Устройство определения среднего значения скорости звука прецизионных промерных эхолотов по данным оперативной океанологии

Полезная модель относится к области гидроакустической техники и может быть использована в прецизионных промерных эхолотах, устанавливаемых на судах.
Устройства определения среднего значения скорости звука (СЗСЗ) прецизионных промерных эхолотов требуются при проведении работ, например, связанных с картографированием дна, определения глубины установки различного подводного оборудования. Прецизионные промерные эхолоты требуют определение СЗСЗ со среднеквадратичной погрешностью порядка 1 м/с. Указанная погрешность может быть обеспечена при знании вертикального распределения скорости звука (ВРСЗ) в районе проведения промерных работ.
СЗСЗ для прецизионных промерных эхолотов определяется в интегральной форме как
m
где z - грубое значение глубины, c(z) - ВРСЗ. Вид профиля ВРСЗ и значения скорости звука по глубине определяются районом и временем проведения промерных работ, и существенно различен в полярных, среднеширотных и при экваториальных морях.
Известно построение подобных устройств. Обычно устройство для определения СЗСЗ состоит из двух частей - гидроакустического измерителя ВРСЗ или расчета ВРСЗ по данным гидрологического зонда, и расчета СЗСЗ по данным ВРСЗ. Основные технические характеристики такого устройства приведены, например, в [Микушин И.И., Серавин Г.Н. Методы и средства измерения скорости звука в море. СПБ.: Судостроение, 2012, Комляков В.А. Корабельные средства измерения скорости звука и моделирования акустических полей в океане. СПб.: Наука, 2003, Фирсов Ю.Г. Основы гидроакустики и использования гидрографических сонаров. СПб.: Нестор-История, 2010].
Принципиальным недостатком указанных устройств является наличие гидроакустического измерителя ВРСЗ или гидрологического зонда.
Наиболее близким аналогом к предлагаемой полезной модели является устройство «датчика скорости звука и температуры» промерного эхолота ПЭЛ-200. Изготовитель ОАО «Таганрогский завод «Прибой», 347913, Таганрог, Ростовская обл., Большая Бульварная ул., 13 [https://www.oceanpribor.ru/РА3РАБОТКИ И УСЛУГИ/Продукция]. Прототип содержит разовый гидрологический зонд свободного погружения для измерения температуры и глубины. Устройство имеет блоки приближенного расчета ВРСЗ как функции только температуры и глубины, расчета СЗСЗ по данным ВРСЗ, интерфейсов ввода и вывода.
Задачей полезной модели является отказ от гидроакустического измерителя ВРСЗ или гидрологического зонда.
Техническим результатом является упрощение устройства определения СЗСЗ прецизионных промерных эхолотов, повышение точности и снижение его стоимости.
Для достижения заявленного технического результата в устройство определения СЗСЗ прецизионных промерных эхолотов по данным оперативной океанографии, содержащее блоки расчета СЗСЗ и интерфейсов ввода и вывода, введены новые признаки, а именно - в устройство введены блоки режима работы, интерфейса оперативной океанографии, конвертера формата данных, выборки данных, расчета ВРСЗ как функции температуры, солености и глубины, базы данных ВРСЗ, выборки из базы данных ВРСЗ.
Поставленная задача в заявляемой полезной модели решается следующим образом.
В заявленном устройстве определения СЗСЗ прецизионных промерных эхолотов по данным оперативной океанографии блоки выбора режима работы, оперативной океанографии, конвертера формата данных, выборки данных, расчета ВРСЗ как функции температуры, солености и глубины, базы данных ВРСЗ, выборки из базы данных ВРСЗ, расчета СЗСЗ, интерфейсов ввода и вывода выполнены в виде единой конструкции и обеспечивают конструктивную обособленность устройства.
Сущность полезной модели поясняется фиг. 1-5, где на фиг. 1 приведена обобщенная функциональная схема заявленного устройства. На фиг. 2-5 представлены как примеры для иллюстрации функционирования, графики ВРСЗ и величины СЗСЗ для полярного, среднеширотного и при экваториального морей.
Заявленное устройство (фиг. 1) содержит блок интерфейса ввода 1, вход которого соединен с источником команд прецизионного промерного эхолота, а выход блока интерфейса ввода 1 соединен с входом блока выбора режима 2, первый выход которого соединен с первым входом блока выборки из базы данных ВРСЗ 8, второй выход блока выбора режима 2 соединен со вторым входом блока оперативной океанографии 3, первый вход которого соединен с компьютерным сайтом оперативной океанографии, выход блока оперативной океанографии 3 соединен с входом блока конвертера формата 4, а его выход соединен с входом блока выборки данных 5, а выход которого соединен с входом блока расчета ВРСЗ 6, а его выход соединен со вторым входом блока базы данных ВРСЗ 7, первый вход которого соединен со вторым выходом блока выборки из базы данных ВРСЗ 8, а его первый выход соединен с входом блока расчета СЗСЗ 9, а выход которого соединен с входом блока интерфейса вывода 10, а его выход соединен с источником команд прецизионного промерного эхолота. Связи блоков интерфейсов ввода и вывода с источником команд прецизионного промерного эхолота, и связи блока оперативной океанографии на фиг. 1 не показаны.
Блоки устройства могут быть реализованы на многослойной печатной плате, на которой сборочными операциями (склеиванием, сочленением, пайкой) размещаются электронные компоненты (микросхемы, отдельные резисторы, отдельные конденсаторы, кварцевые резонаторы, радиаторы, разъемы). Т.е. обеспечивается конструктивное единство и реализация устройством общего функционального назначения.
Предлагаемое устройство определения СЗСЗ прецизионных промерных эхолотов по данным оперативной океанографии работает следующим образом.
Предметом оперативной океанографии является получение оценок гидрофизических данных в режиме, близком к реальному времени. Имеются ресурсы оперативной океанографии - сведения по Мировому океану о распределении температуры и солености по глубине (термохалинные поля). Примеры общедоступных систем оперативной океанографии - Единая система информации в Мировом океане (ЕСИМО), система усвоения океанографических данных (СУОД), морская служба программы «Коперник», например, [Коротаев Г.К. Оперативная океанография - новая ветвь современной океанологической науки // ВЕСТНИК РОССИЙСКОЙ АКАДЕМИИ НАУК, 2018, том 88, №7. С. 579-588, Зеленько А.А. Оперативная океанология: моделирование, мониторинг и прогнозирование гидрофизических полей Мирового океана. Дис. … докт. физ.-мат. наук. ФГБУ «Гидрометеорологический научно-исследовательский центр РФ», 2018].
При подаче электропитания, загружается программное обеспечение, и блок интерфейса ввода ожидает сообщение от источника команд прецизионного промерного эхолота. При получении сообщения от блока интерфейса ввода, блок выбора режима определяет необходимость заполнения базы данных ВРСЗ района промерных работ или база данных ВРСЗ района промерных работ имеется. При необходимости заполнения базы данных ВРСЗ района промерных работ, второй вход блока оперативной океанографии получает сообщение от источника команд прецизионного промерного эхолота, а первый вход соединяется с компьютерным сайтом и копирует данные системы оперативной океанографии. Например, СУОД, где ежедневно размещаются данные термохалинных полей Мирового океана [Думанская И.О., Зеленько А.А., Мысленков С.А. и др. Морские гидрологические прогнозы и оперативная океанология в Гидрометцентре России // Гидрометеорологические исследования и прогнозы. - 2019. №4. С. 149-183]. Блок конвертера формата производит необходимые преобразования, например, формат netCdf представления данных ЕСИМО, СУОД и морской службы программы «Коперник» необходимо конвертировать в формат плавающей запятой. Блок выборки данных осуществляет подготовку данных термохалинных полей района промерных работ. Блок расчета ВРСЗ получает данные термохалинных полей и осуществляет расчеты ВРСЗ района промерных работ, например, по широко известной формуле Чена и Миллера как функции температуры, солености и глубины и передает результаты расчетов в блок базы данных ВРСЗ. При наличии базы данных ВРСЗ, блок выбора режима транслирует сообщение от источника команд прецизионного промерного эхолота в блок выборки из базы данных ВРСЗ, где производится получение необходимых значений ВРСЗ и передача в блок расчета СЗСЗ, например, по следующей формуле
m
i
i
где , z - грубое значение глубины, n - количество слоев ВРСЗ, c - скорость звука в i слое на глубине z, , например, [Комляков В.А. Корабельные средства измерения скорости звука и моделирования акустических полей в океане. СПб.: Наука, 2003].
На фиг. 2-5 для иллюстрации приведены примеры расчетов ВРСЗ и СЗСЗ для полярного Баренцева моря, среднеширотного Черного моря и при экваториального Филиппинского моря. Расчеты выполнены по данным термохалинных полей СУОД на 10.11.22. СЗСЗ равны 1473.82 м/с (Баренцева море), 1482.9 м/с (Черное море), 1473.35 м/с (Черное море) и 1508.79 м/с (Филиппинское море). Разница объясняется отличием термохалинных полей полярных, среднеширотных и при экваториальных морей. Стандартное значение скорости звука 1500 м/с как СЗСЗ используется в навигационных эхолотах, например, [Фирсов Ю.Г. Основы гидроакустики и использования гидрографических сонаров. СПб.: Нестор-История, 2010].
Введенное в заявленное устройств использование данных термохалинных полей оперативной океанографии позволило производить расчеты ВРСЗ и СЗСЗ без использования измерителя прямого определения ВРСЗ или измерителя температуры, солености и давления, что существенно удешевило устройство и упростило его использование.
Это позволяет считать, что технический результат достигнут.