двухканальной схемы квадратурного детектирования и фильтрации 38, состоящей из перемножителей 39 и 40, ФНЧ 41 и ФНЧ 42 схем 43 принятия решения о наличии Fд - один канал, ФН 44, ФНЧ 45 и схемы 46 принятия решения о наличии Fи - другой канал, декодера 47 гидроакустических сигналов (декодера команд), фазовращателя 48, переключателя опорных частот 49, генератора 8192 Гц - 50, синтезатора частот 51, формирователя 52 сигнала "ответ", усилителя мощности 53, с которого сигнал через излучающую антенну 22 транслируется через гидросферу к донным гидроакустическим приемоответчикам 1₁, 1₂, 1_м и гидроакустическим маякам-пингерам 1_п.

Фиг.6. Временные диаграммы приемника акустических сигналов в режиме "запрос-ответ".

Фиг.7. Конструкция гидроакустического маяка-пингера. Гидроакустический маяк-пингер 1_п состоит из корпуса 54 сферической формы, на котором установлена антенна излучателя 56, буй 57 с нулевой плавучестью, в котором установлена антенна приемоиндикатора спутниковой навигационной системы, блок электроники 58, блок питания 59, размыкатель 60 якоря-балласта 61, гидрофоны 62.

Заявляемое техническое решение предназначено для определения координат подводных объектов различного типа и назначения относительно различных типов гидроакустических приемоответчиков (маяков-ответчиков) в режиме с ультракороткой базой.

Такими подводными объектами могут быть автономные и буксируемые подводные аппараты, различные подводные научно-исследовательские приборы и станции, устройства и механизмы, обеспечивающие разведку и добычу полезных ископаемых, обследование подводных магистральных трубопроводов и морских объектов хозяйственной деятельности, имеющих конструктивные элементы и механизмы, расположенные на нескольких горизонтах по глубине, и может быть использовано при проведении океанографических и геологических исследованиях, добыче полезных ископаемых и других видах подводных работ преимущественно в локальных зонах.

Излучатель 22 и гидрофоны 25 образуют общую гидроакустическую приемопередающую антенну, которая предназначена для работы в составе гидроакустической навигационной системы с ультракороткой базой (ГАНС-УКБ). Гидроакустическая приемопередающая антенна предназначена для излучения и приема акустических сигналов для последующего определения положения акустического маяка в определенном диапазоне дальностей относительно географических координат и может быть выполнена в трех вариантах в зависимости от типа подводных аппаратов. Для подводных аппаратов типа «Мир» и «Звук-6» с диапазоном дальностей действия антенн до 8000 м, подводного аппарата типа «Мезоскан-М» до 3000 м (аппараты типа Мезоскан-М) и для подводных аппаратов типа «Гном» и «Микросаунд» до 500 м соответственно.

В состав гидроакустической приемопередающей антенны входят многоканальная система приема, усилитель мощности, микроконтроллерный модуль управления и связи.

Гидроакустическая приемопередающая антенна обеспечивает излучение и прием сигналов, формат которых соответствует параметрам одного из маяков-ответчиков типа «МО-Д», «ГМО-6000», «ГМО-2000», «ГМО-200» и обеспечивает эквивалентную угловую точность не хуже 0.03° в режиме дальнего действия и 0.3° в режиме ближнего действия.

Датчик ориентации 20 представляет собой высокоточный инерциальный датчик типа гирокомпаса для измерения наклонов и курса гидроакустической приемопередающей антенны. В конкретной технической реализации применен датчик типа «U-PHINS» фирмы IXSEA. Аналогичные датчики ориентации 20 установлены на донных гидроакустических приемоответчиках, гидроакустических маяках-пингерах.

Датчик скорости звука представляет собой циклический скоростемер, представляющий собой замкнутое через воду акустическое кольцо синхронизации, образованное двумя акустическими преобразователями, усилителем и импульсным генератором, запускаемым по сигналам с выхода усилителя (1. Гусев М.Н., Яковлев Г.В. Гидроакустические доплеровские лаги // Судостроение за рубежом, 1976, №5, с.53-57. 2. Судовые измерители скорости / А.А.Хребтов, В.Н.Кошкарев и др. - Судостроение, 1978, с.133).

Датчик гидродинамического давления 19 представляет собой датчик, аналогом которого является датчик давления, приведенный в описании к патенту RU №2328757.

Каждая антенна 33 приемоиндикатора 17 спутниковой навигационной системы снабжена спутниковым радиоканалом типа «Sea Tooth». Для подъема антенны 33 спутникового радиоканала на поверхность может быть использована, например, морская лебедка типа «Лерок» или положительная плавучесть типа аварийного буя, применяемого на подводных лодках с установленными на них датчиками наклона и длины вытравленного троса.

На гидроакустическом маяке-пингере 1_п также установлены приемопередающая гидроакустическая антенна, предназначенная для преобразования акустических сигналов в электрические и преобразования электрических сигналов в акустические и блок электроники.

Вычислитель 7 координат объекта реализован на основе ПЭВМ PC/AT фирмы IBM с соответствующим программным обеспечением, а также на основе микропроцессора, обеспечивающего ввод-вывод информации и преобразование сигналов от всех регистрирующих и измерительных устройств гидроакустической навигационной системы типа микропроцессора семейства A8rR фирмы АТМЕС.

Схема размещения гидрофонов 25 (приемников) антенны для приема гидроакустических сигналов включает стальную плиту 35, кронштейн 36 перфорированный, расположенные во взаимно перпендикулярных плоскостях, на которых размещены гидрофоны 25 с образованием центрального массива гидрофонов 25 и установленные на стальной плите 6, а крайние гидрофоны, расположены по осям Х и Y на кронштейне 36 перфорированном. На кронштейне 36 перфорированном, также в установлены датчики определения скорости звука 18, гидродинамического давления 19 и ориентации 20 и излучатель 22.

В состав блока электроники 23 входят

- приемно-усилительное устройство, предназначенное для приема и усиления сигналов "ЗАПРОС", переданных с подводного объекта по гидроакустическому каналу связи;

- декодер сигнала "ЗАПРОС", который осуществляет декодирование сигнала "ЗАПРОС" и определяет момент прихода сигнала "ЗАПРОС";

- формирователь сигнала "ОТВЕТ", который предназначен для формирования сигнала "ОТВЕТ" после приема сигнала "ЗАПРОС";

- усилитель мощности, предназначенный для усиления до необходимого уровня сигнала "ОТВЕТ" с целью его передачи по гидроакустическому каналу связи;

- усилитель мощности, предназначенный для усиления до необходимого уровня сигнала «ВСПЛЫТИЕ» с целью передачи его по гидроакустическому каналу связи на маяк-прингер.

- блок питания, который обеспечивает электропитанием все электронные узлы блока электроники.

Блок электроники 23 размещен в прочном корпусе, который защищает его от воздействия гидростатического давления.

Донные гидроакустические приемоответчики устанавливаются по трассе или в районе выполнения исследовательских работ посредством подводных объектов, и их количество определяется масштабами проводимых исследований. Предлагаемая конструкция приемопередающей гидроакустической антенны позволяет осуществлять подводную навигацию при наличии двух маяков приемоответчиков. Определение координат места подводного объекта осуществляется аналогично известным способам и устройствам, приведенным в описаниях к патентам RU №2365939 (Способ навигации подводного объекта) и RU №2371738 (Гидроакустическая навигационная система). Навигация подводного объекта навигации относительно донных гидроакустических приемоответчиков и гидроакустических маяков-пингеров может осуществляеться как в режиме длинной базы (ДБ), ультракороткой базы (УКБ), так и в комбинированном режиме ДБ/УКБ. При этом подводный объект оснащается соответствующими режиму работы гидроакустическими приемопередающими антеннами, навигационным контроллером и программно-математическим обеспечением.

При обеспечении навигации подводного объекта на глубинах более 1 км используют частоты в диапазоне от 8 до 15 КГц, при этом энергетическая дальность связи с маяком приемоответчиком будет достигать 10-14 км, а погрешность определения координат подводного объекта составит 7-10 м в режиме ДБ и 0,3% от дальности в режиме УКБ и 0,5 градусов в режиме пеленгации. При рабочей глубине менее одного километра, целесообразно использовать рабочие частоты в диапазоне 25-35 кГц и работать в режиме УКБ. При этом максимальная дальность связи будет достигать порядка 3 км.

Каждый сигнал маяка приемоответчика имеет специальный формат и кодировку и несет в себе информацию о географических координатах, его индивидуальном номере. Наиболее оптимальная дальность связи в режиме УКБ при глубине погружения до 500 м - 1 км. Точность определения координат до 5 м.

Устройство в части обеспечения позиционирования подводного объекта представляет собой гидроакустическую навигационную систему с комбинированной системой гидроакустической навигации с длинной и ультракороткой базами, которая позволяет использовать режим пеленгации и обеспечить решение задачи выхода подводного объекта в точку установки маяка приемоответчика по трассе выполняемых работ. При этом гидроакустическая антенна маяков приемоответчиков как и подводного объекта представляет две имеющие общий центр базы и состоит из такого же количества приемников.

При этом, когда все гидрофоны производят прием на одной и той же рабочей частоте, реализуется режим определения задержки и направления прихода отклика от фиксированного маяка приемоответчика в режиме ультракороткой базы, а когда каждый из гидрофонов настроен на свою рабочую частоту, осуществляется режим измерения задержек от двух или нескольких донных маяков приемоответчиков в режиме длинной базы.

Диапазон рабочих глубин маяков приемоответчиков от 200 до 6000 м, наклонная дальность действия ГАНС-УКБ составляет от 20 до 8000 м, в зависимости от назначения подводного объекта. Диапазон рабочих частот для дальности связи до 500 м составляет 30-50 кГц, а для дальности связи до 8000 м составляет 7-14 кГц.

Режимы работы маяков приемоответчиков «ЗАПРОС-ОТВЕТ».

В этом режиме принимается сигнал запроса и излучает сигнал ответа. Запрос производится по гидроакустическому каналу связи, запрос адресный. Адрес определяется своей частотой запроса.

Диапазон частот сигнала "ЗАПРОС" - от 7 кГц до 10 кГц. Диапазон частот сигнала "ОТВЕТ" - от 10 кГц до 14 кГц. Формат сигнала "ЗАПРОС" - пачка из двух импульсов, каждый из которых заполнен своей частотой. Частота заполнения первого импульса 8192 Гц. Частота заполнения второго импульса находится в диапазоне от 9 кГц до 10 кГц. Длительность первого импульса 50 мс ± 1 мс, второго 10 мс ± 0,02 мс. Период следования 100 мс.

Первый импульс выводит маяк из "спящего" режима. По второму импульсу регистрируется время прихода сигнала и определяется адрес маяка.

Формат сигнала "ОТВЕТ" - пачка из двух импульсов, каждый из которых заполнен своей частотой. Частота заполнения первого импульса находится в диапазон