ИЗМЕРИТЕЛЬ ГЛУБИНЫ ПОГРУЖЕНИЯ ОБЪЕКТА

Полезная модель относится к области гидроакустики и может быть использовано для построения навигационных гидроакустических станций освещения ближней обстановки, повышения их эффективности и расширения объема решаемых задач. Известны гидролокаторы, которые позволяют обнаруживать объект, измерять до него дистанцию и измерять направление на объект. (Яковлев А.Н. Каблов Г.П. Гидролокаторы ближнего действия. Л. Судостроение 1983 г.)
Гидролокатор содержит генератор зондирующего сигнала, измеритель времени задержки между излученным сигналом и принятым эхосигналом от объекта, определитель дистанция до обнаруженного объекта по величине временной задержки и известной скорости распространения звука и определитель направления прихода отраженного сигнала.
Известен метод определения глубины погружения объекта с использованием гидролокатора, описанный в работе (А.П.Сташкевич, «Акустика океана», Судостроение, Ленинград, 1966 г, стр.263).
1
1
1
Гидролокатор производит излучение зондирующего сигнала в момент времени t, приемник обрабатывает эхосигнал и измеряет временную задержку между моментами излучения зондирующего сигнала и приема эхосигнала, определяет на момент времени t дистанцию D до объекта по величине временной задержки и известной скорости распространения звука, измеряет направления на цель в вертикальной плоскости; определяет глубину H погружения по формуле Н=Dsin(α), где D - измеренная дистанция до объекта α - угол между направлением движения носителя и направлением на объект в вертикальной плоскости.
Известен способ определения глубины погружения объекта по патенту №2350983 от 15.02.2007 г. и устройство, реализующее данный способ, которое содержит гидролокатор ближнего действия, соединенный через измеритель дистанции с вычислителем, второй вход которого соединен с измерителем собственной скорости, а третий вход с блоком управления.
С помощью предложенного устройства измерение глубины осуществляется следующим образом.
1
1
1
1
2
2
2
2
1
1
2
Гидролокатор излучает зондирующие сигналы в момент времени t, принимает отраженные от объекта эхосигнал, который поступает в измеритель дистанции. В измерителе по времени задержки между излученным сигналом и принятым сигналом и по известной скорости распространения звука определяется дистанция до объекта D. Измеренная оценка дистанции D в момент t, поступает в вычислитель, на второй вход которого поступает значение собственной скорости носителя гидролокатора. При излучении следующей посылки гидролокатором производится последующее измерение дистанции в последующий момент времени момент времени t, и определяется дистанция D, соответствующая времени t. По разности времен излучения t-t=Δτ, измеренным оценкам дистанции D и D, оценки собственной скорости V в вычислителе определяется пройденный путь V Δt носителем гидролокатора между посылками определяется глубина по формуле:
, где .
Недостатком данного устройства является то, что надежность реализации гидролокатора в таком виде будет снижена, поскольку из-за флюктуации эхосигнала оценки дистанций могут принадлежать сигналам от разных объектов или от помехи. При определении оценки глубины используется собственная скорость измеренная по направлению движения носителя гидролокатора, а измерение дистанции производится по направлению прихода эхосигнала, которое может не совпадать с направлением движения носителя гидролокатора. Изменение дистанции будет определяться радиальной составляющей скорости движения гидролокатора, поэтому необходимо использовать в качестве оценки собственной скорости радиальную составляющую, которая зависит от угла между направлением движения носителя гидролокатора и направлением на цель.
Указанный недостаток устраняется тем, что в устройство, которое содержит
Измеритель глубины погружения, измеритель дистанции с вычислителем, измеритель собственной скорости дополнительно вводят измеритель курсового угла на цель, измеритель радиальной составляющей собственной скорости, измеритель радиальной скорости цели, измеритель относительной ошибки измерения радиальной скорости цели, при этом первый выход гидролокатора через измеритель дистанции соединен с первым входом вычислителя, второй выход гидролокатора через блок измерения курсового угла на цель, через измеритель радиальной составляющей собственной скорости цели соединен со вторым входом вычислителя, измеритель собственной скорости соединен с измерителем радиальной составляющей собственной скорости, измеритель радиальной скорости цели через измеритель относительной ошибки соединен с третьим входом вычислителя глубины, второй выход измерителя радиальной составляющей собственной скорости соединен со вторым входом измерителя относительной ошибки, первый выход блока управления соединен со входом гидролокатора, второй выход блока управления со вторым входом измерителя дистанции, а третий выход блока управления соединен с четвертым входом вычислителя.
Поясним достижение положительного результата. Как правило, дистанция до цели гидролокатором определяется независимо от пространственного положения объектов. Измерение скорости объекта определяется по изменению расстояния за время двух посылок, практически измеряется величина изменения расстояния, которая меньше или равна скорости цели. Если гидролокатор и объект неподвижны, то изменение расстояния между ними не происходит и величина изменения расстояния равна нулю. Если объект движется точно на гидролокатор, то величина изменения расстояния будет соответствовать скорости объекта. Как правило в реальных условиях гидролокатор и объект перемещаются независимо друг от друга имеют различное направление движения. В этих условиях величина изменения расстояния буде определять радиальную скорость сближения или расхождения объектов. В нашем случае при работе с неподвижным объектом величина изменения расстояния буде пропорциональна скорости сближения объектов за счет нашей собственной скорости. Эта величина будет зависеть от того, с какого направления принимается сигнал. (А.С.Колчеданцев Гидроакустические станции Судостроение Л. 1982 г. стр.30) Если направление приема сигнала совпадает с направлением нашего собственного движения, то скорость сближения и величина изменения расстояния будет равна нашей собственной скорости. Если направление прихода сигнала отличается от направление нашего движения, то величина изменение расстояния будет определяться разностью углов между положением объекта и направлением нашего движения. Обнаружение сигнала производится, как правило, при круговом обзоре, поэтому объект может быть обнаружен в любом направлении. Для повышения точности измерения глубины необходимо использовать достоверную оценку собственной скорости и в частности с использованием разности угла между положением объекта и направлением нашего движения. Для этой цели необходимо произвести измерение направления нашего движения с использованием навигационной системы, которая является штатной аппаратурой, установленной на любом корабле, и определить положение пространственное положение объекта с использованием гидролокационной станции, которая определяет курсовой угол цели с точностью имеющейся процедуры разрешения угловых координат. Другой особенностью влияющей на точность и достоверность оценки измеренной глубины является достоверность принадлежности последовательных измерений, принадлежащих одной цели. Эту особенность можно получить, если измерить относительную ошибку измерения радиальной скорости цели и измерителя радиальной составляющей собственной скорости. В идеальных условиях при работе по неподвижной цели эти оценки должны быть равны. Однако в реальных условиях при работе на фоне помех, качки, рысканья возникает ошибка оценки измеряемых величин, которая вносит разброс в оценку измеренных скоростей. Максимальный разброс относительной ошибки между оценкой радиальной скоростью цели и радиальной составляющей собственной скорости не должна превышать 20% по результатам экспериментальных данных. Если ошибка превышает обозначенное значение, то это либо измерение дистанции произошло по разным целям, либо измерение курса цели произошло по разным целям, либо произошел сбой при передаче данных. В любом случае оценка глубины может оказаться не достоверной.
Блок схема рассматриваемой полезной модели представлена на фиг.!
Первый выход гидролокатора 1 соединен через измеритель 5 курсового угла цели со вторым входом измерителя 9 радиальной составляющей собственной скорости с первым входом вычислителя 3 глубины цели. Измеритель 8 собственной скорости через второй вход 9 измерителя радиальной составляющей собственной скорости, через первый вход измерителя 7 относительной ошибки со вторым входом вычислителя 3 глубины цели. Второй выход гидролокатора 1 через первый вход измерителя дистанции 2 соединен с третьим входом вычислителя 3 глубины цели, а второй выход измерителя дистанции 2 через измеритель 6 радиальной скорости цели соединен со вторым входом измерителя 7 относительной ошибки. Первый выход блока 4 управления соединен с гидролокатором 1, второй выход блока управления 4 соединен со вторым входом измерителя дистанции 2, а третий выход блока управления 4 соединен с четвертым входом вычислителя 3 глубины цели.
Работа предлагаемой модели происходит следующим образом.
Команда на измерение глубины цели с блока управления 4 поступает на гидролокатор 1,на блок измерения дистанции 2 и вычислитель 3. по этой команде гидролокатор, работая в штатном режиме излучает последовательно зондирующие сигналы в направление на обнаруженную цель, отраженные эхосигналы из гидролокатора поступают последовательно в измеритель дистанции 2, где по каждой посылке определяется дистанция до выбранной цели и время измерения. Измеренные оценки дистанции и измеренные оценки времени по каждой посылке передаются в 6 измеритель радиальной скорости цели и далее в блок 7 измеритель относительной ошибки. Со второго входа измерителя дистанции оценка дистанции и время измерения по каждой посылке поступает в блок 3 вычислитель глубины. Из второго выхода гидролокатора 1 оценка пространственного положения цели поступает в блок 5 измеритель курсового угла на цель, который определяет угол между направлением движения гидролокатора и положением обнаруженной цели. Оценка курсового угла на цель поступает на блок 9 измеритель радиальной составляющей собственной скорости, на первый вход которого поступает значение собственной скорости с блока 8 измерителя собственной скорости. В блоке 9 определяется радиальная составляющая собственной скорости и передается на третий вход вычислителя глубины цели. На второй вход вычислителя поступает значение ошибки измерения радиальной скорости цели относительно радиальной составляющей собственной скорости. Ошибка будет минимальной в том случае, если правильно измерена дистанция до цели в двух последовательных измерениях. В вычислителе 3 по последовательным измерениям дистанций и по оценкам радиальной составляющей собственной скорости вычисляется глубина цели по интервалу времени между первой оценкой дистанции и всеми последующими оценками дистанции. Наличие относительной ошибки меньше порога обеспечивает достоверность измерения глубины цели в конкретных условиях работы. Если величина ошибки больше порога, то это означает, что имеется сбой в измерениях и оценка глубины может быть не правильной. Все используемые приборы и блоки являются известными устройствами, которые реализованы в прототипе или в аналогах.
В современных системах обработки сигналов и принятия решения используются процессоры, реализованные на специализированных вычислительных машинах, имеющих высокое качество обработки гидролокационных сигналов и точность измерения. На этих же средствах реализуются и управление работой гидролокатора, измерителя глубины и процедуры вычисления глубины цели с учетом углового положения цели и достоверности полученных оценок.