СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ГЛУБИНЫ ПОГРУЖЕНИЯ ОБЪЕКТА
METHOD FOR MEASURING OBJECT IMMERSION DEPTH

Изобретение относится к гидроакустике и может быть использовано для построения системы автоматического определения глубины погружения объекта в условиях зональной структуры поля.
Известен метод определения глубины погружения объекта с использованием гидролокатора, описанный в работе (А.П. Сташкевич. Акустика океана. Л., Судостроение, 1966 г., с. 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 Н 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.
Недостатком способа является то, что он не позволяет автоматически определять глубину погружения объекта в условиях зональной структуры поля.
1
2
2
2
2
1
1
2
Известен способ определения глубины погружения объекта по Патенту №2350983 от 15.02.2007 г., который содержит излучение зондирующего сигнала, цифровую обработку принятого эхосигнала, измерение дистанции до объекта D, измерение дистанции в последующий момент времени t, и определяется дистанция D, соответствующая времени t. По разности времен излучения t-t=Δτ, по измеренным оценкам дистанции D и D, а также по оценке собственной скорости V в вычислителе определяется пройденный путь V Δt носителем гидролокатора между посылками и определяется глубина по формуле:
1
2
2
2
2
2
, где AD=(D-D-VΔt)/2VΔt.
Измерение глубины погружения объектов, расположенных ближе к дну, производится ниже горизонта движения гидролокатора. Поэтому недостатком способа является невозможность определения глубины погружения объектов, находящихся на рабочих глубинах передвижения объекта в приповерхностных слоях морей и океанов.
Задачей изобретения является обеспечение автоматического определения глубины погружения объекта в условиях распространения сигналов при зональной структуре поля.
1
1
.
.
°
°
°
Для решения поставленной задачи в способ измерения глубины погружения объекта, содержащий излучение зондирующего сигнала в момент времени t, прием и цифровую обработку эхосигнала, измерение временной задержки между моментами излучения зондирующего сигнала и приема эхосигнала, определение на момент времени t дистанции Доб до объекта по величине временной задержки и известной скорости распространения звука, введены новые операции, а именно измеряют глубину погружения гидролокатора, измеряют распределение разреза скорости звука С по глубине Н, рассчитывают траекторию распространения лучей и определяют угол выхода лучей на поверхность Q, измеряют длительность эхосигналов Тэхо от объекта по числу отсчетов превысивших порог, определяют по отраженному эхосигналу наличие зоны освещенности на поверхности и по числу отсчетов превысивших порог ее протяженность Тэхо2, при длительности эхосигнала от объекта Тэхо<Тпор, где Тпор - максимальная длительность эхосигнала от объекта, дистанцию до объекта Доб определяют по временному положению максимальной амплитуды эхосигнала, если обнаружен второй эхосигнал от зоны освещенности длительностью Тэхо2>Тпор, то эта длительность определяет ширину зоны освещенности по отсчетам превысившим порог обнаружения, измеряют дистанцию до начала отражения от поверхности зоны освещенности Днач по временному отсчету начала зоны, измеряют дистанцию до конца отражения от поверхности Дкон по временному отсчету середины зоны, определяют максимальную глубина погружения объекта для измеренной дистанции по формуле: Н=cosQ{0,5(Дкон-Днач)-Доб}, если отражение от поверхности не получено, то глубина определяется по формуле: Н=cosQ{Дмрас-Доб}, где Дмрас - расчетная дистанция изменения направления траектории лучей.
Технический результат состоит в автоматическом определении глубины погружения обнаруженного подводного объекта в условиях зональной структуры поля.
Поясним достижение заявленного технического результата.
°
°
°
°
.
При работе в реальных условиях существуют различные траектории распространения зондирующих сигналов и эхосигналов, которые определяются разрезом скорости звука по глубине и положением источником излучения - приема. (В.Н. Матвиенко, Ю.Ф. Тарасюк. Дальность действия гидроакустических средств. Л., Судостроение, 1981 г.). Для принятия решения о глубине обнаруженного объекта предлагается воспользоваться результатами расчета гидроакустического поля, которые позволяют определить траекторию лучей и углы выхода лучей на поверхность. При условиях, соответствующих зональной структуре поля, основное направление движения энергии излучения зондирующего сигнала будет направлено попеременно сначала к поверхности, потом в направлении дна, затем снова к поверхности. Для рассчитанного вертикального угла распространения сигналов можно построить траектории, используя текущее распределение скорости в районе расположения гидролокатора и значение глубины погружения гидролокатора. (Акустика океана. М., Наука, 1974 г., с. 210-227). Существующие методы расчета структуры звукового поля при известном распределении скорости звука по глубине и известном положении гидролокатора позволяют рассчитать траектории лучей при распространении сигналов. Для первой зоны освещенности на поверхности для гидролокатора ближней обстановки могут оказаться следующие ситуации: объект находится до начала выхода лучей на поверхность, объект находится в зоне лучей, выходящих на поверхность, и объект находится после зоны выхода лучей на поверхность. В первом случае измеряется дистанция до объекта Доб и дистанция до начала зоны освещенности Днач. Для того чтобы исключить ошибку при определении объекта и зоны освещенности, используется предварительное определение длительности эхосигнала Тэхо<Тпор, где Тпор - максимальная длительность эхосигнала от объекта, и дистанция определяется по положению максимальной амплитуды эхосигнала на длительности Тэхо, которая принадлежит реальному объекту. Измеряют глубину погружения гидролокатора и измеряют распределение разреза скорости звука С по глубине Н. Рассчитывается структура траектории лучей и определяется угол выхода лучей на поверхность Q. Определяется разность между дистанцией до начала отражения от поверхности Днач и дистанцией до объекта Доб, дистанцией до окончания отражения от поверхности Дкон. Угол наклона лучей до Днач и угол наклона траектории распространения после Дкон будет одинаков. Таким образом, имеется дистанция до объекта Доб и можно определить среднюю точку зоны отражения от зоны 0,5(Дкон-Днач). По разности между средней точкой и Доб с учетом cosQ определяется нижняя граница глубин возможного положения объекта по формуле: Н=cosQ{0,5(Дкон-Днач)-Доб}. Если эхосигнала от поверхности не получено, то рассчитывают дистанцию Дм.рас, соответствующую моменту поворота траектории распространения сигнала, и определяют глубину по формуле: Н=cosQ{Дм.рас-Доб}. В последнем случае оценка глубины будет более точной.
Блок-схема устройства, реализующего предлагаемый способ, представлена фиг. 1.
°
Устройство содержит гидролокатор 1 с антенной излучения и приема, спецпроцессор 2, в состав которого входят последовательно соединенные блок 3 обработки входного сигнала, блок 4 обнаружения сигналов в каналах, блок 5 измерения дистанции до объекта Доб, блок 6 измерения начала зоны Днач и конца зоны Дкон, блок 7 определения глубины погружения, блок 10 управления, отображения и классификации, который соединен с входом гидролокатора 1. Аппаратура 12 измерения распределения скорости звука с глубиной через первый вход блока 9 расчета траектории, через блок 8 определения Q угла траектории соединена со вторым входом блока 7 определения глубины погружения Н, а блок 11 измерения глубины погружения гидролокатора соединен со вторым входом блока 9 расчета поля.
Любой современный гидролокатор содержит антенну излучения и приема, он является известным устройством, которое широко используется на практике и реализовано в прототипе. Приемная антенна с системой формирования характеристик направленности является известным устройствам, которое используется в современной гидроакустической аппаратуре. (Ю.А. Корякин, С.А. Смирнов, Г.В. Яковлев. Корабельная гидроакустическая техника. СПб., Наука, 2004 г., стр. 95-99, с. 237-255).
Гидроакустические измерители скорости звука являются известными устройствами, они серийно выпускаются и устанавливаются совместно с гидроакустической аппаратурой. (В.А. Комляков. Корабельные средства измерения скорости звука и моделирование акустических полей в океане. СПб., Наука, 2003 г., с. 169-227).
°
°
Реализация способа с использованием рассматриваемого устройства происходит следующим образом. Зондирующий сигнал излучается гидролокатором 1 и этой же антенной принимается. Принятые эхосигналы обрабатываются процессором 2, в составе которого имеются блок 3 обработки, где происходит согласованная фильтрация, детектирование и обработка в цифровом виде принятых эхосигналов. В блоке 4 спецпроцессора 2 производится выбор порога и обнаружение эхосигналов, которые превысили порог. По этим сигналам определяется временная оценка положения эхосигнала Тэхо и определяется дистанция до объекта Доб. В блоке 6 производится определение эхосигналов, отраженных от поверхности, и определяется дистанция начала Днач отражения от поверхности и дистанция окончания отражения от поверхности Дкон и Тэхо2, а также дистанция изменения направления траектории распространения Дм. рас. Полученные оценки дистанции передаются в блок 7 определения глубины погружения Н=cosQ{0,5(Дкон-Днач)-Доб}. В настоящее время практически вся гидроакустическая аппаратура выполняется на спецпроцессорах, которые преобразуют акустический сигнал в цифровой вид и производят в цифровом виде формирование характеристик направленности, многоканальную обработку и обнаружение сигнала, а также измерение амплитуд эхосигналов, определение радиальной и угловой протяженности и принятие решения о цели. Эти вопросы достаточно подробно рассмотрены в литературе: Ю.А. Корякин, С.А. Смирнов, Г.В. Яковлев. Корабельная гидроакустическая техника. СПб., Наука, 2004 г., с. 95-99, с. 237-255). Предварительно до начала излучения производится измерение распределения скорости звука от глубины и расчет структуры звукового поля с использованием блока 9, куда поступает информация о глубине погружения гидролокатора из блок 11. В блоке 9 рассчитываются траектории распространения сигналов, угол выхода на поверхность Q, которые и передаются в блок 7 для определения глубины Н. Расчет траектории распространения лучей является известной операцией, которая используется во всех гидроакустических комплексах. (В.Н. Матвиенко, Ю.Ф. Тарасюк. Дальность действия гидроакустических средств. Л., Судостроение, 1981 г.). Полученная оценка глубины передается в блок 12 для отображения результатов на индикаторе.
Таким образом, предлагаемая последовательность операций позволит автоматически определять глубину погружения подводного объекта в условиях зональной структуры поля.