УСТРОЙСТВО КОРРЕКЦИИ КРЕНА И ДИФФЕРЕНТА ГИДРОАКУСТИЧЕСКОЙ НАВИГАЦИОННОЙ СИСТЕМЫ

Полезная модель относится к гидроакустическим навигаинонным средствам, а именно - к гидроакустическим системам ( ГНС ) с короткой ( КБЛ ) и (или) сверхкороткой (СКБЛ) базовыми линиями и может быть использована при определении взаимного местоположения судна и гидроакустического маяка, а также для определе ния местоположения ПОДБОЙНОГО буксируемого и автономного аппарата относительно судна.
Б ряде известных ГНС  с пониженными требованиями к точности определения местоположения объекта расчёт плановых прямоугольных координат объекта проводится без учёта качки судна в предположении, что КБЛ или СКБЛ -приёмники находятся в горизонтальной плоскости, В этих случаях взаимные кординаты гидроакустического маяка и объекта ( судна или подводного аппарата находят по известным формулам 3, с.10; 4J .
Однако плоскость, в которой находятся приёмники ГНС движущегося объекта практически никогда не совпадает с горизонталь- ной плоскостью р, C.IIJ , требует учёта крена и дифферента объекта.
Известны устройства «зЛ коррекпии крена и дифферента выполненные в виде блока обработки прямоугольных координат ,у с учётом крена А и дифферента р объекта и имеющие пять входов для измеренных величин сигналов, соответствующих значениям j/ и Х,У; 2: , а также два выхода скорректированных значенийД плановых координат. Такие устройства выполнены в виде спеивычислителей (пропессоров) из совокупности средств вычислительной техники.
Однако, К8К показывает математическое моделирование и экспериментальная оценка погрешностей, известные устройства УККД реализующие приближенные и недостаточно корректные алгоритмы, не позволяют получить потенпиальную точность коррекпии крана и дифферента и, тем самым , - более точные координаты объекта).
Кроме того, такие У1ШД на дв;уХ выходах имеют только плановые координаты  в то время, как в ряде сл /чаев необходимо определение всех трёх прямо гольных координат, включая
Известное УККД  , принятое за прототип, содержит блок обработки измерительной информации,включающей прямоз гольные кординазвы  2; объекта, его крен г и дифферент Р и имеет пять входов для измеренных величин сигналов,соответств;ующих значенит  и уУД а также два выхода скорректированных значений плановых ко ординат 3 4 объекта. Известное УККД IJ реализует алгоритм вычисления плановых координат .
ог j fa-гсг ./5 t/з)
ь/4 -xi§r« tg /2 + J
и представляет специализированный вычислитель, выполненный на основе типовых устройств вычислительной техники ) .
Однако коррекпия крена и дифферента в прототипе l3, как и в аналогах, является в ряде случаев недостаточно точной, поскольку алгоритм (I) является приближенным и не вполне корректным ) , Кроме того, УККД  позволяет определять только плановые координаты 9,(,i, а влияние  и дифферента на координату J ( глубину ) не учитывается.
Сущность предлагаемой полезной модели заключается в соз дании такого УККД, которое обеспечило бы адекватную корректную обработку измерительной информапии, включая определение трёх скорректированных пространственных координат  позволило бы получить более точную по сравнению с прототипом коррекпию качки, а также значения точности- определения местоположения, близкие к потенциальным.
Основной технический результат полезной модели - повышение точности коррекции крена и дифферента при определении плановых координат ;;t iобъекта в 1,5 - 2,0 раза по сравнению с прототипом, а также определение третьей координаты  объекта с учётом бортовой и килевой качки и  как следствие повышение точности определения местоположения по ГНС с КБЛ  и ( или ) СКБЛ.
Технический результат достигается зя счёт того, что УККД выполнен ) в виде вычислителя,реализующего , в отличие от аналогов и прототипа, более корректный и более точный алгоритм обработки измерительной информапии: р
где Xj Д  О
1 - матричные параметры дифферента Р и крена /
/ Г   м f oL о d. о  о Р
УККД содержит блок обработки измерительной информации по алгоритму ( 2 ), включающий прямо /гольные координаты а ч  объекта, его крен / и дифферент р , и имеет пять входов для измеренных величин сигналов, соответств ющих значениям А/ и  S отличие от аналогов ипрототипа кроме  выходов скорректированных значений плановых координат5.oбъeктa, УККД дополнительно имеет третий выход скорректированного значения координаты  .
Реализующее алгоритм ( 2 ) предлагаемое УККД содержит два устройства вычисления тригонометрических ф /нкиий /L , и
( УВТФ ), три устройства формирования матрии ( ФМ ), три устройства для умножения матриц (  ), два умножителя и устройство для суммирования матриц ( УСМ ).
Технический результат обусловливается новой структурой УККД и реализацией связей между его составными элементами. При этом входы первого и второго УБТФ являются соответственно первым и вторым входами УККД, а первый - третий входы третьего устройства ФМ являются соответственно третьим, четвёртым и пятым входами УККД, Первый и второй выходы первого УВТФ подключены соответственно к первому и второму входам первого устройства ФМ, а первый и второй выходы второго УВТФ - соответственно к первому и второму входам второго устройства ФМ. Выход первого устройства ФМ подключён к первому входу первого ТШ и второму входу второго yyivl, а выход второго устройства ФМ - к второму входу первого УУМ и первому входу второго . Выход первого УУМ через первый умножитель подключён к первому входу УСМ , а выход второго УУ1Л через второй умножитель - к второму входу УСМ. Выход УСМ подключён к первому входу третьего УЛ(1, к второму входу котрого подключён выход третьего устройства ФМ. Е предлагаемом УККД первый - третий выходы третьего УЛ1 являются соответственно первым - третьим выходами УККД.
о о П о Coil  .
о - л  и 3.fMji г соотБетственно прямо тольные координаты объекта без коррекции к с коррекцией крена к дифферента; - численные коэффициенты ) ;
3 X 3,8 третье стройство ФМ - в  формирователя матрииы размером 3x1. Первое и второе yyiiJ выполнены в виде перемножителей двух матриц размером 3x3,8 третье УУМ - в виде перемножителя двух матрип размером 3 х 3 и 3 х I. УСМ выполнено в виде сумматора двух MaTpi u размером 3x3. Вариантом выполнения первого и второго умножителей является, например, выполнение умножителей в виде устройств умнохшниа матрипы на постоянный численный коэффициент, равный 1/2.
На фиг. представлена структурная схема УККД ГНС по предлагаемой полезной модели.
УККД содержит первое и второе УВТФ I и 2, первое третье устройства ФМ 3-5, первое - третье устройства УЛ б 8, первый и второй умножители 9 и 10 и устройство УСМ II.
Устройство работает следующим образом.
На входы первого фторого устройств УВТФ I и 2, являющиеся соответственно первым и вторым входами УККД, поступают сигналы, соответствующие значениям диффетента р и крена У . На первый - третий входы третьего устройства ФМ, являющиеся соответственно третьим - пятым входами УККД, поступают сигналы, соответствующие нескорректированным значениям координат 5Г / 2: .На первых и вторых выхода устройств УБТФ I и 2 вырабатываются сигналы . и  соответственно. Первое - третье устройства ФМ 3,4 и 5 формируют соответственно матрицы  jf /ilX   ) . Сигнал « с выхода сстройства ФМ 3 поступает на первый вход первого УУМ б, а сигнал Ас выхода устройства ФШа - на второй вход первого УУМ 6, на выходе
которого вырабатывается сигнал о({ху) . Аналогично на выходе второго УУ1/1 7 по сигналам с выходов второго устройства ФМ 4 и первого устройства ФМ 3, поступающих соответственно на первый и второй входы УУ1Л 7, вырабатывается сигнал ДХсэб ) . Сигналы ct И oL с выходов первого и второго УЛ б и 7 поступают соответственно на первый и второй умножители 9 и 10 ) . Сигналы 4  с выходов умножителей 9 и 10 суммируются в УСМ II )°, и с выхода УСМ II сигнал ( Bft ) поступает на первый вход третьего УУМ 8. На второй вход третьего УУМ 8 поступает сигнал/Ъ 2: с выхода третьего устройства ФМ 5. На выходе третьего УУМ В вырабатывается сигнал/а:,
(
т.е. предложенное устройство констрзктивно выпоняет реализацию алгоритма (2).
В соответствии с алгоритмом (2) первое и второе 5 стройстВ8 ФМ 3 и  выполнены в виде формирователей матрипо и размером 3 X 3, а третье стройство ФМ5 - в виде формирователя матрипы| 2  2:Д размером 3x1. Первое к второе ТШ б к 7 выполнены в виде перемножителей  матрип (о ч S соб соответственно) размером 3 хЗ, а третье УУМ - в виде перемножителя матрйп (А(1 - )j ) и /-2 i  Первый и второй 5 множители выпоннют 5 множенке матриц  и  на постоянные численные коэффипиенты, равные 1/2 )
Предложенное УККД может быть выполнено на базе известных устройств вычислительной техника: УВТФ, УУМ, ФМ, УСМ и др.) .
Как показали математическое моделирование и натурные испытания, предложенное УККД позволяет обеспечить адекватную обработку измерительной информапии при определении координат объекта   повысить точность учёта крена и |ифферента не менее, чем в 1,5 - 2,0 раза по сравнению с прототипом и известными аналогами ) .Таким образом, применение полезной модели позволит получить значения точности местоопределения по ГНС с КБЛ и (--или ) СКБЛ.
ПРИМЕЧАНИЯ „„„,
Примечания даны в качестве дополнительного материала для экспертизы и не составляют обязательную часть описания.
I. В р; 3, с,10, формулы (II,I2)J приводится алгоритм (I). При этом принято, что дифферент не сказывается на значении  , а крен на значении X ,что является1приближенным и не вполне корректным ( подробнее см. примечание 2 ).
В 2, формула ( 3.25 )J используется алгоритм для УККД в виде jbi 1     Y ,
где oL Hi f соответствуют приведённым в описании, формула (2). В 2 алгоритм УКЩ1, получен в предположении, что скорректированные на крен и дифферент оси   лежат в плоскостях Xj и У иоответственно, а углы крена Л и дифферента Р определяюткак углы между озями  3 °/Хсоответственно.
Алгоритм Гз, ф-ла (13)J также построен на базе некорректного предположения. Это в частности подтверждается различием результатов,даваемых УККД поJ2,(3.25)3  f5,(I3)J .
Т5
корректным является представлвние, что осьд лежит межд} плоскостриг ч 9  межд5 плoGкocтямi5 «oi, что м отражено Б предлагаемом УККД, который реалкз;ует алгоритм со значениями ( н- bf- ), а не odyg-, как в f2,(3.25)J , или , как в r3,(I3)J о С достаточной для достижения технического результата точностью можно принять ,5. При этом максимально возможная погрешность определения координат   уменьшена (по отношению к прототипу l3 по крайней мере в 1,5 - 2,0 раза,
2.УККД - прототип fij реализован на основе типовых 5стройств вычислительной техники и в  параллельных каналах выполняет след5 ющие операпии: деление 3сJj  /  делителях, выполнение ф нкпий 0(1 спепиализированными УВТФ, суммирование в сумматорах, вычисление функпий ( ,формирование скорректированных плановых координат в умножителях, т.е. конструктивно реализует алгоритм (I). Подробнее см. jTlJ.
3.Анализ формул алгоритма fij ,проведённый А.А.Борисовым показывает, что круг применения этого алгоритма крайне огранйчен:он применим только при  5000 м и горизонтальном расстоянии ГНСот гидроакустических маяков до 700 м, т.е. при очень малых углах крена и дифферента.
4.Алгоритм и его техническая реализапия разработаны А.А.Борисовым.
5.Значения численных коэффипиентов л и О могут быть определены экспериментально для конкретной я ГНС и конкретных параметрах качки судна при калибровке ГНС на эталонированном гидроакустическом полигоне.Априори (без калибровки)значения коэффипиентов принимаются равными 0,5 ( см. п.5 ф-лы).
6.Устройства ФМ ( или формирователи матриц) известны
( см., на пр.: а. с.СССР №1619254, & 06- 7/347, Б.И. M,I99I,c.I58; а.с. №1800462, О- 06f 15/347, Б.И. №9, 1993, с.156 и др.)
7.Структура типовыж УУМ и кх работа известны (см.,напр., а.с.СССР № 1705836, S-06f 15/347, Б.К. N32,1992, с.193-194;
пат.СССР №1801224, G-06f 15/347, Б.И. №9, 1993, с.256; пат.РФ №2011222, S-06f 15/347, Б.И. № 7, 1994, с.143 к др.)
8.Как указывалось в примечании I произведение матрип об рг некоммутативно; при этом для реализапии УУ1У17, как и для
9.Умножители 9 ч 10 консгр;укт1/1Ено известны (см.,напр.: а.с.СССР №1802363, S-06f 15/347, Б.Й.№ 10, 1993, с.158; пат.РФ №2011221, 0-06- 15/347, Б.И.№ 7, 1994, с.143 и др.)
10.CTPJKTJ PS к работа устройств с ймирования матрии описаны ,например, в а.с. №1800462, & 06 15/347, Б.И. №9, 1993, с.156 ; пат.РФ №2011222, & 06 f 15/347, Б.И. № , 1994, с.143 и др.
11.Koнcтp /кш я 7J работа УЖ 8 подробно рассмотрены в пат.РФ №2011222, О-06f 15/347, Б.и. № 7, 1994, с.143 и др.
12.О значениях; м В см. примеч.5.
13.О констр5кпии известных стройств вычислительной техники см.примечание 6, 7, 9 - II.
14.Технически и результат предложенного сстройства может быть проиллюстрирован следующей сравнительной таблипей, составленной по результатам натурных испытаний в 1993 - 94 гг.
Таблипа. Средние значения погрешностей (м) определения
. UlfnoAC o AHUt / Г7ч N
координэт 7ККДпо Г; прототипу ( ) и 2) предложенной полезной модели ( ППМ)
//i}Y02 W
При этом , как показывает анализ результаты испытаний, погрешность известного по прототипу устройства возрастает с увеличением крена и (или) дифферента ( см.примеч.3).
Кроме того, предложенное УККД позволяет определять не только плановые координаты У, но и глубину 5 . В прототипе же глубина определяется автономным устройством, что может I I). 2). I 3j. 4;. Ь;. К 6). 7). использовАннш источники .Прототип и ближайший аналог: Пат.СССР № 1838797, МПК , опубл.Б.И. ,1993,№32, т.2, с.351 ( прототип) Милн П.Х. Гидроакустические системы позииионирования: пер. с англ,- Л.з Судостроение,1989, 232 с.( аналог, с.30-32; I.Дополнительные источники по ;/роЕню техники: х идроакустические навигапионные средства/ В.и.Бородин, Г.Е. Смирнов, Н.А.Толстякова и др. - Л.;: Судостроение, I9B3, 264 с. ( C.IU- II; Смирнов 1ЧЕ., Толстякова Н.А. Использование вычизлительной техники для обработки информапии от навигационных систем с донными гидроакустическими маяками.- Судостроение аа руоежом, 197, № 3, с.68- 76. Гидроакустические навигапионные средства для определения глуиоководных ооъектов / итчет о патентных исследованиях.- ВцПУ, ишинёвский филиал, per. 03526, 1987, 172 с. Гидроакустические навигапионкые системы / Отчёт о тематическом поиске.- ВЦПУ, Ростовский филиал,1988, 39 с. Вычислительные устройства и системы гидроакустических станпий/ Отчет о тематическом поиске.- ВЦПУ, Ростовский филиал, 1989, 60 с. //  .