RU2434246C1 - Method of surveying bottom topography of water bodies and apparatus for realising said method - Google Patents
Method of surveying bottom topography of water bodies and apparatus for realising said method Download PDFInfo
- Publication number
- RU2434246C1 RU2434246C1 RU2010109969/28A RU2010109969A RU2434246C1 RU 2434246 C1 RU2434246 C1 RU 2434246C1 RU 2010109969/28 A RU2010109969/28 A RU 2010109969/28A RU 2010109969 A RU2010109969 A RU 2010109969A RU 2434246 C1 RU2434246 C1 RU 2434246C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- antenna
- unit
- receiving
- speed
- mapping
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Measurement Of Velocity Or Position Using Acoustic Or Ultrasonic Waves (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к гидрографии, в частности к способам и техническим средствам барометрической съемки рельефа дна путем определения глубин на заданной акватории с определением их геодезических координат.The invention relates to hydrography, in particular to methods and technical means for barometric surveying of the bottom topography by determining depths in a given water area and determining their geodetic coordinates.
Известен способ съемки рельефа дна акватории эхолотом [1], включающий прохождение судном с установленным на нем эхолотом заданными галсами на акватории, излучение гидроакустических сигналов в сторону дна, прием отраженных от дна сигналов, измерение расстояний от приемоизлучающей антенны эхолота до отражающей поверхности (точек дна), определение географических координат судна, определение геодезических координат приемоизлучающей антенны эхолота, измерение параметров бортовой, килевой и вертикальной качки, истинного курса и скорости судна, определение истинных значений глубин и их геодезических координат с последующей их регистрацией и индикацией.A known method of shooting the topography of the bottom of the water with an echo sounder [1], including the passage of a vessel with an echo sounder installed on it with predetermined tacks in the water, emitting hydroacoustic signals to the bottom, receiving signals reflected from the bottom, measuring distances from the receiving-emitting antenna of the echo sounder to the reflecting surface (bottom points) , determination of the ship’s geographic coordinates, determination of the geodetic coordinates of the echo-sounder receiving-emitting antenna, measurement of side, keel and pitching parameters, true heading and speed with bottom, determining the true values of the depths and geodetic coordinates with subsequent recording and display.
Известно также устройство для осуществления данного способа, представляющее собой эхолот [2], содержащий приемоизлучающую антенну, передающий блок, приемоизмерительный блок, блок управления, блок регистрации, обработки картирования рельефа дна, в котором выход приемоизлучающей антенны подключен к входу приемоизмерительного блока, выход передающего блока соединен с приемоизлучающей антенной, выходы приемоизлучающего блока подключены к входу блока регистрации, обработки и картирования рельефа дна, входы которого соединены с выходами судовых измерителей составляющих качки, курса, скорости и координат, а блок управления соединен с передающим блоком, приемоизмерительным блоком и блоком сбора информации, обработки и картирования рельефа дна.It is also known a device for implementing this method, which is an echo sounder [2] containing a transceiving antenna, a transmitting unit, a receiving unit, a control unit, a recording unit, processing for mapping the bottom topography, in which the output of the receiving unit is connected to the input of the receiving unit, output of the transmitting unit connected to the receiving-radiating antenna, the outputs of the receiving-radiating unit are connected to the input of the registration unit, processing and mapping of the bottom topography, the inputs of which are connected to the outputs with oud meters of components of pitching, heading, speed and coordinates, and the control unit is connected to a transmitting unit, a receiving and measuring unit and a unit for collecting information, processing and mapping the bottom topography.
Существенными недостатками известного способа и устройства являются сравнительно невысокая точность съемки рельефа дна акватории, не удовлетворяющая предъявляемым требованиям к гидрографической съемке (см., например: Правила гидрографической службы, №4 (ПГС, №4. - Съемка рельефа дна, часть 2. - Требования и методы), ГУНиО МО СССР, Л., 1984), а также существенная трудоемкость выполнения способа, что обусловлено необходимостью выполнения вычислений, связанных с определением поправок за отклонение действительной средней скорости звука в воде от используемых в вычислениях расчетных значений средней скорости звука в воде для конкретного эхолота, определяемой косвенным путем по измеренным значениям температуры, солености и плотности морской воды на принятых в практике стандартных горизонтах по глубине или путем непосредственного измерения скорости звука в равномерно распределенных точках по всей площади акватории.Significant disadvantages of the known method and device are the relatively low accuracy of surveying the topography of the bottom of the water area that does not meet the requirements for hydrographic survey (see, for example: Rules of the hydrographic service, No. 4 (ASG, No. 4. - Survey of the bottom relief, part 2. - Requirements and methods), GUNiO of the Ministry of Defense of the USSR, L., 1984), as well as the significant complexity of the method, due to the need to perform calculations related to determining corrections for the deviation of the actual average speed of sound in water from used in the calculation of the calculated values of the average speed of sound in water for a particular echo sounder, determined indirectly from the measured values of temperature, salinity and density of sea water at standard depth horizons accepted in practice or by directly measuring the speed of sound at evenly distributed points over the entire water area.
Ввиду того, что требуемая достоверность определения средней скорости звука, выполняемая расчетным путем, обеспечивается только в малой локальной пространственной области, в которой измеряется температура, соленость и плотность морской воды или непосредственно скорость распространения звука в воде для конкретного эхолота, то точность съемки рельефа дна в конечном итоге отягощается погрешностью, обусловленной влиянием мелкомасштабной и крупномасштабной изменчивости во времени ветрового перемещения и турбулентности внутренних волн, подводных течений. Эта погрешность может достигать 3% от измеряемой глубины (см., например: D.E. Dinn, B.D. Loncarevic et al. The effect of so und velocity errors on multibeam sonar depth accuracy // Proccedings of American Hydrograhic Symposium. 1995, p.1001-1009).Due to the fact that the required reliability of determining the average speed of sound, performed by calculation, is provided only in a small local spatial region in which the temperature, salinity and density of sea water are measured or directly the speed of sound propagation in water for a particular echo sounder, the accuracy of photographing the bottom topography in ultimately burdened by the error due to the influence of small-scale and large-scale variability in time of wind displacement and turbulence of internal waves, underwater currents. This error can reach 3% of the measured depth (see, for example: DE Dinn, BD Loncarevic et al. The effect of so und velocity errors on multibeam sonar depth accuracy // Proccedings of American Hydrograhic Symposium. 1995, p.1001-1009 )
В соответствии с требованиями стандарта Международной гидрографической организации (см., например: Записки по гидрографии. СПб., ГУНиО МО РФ, №248, 1999, с.27-32), на акваториях с глубинами свыше 200 м, на которых выполняется съемка в интересах безопасности судоходства, средняя квадратическая погрешность (СКП) определения глубины не должна превышать 0,3%.In accordance with the requirements of the standard of the International Hydrographic Organization (see, for example: Notes on hydrography. St. Petersburg, GUNiO of the Ministry of Defense of the Russian Federation, No. 248, 1999, p. 27-32), in areas with depths greater than 200 m, where shooting is carried out in In the interests of the safety of navigation, the mean square error (SEC) of determining the depth should not exceed 0.3%.
При использовании известного способа съемки рельефа и устройства для его осуществления СКП определения глубины составляет для глубин до 100 м от 0,7 до 3,5 м, а для глубин до 200 м от 2,3 до 11,0 м соответственно, что не удовлетворяет предъявляемым требованиям.When using the known method of shooting a relief and a device for its implementation, the UPC determines the depth for depths up to 100 m from 0.7 to 3.5 m, and for depths up to 200 m from 2.3 to 11.0 m, respectively, which does not satisfy the requirements.
При картировании рельефа дна СКП построения рельефа дна не должна превышать 0,5 мм в масштабе планшета, что в сочетании с погрешностью определения глубины известным способом и устройством для его осуществления в большинстве случаев не позволяет обеспечить и это требование.When mapping the bottom topography of the UPC, the bottom topography should not exceed 0.5 mm on the tablet scale, which, in combination with the error in determining the depth by a known method and device for its implementation, in most cases does not make it possible to provide this requirement.
Кроме того, при производстве съемки рельефа дна с последующим картированием рельефа дна, особенно в прибрежной зоне моря и в узкостях, необходимо иметь картографическую информацию как по суше, так и по прилегающей к ней акватории. Использование для этих целей типографских топографических и навигационных карт достаточно затруднительно. Одной из причин этого являются разные картографические проекции. Топографические карты строятся в проекции Гаусса-Крюгера, а навигационные в проекции Меркатора. Эта же причина является основным препятствием для использования растровых образов типографских карт в электронных геоинформационных системах, каковыми являются средства отображения картированной информации при выполнении съемки рельефа дна.In addition, when surveying the bottom topography with subsequent mapping of the bottom topography, especially in the coastal zone of the sea and in the narrowness, it is necessary to have cartographic information both by land and by the adjacent water area. The use of typographic topographic and navigation maps for these purposes is quite difficult. One of the reasons for this is different cartographic projections. Topographic maps are built in the Gauss-Krueger projection, and navigation maps in the Mercator projection. The same reason is the main obstacle to the use of raster images of printing cards in electronic geographic information systems, which are the means of displaying the mapped information when shooting the bottom topography.
Известен также способ съемки рельефа дна акватории и устройство для его осуществления [3], в котором технический результат, заключающийся в повышении точности, решается за счет того, что в способе съемки рельефа дна акватории эхолотом, установленным на судне, включающем излучение гидроакустических сигналов в направлении дна, прием отраженных от поверхности дна сигналов, измерение расстояний от приемоизлучающей антенны до дна, определение координат судна по внешним источникам информации, измерение бортовой, килевой и вертикальной качки, истинного курса и скорости судна, привязку результатов измерений по времени, определение истинных значений глубин с определением поправки за отклонение действительной скорости звука в воде от расчетной, картирование полученной информации с определением геодезических координат измеренных глубин, в котором при определении истинных глубин поправку за отклонение действительной скорости звука в воде от расчетной определяют в соответствии с зависимостью: ΔZv=Н(Сср/Co-1), где Н - глубина под килем (Н=Σ Citi/2), Ccp=Vc4fиcosαΔfд - средняя скорость распространения звука в воде; Со - скорость распространения звука в воде, на которую рассчитан эхолот, fи - частота излучения гидроакустического сигнала гидроакустическим доплеровским лагом, Δfд - доплеровский сдвиг частоты между излученным и отраженным гидроакустическими сигналами гидроакустического лага от морского дна, α - угол, образованный направлением излучения гидроакустического сигнала до поверхности дна и горизонтом, Vc - скорость судна, определенная по геодезическим координатам, Ci - скорость распространения звука в воде при измерении глубин эхолотом, ti - промежуток времени между излучением сигнала и приемом эхо-сигнала от дна, при картировании рельефа дна выполняют сопряжение топографических и навигационных растровых карт.There is also known a method of shooting the bottom topography of the water area and a device for its implementation [3], in which the technical result, which consists in increasing accuracy, is solved due to the fact that the method of shooting the topography of the bottom of the water area with an echo sounder installed on the vessel, including emitting hydroacoustic signals in the direction the bottom, receiving signals reflected from the bottom surface, measuring distances from the receiving-emitting antenna to the bottom, determining the coordinates of the vessel from external sources of information, measuring side, keel and pitching, the true heading and speed of the vessel, referencing the measurement results in time, determining the true depths with the correction for the deviation of the actual speed of sound in water from the calculated one, mapping the information obtained with determining the geodetic coordinates of the measured depths, in which, when determining the true depths, the correction for the deviation of the actual speed sound in water from the calculated one is determined in accordance with the dependence: ΔZ v = N (C av / C o -1), where N is the depth under the keel (N = Σ C i t i / 2), C cp = V c 4f and cosαΔf d - average speed sound propagation in water; С о is the speed of sound propagation in water for which the echo sounder is designed, f and is the frequency of the hydroacoustic signal emitted by the hydroacoustic Doppler lag, Δf d is the Doppler frequency shift between the emitted and reflected hydroacoustic signals of the hydroacoustic lag from the seabed, α is the angle formed by the radiation direction hydroacoustic signal to the bottom surface and the horizon, V c - vessel speed, determined by geodetic coordinates, C i - sound velocity in water when measuring depths with an echo sounder, t i - p The time interval between the emission of the signal and the reception of the echo signal from the bottom, when mapping the topography of the bottom, conjugate topographic and navigation raster maps.
При этом в устройство для осуществления способа, содержащее приемоизлучающую антенну, передающий блок, приемоизмерительный блок, блок управления и блок сбора, обработки информации и картирование рельефа дна акватории, в котором выход приемопередающей антенны подключен к входу приемоизмерительного блока, выход передающего блока соединен с приемоизлучающей антенной, выходы приемоизмерительного блока подключены к входу блока сбора обработки информации и картирования рельефа дна акватории, входы которого соединены с выходами судовых измерителей составляющих качки, курса, скорости и координат, а блок управления соединен с передающим блоком, приемоизмерительным блоком и блоком сбора информации, обработки и картирования рельефа дна, дополнительно введен блок определения средней скорости распространения звука в воде в направлении излучения гидроакустического сигнала, вход которого через блок управления соединен с выходом судового гидроакустического доплеровского измерителя скорости и выходом приемника радионавигационной или/и спутниковой навигационной системы, а выход соединен с входом блока сбора, обработки информации и картирования рельефа дна акватории.Moreover, in the device for implementing the method, comprising a transmitting antenna, a transmitting unit, a receiving unit, a control unit and a unit for collecting, processing information and mapping the topography of the bottom of the water area, in which the output of the transmitting antenna is connected to the input of the receiving unit, the output of the transmitting unit is connected to the receiving antenna , the outputs of the receiving and measuring unit are connected to the input of the unit for collecting information processing and mapping the relief of the bottom of the water area, the inputs of which are connected to the outputs of the ship and measuring components of pitching, heading, speed and coordinates, and the control unit is connected to a transmitting unit, a receiving-measuring unit and a unit for collecting information, processing and mapping the bottom topography, an additional unit for determining the average speed of sound propagation in water in the direction of emission of a hydroacoustic signal, the input of which through the control unit is connected to the output of the ship’s sonar Doppler speed meter and the output of the receiver of the radio navigation and / or satellite navigation system, and in The output is connected to the input of the unit for collecting, processing information and mapping the relief of the bottom of the water area.
Данный способ в отличие от аналогов, благодаря тому, что при определении истинных глубин поправку за отклонение действительной скорости звука в воде от расчетной определяют с учетом средней скорости распространения звука в воде через значения доплеровского сдвига частоты между излученным и отраженным гидроакустическими сигналами гидроакустического лага от морского дна, позволяет достичь технического результата, заключающегося в повышении точности съемки рельефа дна акватории.This method, unlike analogues, due to the fact that when determining the true depths, the correction for the deviation of the actual speed of sound in water from the calculated one is determined taking into account the average speed of sound propagation in water through the values of the Doppler frequency shift between the emitted and reflected hydroacoustic signals of the hydroacoustic lag from the seabed , allows to achieve a technical result, which consists in increasing the accuracy of shooting the relief of the bottom of the water area.
Однако ввиду того, что съемку осуществляют посредством измерительной аппаратуры, установленной на надводном судне, подверженном влиянию внешних условий, во время съемки присутствуют так называемые сбойные данные, которые при окончательной обработке измеренной информации бракуются. Наличие сбойных данных увеличивает время съемки, а соответственно и трудоемкость обработки.However, due to the fact that the survey is carried out by means of measuring equipment installed on a surface vessel subject to the influence of external conditions, the so-called faulty data are present during the survey, which are rejected during the final processing of the measured information. The presence of bad data increases the shooting time, and, accordingly, the complexity of processing.
Предусмотренный в аналогах и прототипе ввод поправок в зависимости от текущих значений рыскания, крена и дифферента носителя измерительной аппаратуры также в неполной мере устраняет погрешности измерения глубин акватории как из-за большой инерционности датчиков, так и из-за неравномерной потери энергии не только на пути от вибратора до дна и на самом дне (благодаря неполному отражению), но и на обратном пути.The amendments introduced in the analogues and prototype depending on the current values of yaw, roll and trim of the measuring equipment carrier also do not fully eliminate the errors in measuring the depths of the water area due to the large inertia of the sensors and to the uneven energy loss not only on the way from vibrator to the bottom and at the bottom (due to incomplete reflection), but also on the way back.
Еще более сложные условия возникают при излучении отраженных сигналов от какого-либо препятствия, находящегося в водной среде. Здесь приходится считаться с влиянием телесных углов, внутри которых распространяется поток энергии акустических волн: телесного угла, внутри которого вибратор посылает сигналы, и телесного угла, под которым площадь препятствия видна из центра датчика волн (см., например: Шулейкин В.В. Краткий курс физики моря. Л., Гидрометеоиздат, 1959, с.400-401).Even more complex conditions arise when the reflected signals are emitted from an obstacle in the aquatic environment. Here we have to reckon with the influence of solid angles inside which the flow of energy of acoustic waves propagates: solid angle, inside which the vibrator sends signals, and solid angle, at which the obstacle area is visible from the center of the wave sensor (see, for example: V. Shuleykin Short course of sea physics. L., Gidrometeoizdat, 1959, p. 400-401).
И если выполнение съемки известным способом обеспечивает необходимые требования для обеспечения судоходства, то при выполнении съемки в интересах поиска под слоем донного ила объектов и трубопроводов или определения параметров границ континентального шельфа требования по точности съемки не обеспечиваются.And if the survey in a known manner provides the necessary requirements for navigation, then when surveying in the interests of searching for objects and pipelines under the bottom silt layer or determining the parameters of the boundaries of the continental shelf, requirements for the accuracy of the survey are not provided.
Гидроакустический поиск в таких условиях сопровождается большим количеством ложных тревог.Hydroacoustic search in such conditions is accompanied by a large number of false alarms.
При выполнении съемки на акватории континентального шельфа для выполнения требований по точности необходимо исключить или уменьшить влияние погрешностей, которые носят систематический или медленно меняющийся характер, к которым относятся погрешности, вызванные пространственно-временной изменчивостью поля скорости звука в районе съемки; погрешности, вызванные отклонением мгновенного уровня от наблюдаемого на уровневом посту; погрешности, связанные с определением положения и ориентации приборной системы координат в судовую систему координат.When shooting in the continental shelf, to fulfill the accuracy requirements, it is necessary to exclude or reduce the influence of errors that are systematic or slowly changing in nature, which include errors caused by the spatio-temporal variability of the sound velocity field in the survey area; errors caused by the deviation of the instantaneous level from the observed at the level post; errors associated with determining the position and orientation of the instrument coordinate system in the ship coordinate system.
При поиске подводных объектов и трубопроводов при малой толщине ила заиленным трубопроводом необходимо использование только высоконаправленных систем для получения высокого разрешения. При этом система должна быть низкочастотной для хорошего проникновения сигнала в толщу донных осадков. Проблема контроля трубопроводов и определения параметров границ континентального шельфа возникает, как правило, на мелководье, что требует ограниченных габаритов антенн. С учетом сравнительно небольших размеров заиленных объектов необходимо использовать сканирование узкого параметрического луча.When searching for underwater objects and pipelines with a small thickness of silt by a silt pipeline, it is necessary to use only highly directional systems to obtain high resolution. In this case, the system must be low-frequency for good penetration of the signal into the thickness of bottom sediments. The problem of monitoring pipelines and determining the parameters of the boundaries of the continental shelf arises, as a rule, in shallow water, which requires limited dimensions of the antennas. Given the relatively small size of silted objects, it is necessary to use a scan of a narrow parametric beam.
Задачей настоящего технического решения является повышение точности съемки рельефа дна.The objective of this technical solution is to increase the accuracy of shooting the bottom topography.
Поставленная задача решается за счет того, что в способе съемки рельефа дна акватории, включающем излучение гидроакустических сигналов в направлении дна, прием отраженных от поверхности дна сигналов, измерение расстояний от приемоизлучающей антенны до дна, определение координат судна по внешним источникам информации, измерение бортовой, килевой и вертикальной качки, истинного курса и скорости судна, привязку результатов измерений по времени, определение истинных значений глубин с определением поправки за отклонение действительной скорости звука в воде от расчетной, картирование полученной информации с определением геодезических координат измеренных глубин, в котором при определении истинных глубин поправку за отклонение действительной скорости звука в воде от расчетной определяют в соответствии с зависимостью: ΔZv=Н(Сср/Co-1), где Н - глубина под килем (Н=ΣCiti/2), Ccp=Vc4fиcosαΔfд - средняя скорость распространения звука в воде, Со - скорость распространения звука в воде, на которую рассчитан эхолот, fи - частота излучения гидроакустического сигнала гидроакустическим доплеровским лагом, Δfд - доплеровский сдвиг частоты между излученным и отраженным гидроакустическими сигналами гидроакустического лага от морского дна, α - угол, образованный направлением излучения гидроакустического сигнала до поверхности дна и горизонтом, Vc - скорость судна, определенная по геодезическим координатам, Ci - скорость распространения звука в воде при измерении глубин эхолотом, ti - промежуток времени между излучением сигнала и приемом эхо-сигнала от дна, при картировании рельефа дна выполняют сопряжение топографических и навигационных растровых карт, в отличие от прототипа [3], дополнительно выполняют гидролокационное зондирование дна параметрическим гидролокатором со сканирующей характеристикой направленности, установленным на отличных горизонтах глубины от судовых гидроакустических средств с возможностью их перемещения как в вертикальной, так и в горизонтальной плоскостях методом секторного обзора со сканированием характеристики направленности в режиме излучения параметрической антенны с приемом отраженных сигналов антенной таких же размеров, как антенна накачки параметрической антенны, при этом ширина характеристики направленности в режиме приема превышает величину сектора обзора, а плоскость сканирования антенны отклонена относительно положения вертикальной локации на угол 15 градусов в сторону движения судна, а в устройство для осуществления способа, содержащее приемоизлучающую антенну, передающий блок, приемоизмерительный блок, блок управления и блок сбора, обработки информации и картирования рельефа дна акватории, в котором выход приемопередающей антенны подключен к входу приемоизмерительного блока, выход передающего блока соединен с приемоизлучающей антенной, выходы приемоизмерительного блока подключены к входу блока сбора и обработки информации и картирования рельефа дна акватории, входы которого соединены с выходами судовых измерителей составляющих качки, курса, скорости и координат, а блок управления соединен с передающим блоком, приемоизмерительным блоком и блоком сбора информации, обработки и картирования рельефа дна, блок определения средней скорости распространения звука в воде в направлении излучения гидроакустического сигнала, вход которого через блок управления соединен с выходом судового гидроакустического доплеровского измерителя скорости и выходом приемника радионавигационной или/и спутниковой навигационной системы, а выход соединен с входом блока сбора, обработки информации и картирования рельефа дна акватории, дополнительно введены параметрический гидролокатор со сканирующей характеристикой направленности, сочлененный с судном кабель-тросом и соединенный своими входами-выходами блока управления и входом блока сбора, обработки информации и картирования рельефа дна акватории, модуль визуализации области рельефа, соединенный своим входом с выходом блока сбора, обработки и картирования рельефа дна акватории.The problem is solved due to the fact that in the method of shooting the bottom topography of the water area, including emitting hydroacoustic signals in the direction of the bottom, receiving signals reflected from the bottom surface, measuring distances from the receiving-emitting antenna to the bottom, determining the coordinates of the vessel from external information sources, measuring the onboard, keel and vertical roll, the true heading and speed of the vessel, the binding of the measurement results in time, the determination of the true values of the depths with the determination of the correction for the deviation of the actual speed orosti sound in water from the calculated, mapping the received information to the definition of geodesic coordinates of the measured depths, wherein determining the true depth correction for the deviation of the actual speed of sound in water, the calculated is determined according to the relationship: ΔZ v = H (cf. / C o - 1), where H is the depth under the keel (H = ΣC i t i / 2), C cp = V c 4f and cosαΔf d is the average speed of sound propagation in water, С о is the speed of sound propagation in water for which an echo sounder is designed , f, and - the radiation signal frequency hydroacoustic sonar oplerovskim lag, Δf d - Doppler frequency shift between the emitted and the reflected sonar signals sonar lag from the seabed, α - angle formed by the direction of sonar signal emission to the bottom surface and the horizontal, V c - ship speed determined by geodetic coordinates, C i - the speed of sound propagation in water when measuring depths with an echo sounder, t i is the time interval between the emission of the signal and the reception of the echo signal from the bottom; when mapping the topography of the bottom, topographic and navigational raster charts, unlike the prototype [3], additionally perform sonar bottom sounding with a parametric sonar with a scanning directional characteristic installed at different depth horizons from ship’s sonar aids with the ability to move them both in vertical and horizontal planes using sector-wide scanning method scanning directivity characteristics in the radiation mode of a parametric antenna with the reception of reflected signals by an antenna of the same size, as a pump antenna of a parametric antenna, while the width of the directivity characteristic in the reception mode exceeds the size of the viewing sector, and the plane of scanning of the antenna is deflected relative to the position of the vertical location by an angle of 15 degrees in the direction of movement of the vessel, and to the device for implementing the method containing a receiving-radiating antenna, a transmitting unit , a receiving and measuring unit, a control unit and a unit for collecting, processing information and mapping the topography of the bottom of the water area, in which the output of the transceiver antenna is connected to the input of the receiving-measuring unit, the output of the transmitting unit is connected to the receiving-radiating antenna, the outputs of the receiving-measuring unit are connected to the input of the unit for collecting and processing information and mapping the topography of the bottom of the water area, the inputs of which are connected to the outputs of the ship meters, pitch, heading, speed and coordinates, and the control unit is connected to a transmitting unit, a receiving and measuring unit and a unit for collecting information, processing and mapping the bottom topography, a unit for determining the average speed of sound propagation in water in the radiation of the hydroacoustic signal, the input of which through the control unit is connected to the output of the ship’s hydroacoustic Doppler speed meter and the output of the radio navigation or / and satellite navigation system, and the output is connected to the input of the unit for collecting, processing information and mapping the topography of the bottom of the water area, an additional parametric sonar with a directivity scanning characteristic articulated with a ship by a cable-cable and connected by its inputs and outputs of the control unit and the input the house of the block for collecting, processing information and mapping the relief of the bottom of the water area, a module for visualizing the area of relief, connected by its input to the output of the block for collecting, processing and mapping the relief of the bottom of the water area.
Сущность изобретения поясняется чертежами (фиг.1-6).The invention is illustrated by drawings (Fig.1-6).
Фиг.1 - структурная блок-схема устройства. Устройство состоит из приемоизлучающей антенны 1, передающего блока 2, приемоизмерительного блока 3, блока управления 4, блока определения средней скорости распространения звука в воде 5, блока сбора, обработки информации и картирования рельефа дна 6, параметрического гидролокатора 7 со сканирующей характеристикой направленности, кабель-тросса 8, модуля визуализации области рельефа 9.Figure 1 is a structural block diagram of a device. The device consists of a receiving-radiating antenna 1, a transmitting unit 2, a receiving unit 3, a control unit 4, a unit for determining the average speed of sound propagation in water 5, a unit for collecting, processing information and mapping the topography of the bottom 6, a parametric sonar 7 with a scanning directional characteristic,
Выход приемопередающей антенны 1 подключен к входу приемоизмерительного блока 3, выход передающего блока 2 соединен с приемоизлучающей антенной 1, выходы приемоизмерительного блока 3 подключены к входу блока сбора, обработки информации и картирования рельефа дна акватории 6, входы которого соединены с выходами судовых измерителей составляющих качки, курса, скорости и координат, а блок управления 4 соединен с передающим блоком 2, приемоизмерительным блоком 3 и блоком сбора информации, обработки и картирования рельефа дна 6, в который дополнительно введен блок определения средней скорости распространения звука в воде 5 в направлении излучения гидроакустического сигнала, вход которого через блок управления 4 соединен с выходом судового гидроакустического доплеровского измерителя скорости и выходом приемника радионавигационной или/и спутниковой навигационной системы, а выход соединен с входом блока сбора, обработки информации и картирования рельефа дна 6 акватории, параметрический гидролокатор 7 со сканирующей характеристикой направленности, сочлененный с судном кабель-тросом 8 и соединенный своими входами-выходами блока управления 4 и входом блока сбора, обработки информации и картирования рельефа дна акватории 6, модуль визуализации области рельефа 9, соединенный своим входом с выходом блока сбора, обработки и картирования рельефа дна акватории 9.The output of the transceiving antenna 1 is connected to the input of the receiving-measuring unit 3, the output of the transmitting unit 2 is connected to the receiving-radiating antenna 1, the outputs of the receiving-measuring unit 3 are connected to the input of the unit for collecting, processing information, and mapping the topography of the bottom of the water area 6, the inputs of which are connected to the outputs of the ship meters of pitching components, heading, speed and coordinates, and the control unit 4 is connected to the transmitting unit 2, the receiving-measuring unit 3 and the unit for collecting information, processing and mapping the topography of the bottom 6, in which A unit for determining the average speed of sound propagation in water 5 in the direction of emission of a hydroacoustic signal has been introduced, the input of which through the control unit 4 is connected to the output of the ship’s hydroacoustic Doppler speed meter and the output of the receiver of the radio navigation and / or satellite navigation system, and the output is connected to the input of the collection unit, information processing and mapping of the relief of the bottom 6 of the water area, parametric sonar 7 with a scanning directional characteristic, articulated with a cable-
Устройство и принцип действия блоков 1÷6 аналогичны устройствам и принципу действия блоков 1÷6 прототипа [3]. При этом, как и в прототипе, приемоизлучающая антенна 1 собрана из пьезокерамических акустических преобразователей, размещенных в одном корпусе, которые используются как для излучения, так и приема отраженных от дна сигналов. В цикле излучения эти преобразователи соединены параллельно, а во время приема эхо-сигналов они работают независимо друг от друга.The device and principle of operation of blocks 1 ÷ 6 are similar to devices and the principle of operation of blocks 1 ÷ 6 of the prototype [3]. At the same time, as in the prototype, the transceiving antenna 1 is assembled from piezoceramic acoustic transducers located in one housing, which are used both for radiation and reception of signals reflected from the bottom. In the radiation cycle, these transducers are connected in parallel, and during the reception of echo signals they work independently of each other.
Передающий блок 2 состоит из кварцевого генератора стабилизированного по частоте, формирователя периода следования излучаемых импульсов, устройства формирования длительности излучаемого импульса, синхронизатора, устройства квантования, усилителя мощности, преобразователя, коммутатора.The transmitting unit 2 consists of a frequency-stabilized crystal oscillator, a shaper of the period of the emitted pulses, a device for generating the duration of the emitted pulse, a synchronizer, a quantization device, a power amplifier, a converter, a switch.
Генератор вырабатывает непрерывные колебания частотой 4,8 МГц, которая посредством синхронизатора снижается до 600 кГц, и формируется импульс излучения. Усилитель мощности усиливает импульс до величины, необходимой для возбуждения электроакустических преобразователей приемоизлучающей антенны 1. Посредством коммутатора преобразователи приемоизлучающей антенны 1 во время излучения подключаются к передающему блоку 2, а во время приема к приемоизмерительному блоку 3.The generator generates continuous oscillations with a frequency of 4.8 MHz, which by means of a synchronizer is reduced to 600 kHz, and a radiation pulse is formed. The power amplifier amplifies the pulse to the value necessary to excite the electro-acoustic transducers of the transceiving antenna 1. Through the switch, the transducers of the transceiving antenna 1 are connected to the transmitting unit 2 during radiation, and to the receiving-measuring unit 3 during reception.
Приемоизмерительный блок 3 состоит из блока полосовых усилителей, антенного усилителя, основного усилителя, блока формирователей кодов управления, блока фильтров, амплитудного детектора, фильтра нижних частот, коммутатора, выходного усилителя и предназначен для приема, усиления и частотной селекции принятых сигналов.The receiving unit 3 consists of a block of band amplifiers, an antenna amplifier, a main amplifier, a block of control code drivers, a filter block, an amplitude detector, a low-pass filter, a switch, an output amplifier, and is designed to receive, amplify, and frequency select the received signals.
Блок управления 4 состоит из ПЗУ микрокоманд, ПЗУ управления выбором адреса, БИС микропрограммного управления, двух микропроцессоров, ПЗУ, ОЗУ, схемы формирования переносов, трех буферных регистров и пяти магистралей: магистрали адреса, магистрали микрокоманд, магистрали D, магистрали М, магистрали L, и предназначен для выработки и трансляции команд и информационных файлов с принимаемой от внешних источников информации, а также информации, находящейся в ПЗУ.The control unit 4 consists of a micro-command ROM, an address selection control ROM, a microprogram control LSI, two microprocessors, a ROM, a RAM, a hyphenation scheme, three buffer registers and five lines: address lines, micro-lines, lines D, lines M, lines L, and is designed to generate and broadcast teams and information files received from external sources of information, as well as information located in ROM.
Блок определения средней скорости распространения звука в воде 5 состоит из дешифратора микрокоманд, буферных каскадов, регистра адреса, арифметико-логического устройства, мультиплексоров, дешифратора, магистрали А, магистрали D, аккумулятора.The unit for determining the average speed of sound propagation in water 5 consists of a micro command decoder, buffer stages, an address register, an arithmetic logic device, multiplexers, a decoder, line A, line D, and a battery.
Блок сбора, обработки информации и картирования рельефа дна 6 состоит из приемных регистров, блока системной магистрали, усилителя, диспетчера памяти, операционного блока, блока управления потоком команд, блока микропрограммного управления, блока прерываний, выходных регистров. The unit for collecting, processing information and mapping the bottom topography 6 consists of receiving registers, a system trunk unit, an amplifier, a memory manager, an operation unit, a command flow control unit, a microprogram control unit, an interrupt unit, and output registers.
Фиг.2 - блок-схема параметрического гидролокатора 7 со сканирующей характеристикой направленности, включающего параметрические излучающие антенны 10 и 11, приемную антенну 12, сорокавосьмиканальную антенну накачки 13, формирователь 14 сигналов накачки с диаграммоформирующим устройством, усилитель мощности 15 на сорок восемь каналов. Figure 2 is a block diagram of a parametric sonar 7 with a scanning directional characteristic, including
Фиг.3 - структурная схема параметрического гидролокатора. В состав параметрического гидролокатора 7 со сканирующей характеристикой направленности входит судовой комплекс СК, кабель-трос 8 и буксируемое устройство (БУ). Судовой комплекс включает в себя формирователь сигналов 16-23, двухканальный усилитель мощности 24 и 25, приемник эхо-сигналов 26-29, частотомер 30, регистратор сигналов 31, осциллограф 32, полосовой фильтр 33, блок питания 34. Формирователь сигналов состоит из двух задающих генераторов 16 и 18, схемы выделения разностной частоты 17, импульсных модуляторов 19 и 21, импульсного генератора 20, предварительных усилителей 22 и 23. В состав приемника эхо-сигналов входит схема запирания входа приемника на время посылки 29, усилитель с регулируемым коэффициентом усиления 28, набор фильтров нижних и верхних частот 27 и схема фазовой автоподстройки частоты 26.Figure 3 is a structural diagram of a parametric sonar. The structure of the parametric sonar 7 with a scanning directional characteristic includes the shipboard complex SK,
Кабель-трос 8 имеет двойную грузонесущую оплетку, три изолированных токопроводящих жилы.
В состав буксируемого устройства (БУ) помимо буксируемого тела входят размещенные внутри буксируемого тела узлы согласования кабель-троса с преобразователями накачки 35 и 36, преобразователи накачки 37, приемные антенны 38, схема амплитудного ограничения принимаемого сигнала 39, предварительный усилитель 40, полосовой фильтр 41 и согласующий усилитель 42.The towed device (CU) in addition to the towed body includes the cable-cable matching units with the
В параметрическом гидролокаторе 7 реализована двухканальная схема формирования сигнала накачки. Работа параметрического гидролокатора 7 состоит в том, что с задающих генераторов 16 и 18 сигнал поступает на импульсные модуляторы 19 и 21, где формируется сигнал с требуемой скважностью, после чего он усиливается по напряжению в предварительных усилителях 22 и 23. Запуск импульсного генератора при работе с регистратором эхо-сигналов осуществляется от регистратора сигналов 31. Для работы в измерительном режиме предусмотрен запуск от внутреннего импульсного автогенератора с регулируемой частотой посылок. После предварительных усилителей сигнал поступает на усилители мощности 24 и 25, которые снабжены узлами согласования с кабель-тросом 8. С выходов усилителей мощности 24 и 25, пройдя кабель-трос 8, сигнал поступает на узлы согласования 35 и 36, размещенные в буксируемом теле, а затем подводится к одному из преобразователей накачки 37.The parametric sonar 7 implements a two-channel scheme for generating a pump signal. The operation of the parametric sonar 7 is that from the
На время излучения к схеме запирания входа приемника 29 подводится управляющий импульс от импульсного генератора 20, что исключает возможность перегрузки приемного тракта в момент посылки. Отраженный от подводного объекта сигнал принимается одной из широкополосных антенн 38, проходит через схему ограничения сильных эхо-сигналов 39, усиливается предварительным усилителем 40. Усиленный сигнал поступает на полосовой фильтр 41 с полосой пропускания 2,5-50 кГц, благодаря которому ослабляются поступающие на приемный тракт сигналы с частотами накачки, низкочастотные помехи обтекания от движения буксируемого тела, шумы судна-носителя. Далее сигнал проходит на согласующий усилитель 42, который выполняет задачу согласования выходного сопротивления схемы с волновым сопротивлением кабель-троса 8. Здесь же осуществляется разделение переменных сигналов с напряжением питания предварительного усилителя, которые передаются по одной проводящей жиле кабель-троса 8. После кабель-троса 8 сигнал проходит на вход дополнительного полосового фильтра 33, исключающего попадания высокочастотных наводок с выходов усилителей мощности 24 и 25 через кабель-трос 8 на ввод приемника 26-29. Здесь же осуществляется разделение напряжения питания, идущего от блока питания 34 на буксируемое устройство, и эхо-сигналов, усиленных предварительным усилителем 40. После дополнительной фильтрации принятые эхо-сигналы поступают на приемник, где усиливаются в регулируемом усилителе 28, фильтруются в фильтре нижних и верхних частот 27, поступают на схему фазовой подстройки частоты (ФАПЧ), где преобразуются в сигналы с частотой, необходимой для работы перьевого регистратора 31. Для нормальной работы схемы ФАПЧ к блоку 26 подводится сигнал схемы выделения разностной частоты 17. Помимо регистрации принимаемых сигналов осуществляется и визуальный контроль сигналов.At the time of radiation, a control pulse from the
В комплекте гидроакустической буксируемой системы четыре антенны накачки, три из них имеют размеры 100×200 мм, а четвертая 700×28 мм. При этом площадь активной поверхности излучения всех четырех антенн равна 200 см2. Это позволяет подключать любую антенну к усилителю мощности без дополнительного согласования. Конструктивно каждая антенна выполнена в виде 14 мозаичных модулей, каждый из которых содержит 28 элементов с резонансными частотами 150 и 180 кГц.The towed sonar system includes four pump antennas, three of them are 100 × 200 mm in size, and the fourth is 700 × 28 mm. Moreover, the area of the active radiation surface of all four antennas is 200 cm 2 . This allows you to connect any antenna to a power amplifier without additional coordination. Structurally, each antenna is made in the form of 14 mosaic modules, each of which contains 28 elements with resonant frequencies of 150 and 180 kHz.
В качестве приемных антенн использованы широкополосные высокочувствительные цилиндрические преобразователи с тангенциальной поляризацией и поршневые резонансные антенны.Broadband highly sensitive cylindrical transducers with tangential polarization and piston resonant antennas were used as receiving antennas.
Параметрические антенны гидролокатора 7 излучают в диапазоне частот от 5 до 50 кГц. Средняя частота накачки 165 кГц. Ширина характеристики направленности по уровню - 3 дБ составляет 3×6 градусов для антенн, излучающих в вертикальном и горизонтальном направлениях, и 1×20 градусов для антенн бокового обзора. Уровень звукового давления, приведенный к расстоянию 1 м, на частоте 20 кГц составляет 2000 Па.Parametric sonar antennas 7 emit in the frequency range from 5 to 50 kHz. Average pump frequency 165 kHz. The width of the directivity characteristics at a level of 3 dB is 3 × 6 degrees for antennas radiating in the vertical and horizontal directions, and 1 × 20 degrees for side-view antennas. The sound pressure level, reduced to a distance of 1 m, at a frequency of 20 kHz is 2000 Pa.
Наличие параметрического режима работы позволяет при сравнительно малых размерах буксируемого тела иметь в одном устройстве практически четыре высоконаправленных гидролокатора.The presence of a parametric operating mode allows for relatively small towed body sizes to have almost four highly directional sonars in one device.
Размещение четырех антенн позволяет производить лоцинирование в горизонтальной и вертикальной плоскостях, а также дает возможность с помощью наклоненной под углом 20 градусов антенны получить панорамное изображение рельефа дна.The placement of four antennas allows lacquering in horizontal and vertical planes, and also makes it possible to obtain a panoramic image of the bottom topography using an antenna tilted at a 20-degree angle.
Фиг.4 - общий вид модуля преобразователей многоканальной антенны накачки. Модули выполнены в виде двусторонних гребенчатых структур 43 с пьезоэлементами 44 из пьезокерамики типа ЦТСНВ-1 диаметром 7 мм, высотой 9 мм и развитой накладкой 45 из сплава Д16 на общем фланце в узловой плоскости и соединены монтажным проводом 46.Figure 4 is a General view of the module converters multichannel pump antenna. The modules are made in the form of two-
Фиг.5 - блок-схема модуля визуализации области рельефа.5 is a block diagram of a module for rendering a relief region.
Фиг.6 - алгоритм обработки картографической информации.6 - algorithm for processing cartographic information.
Работа устройства заключается в следующем. The operation of the device is as follows.
По командным импульсам, вырабатываемым блоком управления, в передающем блоке 2 осуществляется формирование акустического импульса и излучение его приемоизлучающей антенной 1 в сторону дна, а также прием и преобразование в электрический сигнал отраженных дном акустических сигналов, трансляция этих сигналов на вход приемоизмерительного блока 3, в котором вырабатываются электрические сигналы, пропорциональные временным задержкам прихода отраженных от поверхности дна сигналов, по которым определяются расстояния от приемоизлучающей антенны 1 до точек отражения сигналов от морского дна.According to the command pulses generated by the control unit, in the transmitting unit 2, an acoustic pulse is generated and emitted by the receiving-emitting antenna 1 to the bottom side, as well as receiving and converting acoustic signals reflected by the bottom into an electrical signal, transmitting these signals to the input of the receiving-measuring unit 3, in which electrical signals are generated proportional to the time delays in the arrival of signals reflected from the bottom surface, by which the distances from the receiving-emitting antenna are determined nna 1 to signal reflection points on the seabed.
Одновременно по командным импульсам с блока управления 4 электрические сигналы, пропорциональные доплеровскому сдвигу частоты опорного гидроакустического сигнала от судового гидроакустического доплеровского измерителя скорости (лага) - аналогом которого является лаг, описанный в кн.: Абсолютные и относительные лаги / Виноградов К.А., Кошкарев В.И., Осюхин Б.А., Хребтов А.А. // Судостроение, Л., 1990, с.30, и электрические сигналы, пропорциональные геодезическим координатам x, y от судового приемоиндикатора спутниковой или радионавигационной системы, поступают на вход блока определения средней скорости распространения звука в воде 5, в котором средняя скорость распространения звука в воде Сср определяется в соответствии с зависимостью: Ccp=Vc4fиcosα/Δfд, где Vc - скорость судна, определенная по геодезическим координатам спутниковой или радионавигационной системы, fи - частота излучения гидроакустического сигнала гидроакустическим доплеровским лагом, Δtд - доплеровский сдвиг частоты между излученным и отраженным гидроакустическими сигналами гидроакустического доплеровского лага от морского дна, α - угол, образованный направлением излучения гидроакустического сигнала до поверхности дна и горизонтом. Данная зависимость следует из того, что для конкретного четырехлучевого гидроакустического доплеровского лага типа ЛА-52, являющегося штатным измерителем скорости на гидрографических судах, скорость судна определяется в соответствии с зависимостью: Vc=Vcp/4fиcosα·Δfд.At the same time, according to command pulses from control unit 4, electrical signals proportional to the Doppler frequency shift of the reference sonar signal from the ship's sonar Doppler speed meter (lag) - the analog of which is the lag described in the book: Absolute and relative lags / Vinogradov K.A., Koshkarev V.I., Osyukhin B.A., Khrebtov A.A. // Shipbuilding, L., 1990, p.30, and electrical signals proportional to the geodetic coordinates x, y from the ship receiver indicator of a satellite or radio navigation system, are fed to the input of the unit for determining the average speed of sound in water 5, in which the average speed of sound in water, C av is determined in accordance with the dependence: C cp = V c 4f and cosα / Δf d , where V c is the speed of the vessel, determined by the geodetic coordinates of the satellite or radio navigation system, f and is the frequency of the sonar signal g by the hydroacoustic Doppler lag, Δt d is the Doppler frequency shift between the emitted and reflected hydroacoustic signals of the hydroacoustic Doppler lag from the seabed, α is the angle formed by the direction of the radiation of the hydroacoustic signal to the bottom surface and the horizon. This dependence follows from the fact that for a specific four-beam hydroacoustic Doppler lag type LA-52, which is a standard speed meter on hydrographic vessels, the speed of the vessel is determined in accordance with the dependence: V c = V cp / 4f and cosα · Δf d .
Одновременно с определением скорости по лагу определяют скорость судна по геодезическим координатам, полученным по спутниковой или радионавигационной навигационным системам в соответствии с зависимостью: , где Xi, Yi - геодезические координаты судна, ti - время их определения.Simultaneously with determining the speed of the lag, the speed of the vessel is determined by the geodetic coordinates obtained by satellite or radio navigation navigation systems in accordance with the dependence: where X i, Y i - geodetic coordinates of the vessel, t i - time of their determination.
Далее по командным импульсам с блока управления 4 информация с блоков 3, 4 и 5 поступает на блок сбора, обработки информации и картирования рельефа дна 6, на который также поступает информации от судовых измерителей составляющих качки и курса.Further, by command pulses from control unit 4, information from blocks 3, 4, and 5 goes to the unit for collecting, processing information, and mapping the topography of bottom 6, which also receives information from ship meters of pitching and heading components.
В блоке 6 определяется поправка ΔZv к глубинам, измеренным эхолотом (H=ΣCiti/2, где Ci - скорость распространения звука в воде, ti - промежуток времени между излучением сигнала приемом эхо-сигнала от дна), за отклонение действительной скорости звука в воде от расчетной для конкретного эхолота: ΔZv=Ci(Ccp/Со-1), где Сi - глубина, измеренная эхолотом, Со - скорость распространения звука в воде, на которую рассчитан эхолот.In block 6, the correction ΔZ v to the depths measured by the echo sounder is determined (H = ΣC i t i / 2, where C i is the speed of sound propagation in water, t i is the time interval between the signal emission by receiving the echo signal from the bottom), for the deviation the actual speed of sound in water from the calculated for a specific echo sounder: ΔZ v = C i (C cp / С о -1), where С i is the depth measured by the echo sounder, С о is the speed of sound propagation in water for which the echo sounder is designed.
Информация с параметрического локатора 7 поступает на модуль визуализации области рельефа 9.Information from the parametric locator 7 is fed to the visualization module of the relief region 9.
Картирование информации осуществляется нанесением геодезических координат точек отражения гидроакустических сигналов от морского дна на планшет, который строится путем сопряжения топографических и навигационных растровых карт в следующей последовательности:Information mapping is carried out by applying the geodetic coordinates of the reflection points of hydroacoustic signals from the seabed onto a tablet, which is built by pairing topographic and navigation raster maps in the following sequence:
- растр навигационной карты в проекции Меркатора подвергается векторизации береговой линии навигационной карты;- the raster of the navigation map in the Mercator projection is subjected to vectorization of the coastline of the navigation map;
- выполняется выборка участка, соответствующего морской акватории, на которой производится съемка рельефа дна с учетом векторизации береговой линии навигационной карты;- a site is selected that corresponds to the marine area on which the bottom topography is recorded taking into account the vectorization of the coastline of the navigation map;
- производится запись в итоговый растр навигационной карты;- a record is made in the final raster of the navigation map;
- растр топографической карты в проекции Гаусса-Крюгера приводится к масштабу навигационной карты;- the raster of the topographic map in the Gauss-Kruger projection is reduced to the scale of the navigation map;
- выполняется преобразование координат проекции Гаусса-Крюгера в географические координаты;- the coordinates of the Gauss-Kruger projection are converted into geographical coordinates;
- выполняется преобразование географических координат в координаты проекции Меркатора;- the conversion of geographical coordinates to the coordinates of the Mercator projection is performed;
- производится выборка участка растра, соответствующего сухопутной (береговой) области;- a raster plot is selected that corresponds to the land (coastal) region;
- выполняется запись в итоговый растр топографической карты;- the topographic map is written to the final raster;
- по результатам записей в итоговые растры навигационной и топографической карты строится итоговая растровая карта совмещенной навигационной и топографической информации в Меркаторской проекции;- based on the results of recordings in the final rasters of the navigation and topographic map, the final raster map of the combined navigation and topographic information in the Mercator projection is built;
- на итоговой растровой карте, выводимой на устройство индикации, также отображается путь судна.- on the final raster map displayed on the display device, the path of the vessel is also displayed.
Принцип работы гидролокатора 7 состоит в следующем. The principle of operation of the sonar 7 is as follows.
В качестве метода обзора применен секторный обзор со сканированием характеристики направленности в режиме излучения параметрической антенны. Прием осуществляется антенной таких же размеров, как антенна накачки параметрической антенны. При этом ширина характеристики направленности в режиме приема превышает величину сектора обзора. Для уменьшения интенсивности донной реверберации и снижения влияния кратных эхо-сигналов от поверхности при работе в мелком море плоскость сканирования антенны отклонена относительно положения вертикальной локации на угол около 15 градусов в сторону движения судна. Сектор сканирования луча параметрической антенны ограничен углом падения, зависящим от угла полного внутреннего отражения звукового луча в донных осадках, который изменяется от 30 до 50 градусов в зависимости от типа и состояния донных осадков. Шаг сканирования, зависящий от требуемой угловой разрешающей способности и максимальной скорости поиска, составляет 3 градуса по каждому борту.As a survey method, a sector survey was used with scanning directivity characteristics in the radiation mode of a parametric antenna. Reception is carried out by an antenna of the same size as the pump antenna of the parametric antenna. In this case, the width of the directivity characteristic in the reception mode exceeds the size of the viewing sector. To reduce the intensity of bottom reverberation and reduce the influence of multiple echo signals from the surface when working in the shallow sea, the antenna scanning plane is deflected relative to the position of the vertical location by an angle of about 15 degrees in the direction of the ship's movement. The beam scanning sector of the parametric antenna is limited by the angle of incidence, depending on the angle of total internal reflection of the sound beam in the bottom sediments, which varies from 30 to 50 degrees depending on the type and state of bottom sediments. The scanning step, depending on the required angular resolution and maximum search speed, is 3 degrees on each side.
Разрешающая способность по угловой координате определяется шириной характеристики направленности и параметрической антенны, которая составляет 3×4 градуса на уровне - 3 дБ. Разрешающая способность по дальности при максимальной скорости съемки (поиска) составляет 0,5-1,5 м для различных сочетаний параметров обзора.The resolution in the angular coordinate is determined by the width of the directivity and the parametric antenna, which is 3 × 4 degrees at the level of - 3 dB. Range resolution at maximum shooting (search) speed is 0.5-1.5 m for various combinations of viewing parameters.
Обзор осуществляется по правому и левому бортам двумя параметрическими антеннами 61 и 62, характеристики направленности которых при синфазном включении элементов антенны накачки 64 наклонены вперед на 15 градусов и наклонены левая антенна влево, а правая антенна вправо на одну четвертую величины сектора сканирования. Приемная антенна 63 ориентирована вниз и также наклонена вперед на 15 градусов.The survey is carried out on the starboard and left sides by two parametric antennas 61 and 62, the directional characteristics of which, when the elements of the pump antenna 64 are in phase, are tilted 15 degrees forward and the left antenna tilted to the left, and the right antenna to the right one fourth of the size of the scanning sector. The receiving antenna 63 is oriented downward and also tilted forward 15 degrees.
В устройстве используется два режима сканирования. При внутриимпульсном сканировании в каждом направлении излучается ортогональный сигнал со своей частотой, т.е. линейно-частотно-модулированный (ЛЧМ) сигнал излучается одновременно со сканированием характеристики направленности в течение длительности зондирующего импульса. В приеме в этом случае используется многоканальная обработка. В случае межпериодного сканирования в каждом направлении излучается либо тональный радиоимпульс, либо ЛЧМ сигнал. В последнем случае в приемном тракте используется обработка на базе фильтра, согласованного с зондирующим сигналом.The device uses two scanning modes. During intrapulse scanning, an orthogonal signal is emitted in each direction with its frequency, i.e. a linear frequency-modulated (LFM) signal is emitted simultaneously with a directivity scan over the duration of the probe pulse. In the reception in this case, multi-channel processing is used. In the case of inter-period scanning, either a tonal radio pulse or a chirp signal is emitted in each direction. In the latter case, the processing based on the filter matched with the probe signal is used in the receiving path.
В состав параметрического излучающего тракта гидролокатора 7 входят: формирователь 65 сигналов накачки с диаграммоформирующим устройством, усилитель мощности 66 на сорок восемь каналов, антенна накачки 63, представляющая собой сорокавосьмиканальную двухрезонансную антенну.The parametric radiating path of the sonar 7 includes: a shaper 65 of the pump signals with a beamforming device, a power amplifier 66 for forty-eight channels, a pump antenna 63, which is a forty-eight-channel two-resonance antenna.
Сигнал накачки в виде сорока восьми частотно-модулированных компонент с эквидистантным поканальным фазовым сдвигом, регулируемым соответственно режиму сканирования, поступает на многоканальный усилитель мощности 66, затем усиленный сигнал подается на двухрезонансную антенную решетку, которая излучает сигнал накачки в заданных направлениях. В результате нелинейного взаимодействия акустических волн накачки в среде генерируется сигнал разностной частоты с заданными параметрами, причем пространственные характеристики параметрической антенны определяются управляемыми пространственными характеристиками поля волн накачки.The pump signal in the form of forty-eight frequency-modulated components with an equidistant per-channel phase shift, which is regulated according to the scanning mode, is supplied to a multi-channel power amplifier 66, then the amplified signal is fed to a two-resonance antenna array that emits a pump signal in predetermined directions. As a result of the nonlinear interaction of acoustic pump waves in the medium, a difference frequency signal with predetermined parameters is generated, and the spatial characteristics of the parametric antenna are determined by the controlled spatial characteristics of the pump wave field.
Одной параметрической антенной обеспечивается сектор сканирования ±15 градусов в диапазоне разностных частот от 4 до 20 кГц. Девиация частоты задается программой. Предусмотрены следующие режимы сканирования: ручной, непрерывный внутриимпульсный, дискретный внутриимпульсный, посылочный.One parametric antenna provides a scanning sector of ± 15 degrees in the range of difference frequencies from 4 to 20 kHz. Frequency deviation is set by the program. The following scanning modes are provided: manual, continuous intra-pulse, discrete intra-pulse, parcel.
Формирователь 65 сигналов накачки с диаграммоформирующим устройством содержит синтезатор компонент сигналов накачки, генерирующий колебания с частотами f1=fм-ðφ(τ)/ðτ и f2=fв-ðφ(τ)/ðτ.The pump signal generator 65 with a beamforming device comprises a pump signal component synthesizer generating oscillations with frequencies f 1 = f m −ðφ (τ) / ðτ and f 2 = f in -ðφ (τ) / ðτ.
Закон изменения фазы φ(τ) формируется задающим генератором модулирующих функций. С выхода синтезатора бинарные сигналы с частотами f1 и f2 поступают на вход блока управляемых линий задержки, режим работы которых задается блоком управления сканированием. На выходах формирователя 65 формируются сигналы (24 канала с частотой f1 и 24 канала с частотой f2) с последовательно нарастающим от канала к каналу сдвигом фаз, определенным законом изменения огибающей и регулируемым длительностью импульса и периодом следования. Длительность импульса регулируется в пределах от 0,5 до 32 мс. В ручном режиме предусмотрено 32 дискретных угла сканирования.The law of phase change φ (τ) is formed by a master oscillator of modulating functions. From the synthesizer output, binary signals with frequencies f 1 and f 2 are fed to the input of the block of controlled delay lines, the operation mode of which is set by the scan control block. At the outputs of the shaper 65, signals are generated (24 channels with a frequency of f 1 and 24 channels with a frequency of f 2 ) with a phase shift successively increasing from channel to channel, determined by the law of envelope variation and adjustable by the pulse duration and repetition period. The pulse duration is adjustable from 0.5 to 32 ms. In manual mode, 32 discrete scanning angles are provided.
Усилитель мощности 66 состоит из двух блоков. В каждом блоке содержится 24 канала. Амплитуда входных сигналов составляет 10 В, выходных сигналов 600 В.Power amplifier 66 consists of two blocks. Each block contains 24 channels. The amplitude of the input signals is 10 V, the output signals are 600 V.
Многоканальная антенна накачки 64 предназначена для преобразования энергии электрических сигналов в акустические и формирования узкой характеристики направленности на частотах накачки. Антенна состоит из двух подрешеток с резонансными частотами 65 и 75 кГц. В каждой подрешетке содержится 24 модуля (фиг.10). В модуле имеется тридцать один преобразователь, которые обеспечивают характеристику направленности шириной 4 градуса на уровне - 3 дБ. Отдельные преобразователи в модуле могут подгоняться по частоте для повышения общей эффективности антенны. Модули в антенне расположены в порядке чередования типов с разными резонансными частотами. Конструктивно антенна выполнена в прямоугольном сварном корпусе размером 520×330×80 мм. Излучающая поверхность после сборки залита звукопрозрачным полиуретановым компаундом, который предохраняет накладки от разрушения в морской воде. The multi-channel pump antenna 64 is designed to convert the energy of electrical signals into acoustic ones and to form a narrow directivity pattern at the pump frequencies. The antenna consists of two sublattices with resonant frequencies of 65 and 75 kHz. Each sublattice contains 24 modules (Fig. 10). The module has thirty-one transducers that provide a directivity characteristic of 4 degrees wide at a level of - 3 dB. The individual transducers in the module can be frequency tuned to increase the overall antenna efficiency. The modules in the antenna are arranged in alternating order of types with different resonant frequencies. Structurally, the antenna is made in a rectangular welded housing measuring 520 × 330 × 80 mm. After assembly, the radiating surface is filled with a sound-transparent polyurethane compound, which protects the lining from destruction in sea water.
Результаты измерений амплитудно-частотных характеристик и характеристик направленности параметрического излучающего тракта в двух плоскостях со сканированием луча в пределах заданных углов на разностной частоте 20 кГц показали возможность обнаружения и контроля трубопроводов, закрытых слоев ила, что подтверждено эхограммой, полученной в результате локации участка трубы под углом 15 градусов к вертикали со сканированием характеристики направленности в перпендикулярной плоскости. При этом труба находилась на дне под тонким слоем ила толщиной не более 20 см. Дно представляло собой слоистую структуру. Эхограмма получена на частоте 12 кГц при длительности зондирующего импульса 0,5 мс. За счет сканирования характеристики направленности эхо-сигналы от трубы появляются в определенном секторе углов.The measurement results of the amplitude-frequency characteristics and directivity characteristics of the parametric radiating path in two planes with beam scanning within the specified angles at a difference frequency of 20 kHz showed the possibility of detecting and monitoring pipelines, closed sludge layers, which is confirmed by an echogram obtained by locating the pipe section at an
При визуализации зарегистрированной области рельефа дна данные для VRML интерпретатора (фиг.5) формируются в оперативной памяти компьютера вычислительного устройства с последующей загрузкой в интерпретатор. Для чего в загрузочный VRML файл включен узел JavaScript, функции которого контролируют область видимого пространства. Программными инструментами для картографической визуализации служат структуры данных в формате SVG, который поддерживает векторные и растровые данные. Отображение в браузере данных в формате SVG осуществляется интерпретатором декларативного языка SVG. Данные в структуре SVG формируются аналогично формированию данных в формате VRML. На основе данных в структуре XML (геопространственная информация), получаемых от базы данных по запросу, проводится конвертация в памяти браузера в структуру SVG с помощью XSLT-T. Для одновременного представления геопространственных данных в двумерном и трехмерном представлении осуществляется поддержка синхронизации навигации по той и другой сцене. На картографической сцене отображается прямоугольник, соответствующий текущей области пространства, данные о которой загружены в память интерпретатора VRML. Синхронизация со стороны SVG осуществляется на основе функций JavaScript, встроенных в SVG и HTML. Так как синхронизацию со стороны VRML осуществить сложнее, то в загрузочный файл VRML включен узел JavaScript с навигационными функциями, не позволяющими трехмерному изображению выходить за рамки окна зрения и постоянно отслеживающими координаты окна зрения. Эти координаты служат необходимой информацией для синхронизации с картографической сценой, которая возможна с использованием таймера HTML.When visualizing the registered region of the bottom topography, the data for the VRML interpreter (Fig. 5) is generated in the RAM of the computer of the computing device with subsequent loading into the interpreter. For this purpose, a JavaScript node is included in the boot VRML file, whose functions control the area of visible space. Software tools for cartographic visualization are data structures in the SVG format, which supports vector and raster data. The display in the browser of data in the SVG format is carried out by the interpreter of the declarative language SVG. The data in the SVG structure is generated similarly to the formation of data in the VRML format. Based on the data in the XML structure (geospatial information) received from the database upon request, the browser is converted to the SVG structure using XSLT-T. For the simultaneous presentation of geospatial data in a two-dimensional and three-dimensional representation, support is provided for synchronization of navigation across one and the other scene. A rectangle corresponding to the current region of space is displayed on the cartographic scene, the data of which is loaded into the memory of the VRML interpreter. Synchronization from the side of SVG is based on JavaScript functions built into SVG and HTML. Since synchronization on the part of VRML is more difficult, a JavaScript node is included in the VRML boot file with navigation functions that do not allow a three-dimensional image to go beyond the viewport and constantly monitor the coordinates of the viewport. These coordinates serve as necessary information for synchronization with the cartographic scene, which is possible using the HTML timer.
Система навигации построена с использованием альтернативного по отношению к известной технологии GA принципа организации точки наблюдения трехмерной сцены, в которой используется стандартный принцип - точка наблюдения расположена вне сцены и при навигации сцена неподвижна, а изменяются координаты точки наблюдения и угол наблюдения. При этом центр вращения явно не определяется, что и является одной из причин потери изображения при навигации. В предлагаемой технологии точка наблюдения находится постоянно в центре окна наблюдения и визуализируется небольшим трехгранником осей, а начало трехгранника всегда является центром вращения изображения и при навигации сцена перемещается относительно этого центра.The navigation system is constructed using an alternative principle to the observation point of a three-dimensional scene, which is alternative to the well-known GA technology, in which the standard principle is used - the observation point is located outside the scene and the scene is stationary during navigation, and the coordinates of the observation point and the viewing angle are changed. In this case, the center of rotation is not clearly determined, which is one of the reasons for the loss of image during navigation. In the proposed technology, the observation point is constantly in the center of the observation window and is visualized by a small trihedral of axes, and the beginning of the trihedron is always the center of rotation of the image and when navigating the scene moves relative to this center.
Информация с блока 6 (фиг.1) поступает на модуль визуализации области рельефа 9 (фиг.5), посредством которого выполняют интерполяцию точек высот (глубин) методами двумерных сплайн-функций, а конкретно в виде двумерных нерегулярных рациональных фундаментальных сплайнов (NURBS) (Голованов Н.Н. Геометрическое моделирование. М., Физатлит, 2002. - 472 с.), математические выражения которых не приводятся по причине отсутствия достаточного места. Преимуществом предлагаемого способа является выполнение интерполяции точек высот в виде двумерных рациональных двумерных сплайн-функций NURBS, что позволяет построить гладкую поверхность для любой формы рельефа, даже для обрывов с отрицательным углом наклона. Во-вторых, поверхность рельефа задается аналитической зависимостью, т.е. конечным набором параметров фиксированного набора функций (полиномиальных сплайнов). Аналитическая форма задания рельефа, т.е. в виде суперпозиции аналитических функций от двух переменных, позволяет использовать весь аппарат дифференциальной геометрии для описания морфометрических свойств рельефа, например, вычисления значения функции (высоту, глубину) или ее дифференциала (уклон) в любой точке (точках) области задания функции. В-третьих, NURBS обеспечивают возможность локального редактирования формы поверхности. Кроме того, для одной и той же области земли объем массива данных ЦМР при использовании NUBRS будет как минимум на порядок меньше, чем при традиционном точечном представлении. Следовательно, применение NURBS повышает эффективность автоматизированных геопространственных систем за счет уменьшения времени обработки и требуемого объема памяти. Применение NURBS в вычислительной технике - уже давно свершившийся факт - в графических пакетах всех операционных систем встроены алгоритмы обработки и визуализации NURBS, например в графических пакетах низкого уровня: DirectX и OpenGL для Windows. Однако при построении ЦМР возникают препятствия, связанные с эффектом возникновения в некоторых ситуациях нарушения монотонности в изменении поверхности - локальное появление ложных осцилляций. В заявляемом способе это препятствие устраняется либо путем добавления новых точек в массив для интерполяции, либо путем использования методов изогеометрической аппроксимации сплайнами. В первом случае разрешение проблемы связано с повышением значимости работы эксперта в итерационной процедуре построения NURBS, во втором с существенным усложнением математических алгоритмов технологии.Information from block 6 (Fig. 1) is sent to the relief region visualization module 9 (Fig. 5), by means of which interpolation of height (depth) points is performed by methods of two-dimensional spline functions, and specifically in the form of two-dimensional irregular rational fundamental splines (NURBS) ( Golovanov N.N. Geometric modeling. M., Fizatlit, 2002. - 472 p.), Mathematical expressions of which are not given due to the lack of sufficient space. An advantage of the proposed method is the interpolation of elevation points in the form of two-dimensional rational two-dimensional spline-functions NURBS, which allows you to build a smooth surface for any shape of the relief, even for cliffs with a negative angle of inclination. Secondly, the surface of the relief is determined by the analytical dependence, i.e. a finite set of parameters of a fixed set of functions (polynomial splines). The analytical form of the terrain assignment, i.e. in the form of a superposition of analytic functions of two variables, it allows you to use the entire apparatus of differential geometry to describe the morphometric properties of the relief, for example, calculating the value of a function (height, depth) or its differential (slope) at any point (points) of the domain of the function. Third, NURBS provides the ability to locally edit surface shapes. In addition, for the same area of the earth, the DEM data array using NUBRS will be at least an order of magnitude smaller than with the traditional point representation. Consequently, the use of NURBS improves the efficiency of automated geospatial systems by reducing processing time and the required amount of memory. The use of NURBS in computing is a long-held fact - in the graphics packages of all operating systems, NURBS processing and visualization algorithms are integrated, for example, in low-level graphics packages: DirectX and OpenGL for Windows. However, when constructing a DTM, there are obstacles associated with the effect of the occurrence in some situations of a violation of monotony in surface changes — the local appearance of false oscillations. In the inventive method, this obstacle is removed either by adding new points to the array for interpolation, or by using iso-geometric approximation methods with splines. In the first case, the solution to the problem is associated with an increase in the expert’s work in the iterative procedure for constructing NURBS, and in the second, with a significant complication of the mathematical algorithms of the technology.
В предлагаемом способе реализована технология построения ЦМР на основе NURBS в виде итерационной экспертной автоматизированной процедуры. В качестве языка программирования использован язык MatLab. В этой системе качество построения ЦМР определяется путем экспертного сравнения положения изолиний, вычисленных по NURBS, с положением соответствующих изогипс (изобат) на исходной карте.The proposed method implements the technology of building a DEM based on NURBS in the form of an iterative expert automated procedure. The programming language used is the MatLab language. In this system, the quality of DEM construction is determined by expert comparison of the position of contours calculated according to NURBS with the position of the corresponding isohypses (isobaths) on the original map.
В конкретной реализации предлагаемого способа источником информации о рельефе служат растровые карты.In a specific implementation of the proposed method, raster maps serve as a source of terrain information.
В общем случае при аппроксимации профиля рельефа одномерными сплайнами следует задавать значения двух первых производных в конечных точках разреза. Однако такая информация неизвестна, и получить ее на практике нельзя. Поэтому в качестве базового сплайна для аппроксимации профиля рельефа по разрезу использован простейший кубический сплайн с нулевыми граничными производными. Ввиду того, что не существует никаких явно заданных двумерных сплайнов, так как нельзя построить бесконечную систему алгебраических уравнений для согласования двух первых производных по всем направлениям на смежных границах двух кусков сплайновой поверхности, построение двумерной сплайн-функции производится с использованием тензорного произведения одномерных сплайнов. Согласование первых двух дифференциалов ЦРМ для смежных прямоугольных участков карты обеспечивается перекрытием областей задания смежных NURBS.In the general case, when approximating the profile of the relief with one-dimensional splines, one should specify the values of the first two derivatives at the end points of the section. However, such information is unknown, and it is impossible to obtain it in practice. Therefore, the simplest cubic spline with zero boundary derivatives was used as the base spline for approximating the relief profile along the section. Due to the fact that there are no explicitly defined two-dimensional splines, since it is impossible to construct an infinite system of algebraic equations for matching the first two derivatives in all directions at the adjacent boundaries of two pieces of a spline surface, the construction of a two-dimensional spline function is performed using the tensor product of one-dimensional splines. The coordination of the first two DPC differentials for adjacent rectangular map sections is ensured by overlapping task areas of adjacent NURBS.
Таким образом, технология построения ЦМР в аналитическом виде на основе NURBS позволяет исключить этап триангуляции и тем самым исключить недостатки существующих технологий. Предлагаемая реализация технологии может быть адаптирована к другим типам исходной информации, и в нее могут быть включены более сложные типы базовых сплайнов.Thus, the technology of building DEM in an analytical form based on NURBS allows you to exclude the triangulation stage and thereby eliminate the disadvantages of existing technologies. The proposed implementation of the technology can be adapted to other types of source information, and more complex types of basic splines can be included in it.
При использовании заявляемого способа и устройства для его осуществления, предназначенного для съемки рельефа дна акватории, выполняется требование к точности определения глубины при съемки рельефа дна акватории, установленное действующими нормативными документами, что обусловлено возможностью измерения доплеровского сдвига частоты опорного гидроакустического сигнала гидроакустического доплеровского лага, абсолютной скорости движения судна с эхолотом по внешним источникам информации (например, спутниковой навигационной системы типа GPS), по которым определяют среднюю вертикальную скорость распространения звука в водной среде.When using the proposed method and device for its implementation, intended for shooting the bottom topography of the water area, the requirement for accuracy of determining the depth when shooting the topography of the bottom of the water area is established by the current regulatory documents, due to the possibility of measuring the Doppler frequency shift of the reference sonar signal of the sonar doppler log, absolute speed movement of a vessel with an echo sounder through external sources of information (for example, satellite navigation systems type GPS), which determines the average vertical velocity of sound propagation in aqueous medium.
При съемке рельефа дна эхолотом средняя квадратическая погрешность определения вертикальной скорости распространения звука не должна превышать ±7,5 м/с. Выполнение данного требования может быть обеспечено, если скорость движения судна будет определяться со средней квадратической погрешностью, не превышающей ±0,037 м/с, что возможно выполнить при условии определения геодезических координат со средней квадратической погрешностью, не превышающей ±7,8 м.When shooting the bottom topography with an echo sounder, the mean square error in determining the vertical velocity of sound propagation should not exceed ± 7.5 m / s. The fulfillment of this requirement can be ensured if the speed of the vessel is determined with a mean square error not exceeding ± 0.037 m / s, which can be done provided that geodetic coordinates are determined with a mean square error not exceeding ± 7.8 m.
Установленные на гидрографических судах навигационные системы, в частности совмещенные приемоиндикаторы спутниковых и радионавигационных систем берегового базирования, позволяют определять геодезические координаты с точностью ±6,0 м, а при их работе в дифференциальном режиме с точностью ±3,0 м.The navigation systems installed on hydrographic vessels, in particular the combined receiver-indicators of satellite and coast-based satellite navigation and radio navigation systems, make it possible to determine geodetic coordinates with an accuracy of ± 6.0 m, and when operating in differential mode with an accuracy of ± 3.0 m.
При сопряжении топографических и навигационных растровых карт при картировании рельефа дна ошибки получаемой растровой карты составляют не более двух пикселей, например для масштаба карт 1:250000 с разрешением 400 dpi это составляет 30 м на поверхности земли, что не превышает ошибок самой растровой карты.When combining topographic and navigation raster maps when mapping the bottom topography, the errors of the resulting raster map are no more than two pixels, for example, for a map scale of 1: 250000 with a resolution of 400 dpi this is 30 m on the ground, which does not exceed the errors of the raster map itself.
В процессе съемки из множества измеренных глубин отбираются информативные глубины, которые исправляются поправками за скорость звука и привязываются к рассчитанным вероятнейшим координатам для нанесения на рабочий планшет и оперативной оценки качества съемки.In the process of shooting, informative depths are selected from the set of measured depths, which are corrected by corrections for the speed of sound and are tied to the calculated probable coordinates for drawing on a working tablet and for an operational assessment of the quality of shooting.
Выполнение гидролокационного зондирования дна параметрическим гидролокатором, установленными на отличных горизонтах глубины от судового эхолота с возможностью перемещения как в вертикальной, так и в горизонтальной плоскостях методом секторного обзора со сканированием характеристики направленности в режиме излучения параметрической антенны с приемом отраженных сигналов антенной таких же размеров, как антенна накачки параметрической антенны, при этом ширина характеристики направленности в режиме приема превышает величину сектора обзора, а плоскость сканирования антенны отклонена относительно положения вертикальной локации на угол 15 градусов в сторону движения судна, позволяет получить панорамное изображение рельефа дна с находящимся на дне трубопроводом.Performing sonar bottom sounding with a parametric sonar installed at different depth horizons from the ship’s echo sounder with the ability to move both vertically and horizontally using the sector survey method with scanning the directivity in the radiation mode of a parametric antenna with the reception of reflected signals by an antenna of the same dimensions as the antenna pumping a parametric antenna, while the width of the directivity in the receiving mode exceeds the sector value view, and the antenna scanning plane is deflected relative to the position of the vertical location by an angle of 15 degrees in the direction of movement of the vessel, allows you to get a panoramic image of the bottom topography with the pipeline at the bottom.
Применение такого комплексирования, позволяющего сочетать возможности бокового обзора и поиска под слоем донных осадков, в сочетании с картированием морского дна по измеренным глубинам, точки которых привязаны к координатам, обеспечивает контроль находящихся на дне и заиленных трубопроводов в пределах шельфовой зоны, в бассейне рек и внутренних водоемов.The use of such a combination, which allows you to combine the capabilities of side view and search under the layer of bottom sediments, in combination with mapping the seabed by measured depths, the points of which are attached to the coordinates, provides control of the bottom and silted pipelines within the shelf zone, in the river basin and inland reservoirs.
Практическая реализация заявляемого способа и устройства для его осуществления технической сложности не представляет ввиду того, что для его реализации используются штатные измерительные средства, установленные на гидрографических судах, предназначенных для съемки рельефа дна.The practical implementation of the proposed method and device for its implementation does not present technical complexity in view of the fact that its implementation uses standard measuring instruments installed on hydrographic vessels intended for surveying the bottom topography.
Источники информацииInformation sources
1. Коломийчук Н.Д. Гидрография. Л., ГУНиО МО СССР, 1988, с.240-277.1. Kolomiychuk N.D. Hydrography. L., GUNiO of the Ministry of Defense of the USSR, 1988, p. 240-277.
2. Hare R. Depth and position error budgets for multibeam echosounding // International Hydrographic Review. 1995, v.LXXII, №2, p.37-69.2. Hare R. Depth and position error budgets for multibeam echosounding // International Hydrographic Review. 1995, v. LXXII, No. 2, p. 37-69.
3. Патент RU №2340916.3. Patent RU No. 2340916.
Claims (2)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2010109969/28A RU2434246C1 (en) | 2010-03-16 | 2010-03-16 | Method of surveying bottom topography of water bodies and apparatus for realising said method |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2010109969/28A RU2434246C1 (en) | 2010-03-16 | 2010-03-16 | Method of surveying bottom topography of water bodies and apparatus for realising said method |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2010109969A RU2010109969A (en) | 2011-09-27 |
| RU2434246C1 true RU2434246C1 (en) | 2011-11-20 |
Family
ID=44803457
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2010109969/28A RU2434246C1 (en) | 2010-03-16 | 2010-03-16 | Method of surveying bottom topography of water bodies and apparatus for realising said method |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2434246C1 (en) |
Cited By (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2519269C1 (en) * | 2012-12-12 | 2014-06-10 | Открытое акционерное общество "Государственный научно-исследовательский навигационно-гидрографический институт" (ОАО "ГНИНГИ") | Method of surveying bottom topography of water area and apparatus therefor |
| RU2521127C2 (en) * | 2012-10-22 | 2014-06-27 | Открытое акционерное общество "Государственный научно-исследовательский навигационно-гидрографический институт" (ОАО "ГНИНГИ") | Method for real-time determination of depth during bottom topography survey with side-scan sonar |
| RU2529626C2 (en) * | 2013-01-15 | 2014-09-27 | Владимир Александрович Катенин | Apparatus for determining corrections to depth measured by echo sounder when mapping bottom topography of water area |
| US9398617B2 (en) | 2012-01-09 | 2016-07-19 | Huawei Technologies Co., Ltd. | Methods and apparatus for random access in a communication system |
| RU2651640C1 (en) * | 2017-02-07 | 2018-04-23 | Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Военный учебно-научный центр Военно-Морского Флота "Военно-морская академия им. Адмирала Флота Советского Союза Н.Г. Кузнецова" | Method of the signals spline-filtering |
| RU2694084C1 (en) * | 2018-08-17 | 2019-07-09 | Владимир Александрович Катенин | Device for determining corrections to depths, measured by echo sounder when recording topography of bottom of water area |
| RU2703786C1 (en) * | 2018-11-06 | 2019-10-22 | Акционерное Общество "Концерн "Океанприбор" | Device for capturing the topography of the water area bottom |
| RU2757065C1 (en) * | 2020-11-02 | 2021-10-11 | Акционерное Общество "Концерн "Океанприбор" | Method for surface relief survey |
| RU2757560C1 (en) * | 2021-02-12 | 2021-10-18 | Акционерное Общество "Концерн "Океанприбор" | Method for surveying relief of bottom of water area |
| WO2021256948A1 (en) * | 2020-06-15 | 2021-12-23 | Общество с ограниченной ответственностью "Морские Инновации" | Method and device for ultrasonic imaging of the bottom of a body of water |
| RU216418U1 (en) * | 2022-10-13 | 2023-02-02 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский государственный университет имени М.В.Ломоносова" (МГУ) | DEVICE FOR DETERMINING THE RELIEF OF THE BOTTOM SURFACE OF THE WATER |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2480790C1 (en) * | 2011-11-14 | 2013-04-27 | Юрий Николаевич Жуков | Method of determining position of measured depths of sound signals |
| CN119471625B (en) * | 2025-01-15 | 2025-04-18 | 山东省地质测绘院 | A high-precision surveying and mapping method and system for real estate buildings |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1426786A1 (en) * | 2001-09-13 | 2004-06-09 | Institute of Acoustics, Chinese Academy of Sciences | High resolution bathymetric sonar system and measuring method for measuring the physiognomy of the seabed |
| RU2272303C1 (en) * | 2004-10-25 | 2006-03-20 | Николай Аркадьевич Нестеров | Method for determining depths of body of water and device for realization of said method |
| RU2292062C2 (en) * | 2002-09-25 | 2007-01-20 | Региональная общественная организация "Центр полярных исследователей" | Mode of definition of corrections to the depths measured with an echo-sounding device |
| RU2326408C1 (en) * | 2006-10-02 | 2008-06-10 | Виктор Алексеевич Авдонюшкин | Method of reconstruction of sea ground terrain at discrete depth measurements by means of hydroacoustics and device for its implementation |
| RU2340916C1 (en) * | 2007-04-27 | 2008-12-10 | Евгений Андреевич Денесюк | Method of surveying bottom contour of water bodies and device to that end |
-
2010
- 2010-03-16 RU RU2010109969/28A patent/RU2434246C1/en active
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1426786A1 (en) * | 2001-09-13 | 2004-06-09 | Institute of Acoustics, Chinese Academy of Sciences | High resolution bathymetric sonar system and measuring method for measuring the physiognomy of the seabed |
| RU2292062C2 (en) * | 2002-09-25 | 2007-01-20 | Региональная общественная организация "Центр полярных исследователей" | Mode of definition of corrections to the depths measured with an echo-sounding device |
| RU2272303C1 (en) * | 2004-10-25 | 2006-03-20 | Николай Аркадьевич Нестеров | Method for determining depths of body of water and device for realization of said method |
| RU2326408C1 (en) * | 2006-10-02 | 2008-06-10 | Виктор Алексеевич Авдонюшкин | Method of reconstruction of sea ground terrain at discrete depth measurements by means of hydroacoustics and device for its implementation |
| RU2340916C1 (en) * | 2007-04-27 | 2008-12-10 | Евгений Андреевич Денесюк | Method of surveying bottom contour of water bodies and device to that end |
Cited By (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US9398617B2 (en) | 2012-01-09 | 2016-07-19 | Huawei Technologies Co., Ltd. | Methods and apparatus for random access in a communication system |
| RU2521127C2 (en) * | 2012-10-22 | 2014-06-27 | Открытое акционерное общество "Государственный научно-исследовательский навигационно-гидрографический институт" (ОАО "ГНИНГИ") | Method for real-time determination of depth during bottom topography survey with side-scan sonar |
| RU2519269C1 (en) * | 2012-12-12 | 2014-06-10 | Открытое акционерное общество "Государственный научно-исследовательский навигационно-гидрографический институт" (ОАО "ГНИНГИ") | Method of surveying bottom topography of water area and apparatus therefor |
| RU2529626C2 (en) * | 2013-01-15 | 2014-09-27 | Владимир Александрович Катенин | Apparatus for determining corrections to depth measured by echo sounder when mapping bottom topography of water area |
| RU2651640C1 (en) * | 2017-02-07 | 2018-04-23 | Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Военный учебно-научный центр Военно-Морского Флота "Военно-морская академия им. Адмирала Флота Советского Союза Н.Г. Кузнецова" | Method of the signals spline-filtering |
| RU2694084C1 (en) * | 2018-08-17 | 2019-07-09 | Владимир Александрович Катенин | Device for determining corrections to depths, measured by echo sounder when recording topography of bottom of water area |
| RU2703786C1 (en) * | 2018-11-06 | 2019-10-22 | Акционерное Общество "Концерн "Океанприбор" | Device for capturing the topography of the water area bottom |
| WO2021256948A1 (en) * | 2020-06-15 | 2021-12-23 | Общество с ограниченной ответственностью "Морские Инновации" | Method and device for ultrasonic imaging of the bottom of a body of water |
| RU2757065C1 (en) * | 2020-11-02 | 2021-10-11 | Акционерное Общество "Концерн "Океанприбор" | Method for surface relief survey |
| RU2757560C1 (en) * | 2021-02-12 | 2021-10-18 | Акционерное Общество "Концерн "Океанприбор" | Method for surveying relief of bottom of water area |
| RU216418U1 (en) * | 2022-10-13 | 2023-02-02 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский государственный университет имени М.В.Ломоносова" (МГУ) | DEVICE FOR DETERMINING THE RELIEF OF THE BOTTOM SURFACE OF THE WATER |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2010109969A (en) | 2011-09-27 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2434246C1 (en) | Method of surveying bottom topography of water bodies and apparatus for realising said method | |
| AU2021229158B2 (en) | Sidescan sonar imaging system | |
| RU2340916C1 (en) | Method of surveying bottom contour of water bodies and device to that end | |
| AU2016203271B2 (en) | Sonar systems and methods using interferometry and/or beamforming for 3d imaging | |
| RU2519269C1 (en) | Method of surveying bottom topography of water area and apparatus therefor | |
| JP5550092B2 (en) | Underwater image omnidirectional display processing apparatus and method | |
| RU2429507C1 (en) | Method of reconstructing sea bottom relief in depth measurement by hydroacoustic means and device to this end | |
| RU2608301C2 (en) | System and method for 3d examination of sea bottom for engineering survey | |
| Châtillon et al. | SAMI: A low-frequency prototype for mapping and imaging of the seabed by means of synthetic aperture | |
| EP3064958B1 (en) | Systems and associated methods for producing a 3d sonar image | |
| RU2529207C1 (en) | Navigation system for towed underwater vehicle | |
| RU2466426C1 (en) | Method of reconstructing sea-floor relief when measuring depth using hydroacoustic apparatus | |
| Kaevitser et al. | Possible manifestations of underwater mud volcanoes based on results of sonar investigations in region of Taman Peninsula | |
| Nishimura | Fundamentals of acoustic backscatter imagery | |
| RU100838U1 (en) | DEVICE FOR DETERMINING THE PARAMETERS OF BODIES LOCATED AT THE BOTTOM OF THE RESERVOIRS | |
| Riegl et al. | Acoustic methods overview | |
| Blondel | Acoustic signals and data acquisition | |
| White et al. | Multibeam echo sounders | |
| Ulriksen | Lake Surveying | |
| Wright | Deep towed sidescan sonar systems | |
| Forrest et al. | The application of acoustic remote sensing to maritime archaeological site surveys | |
| Sardana | Estimation and correction of geometric distortions in side-scan sonar images | |
| Gürtürk | Seabed mapping using multibeam sonar and combining with former bathymetric data |