УСТРОЙСТВО ОПЕРАТИВНОГО ОЦЕНИВАНИЯ ВЕРТИКАЛЬНОГО РАСПРЕДЕЛЕНИЯ СКОРОСТИ ЗВУКА В МИРОВОМ ОКЕАНЕ ДЛЯ ОБЕСПЕЧЕНИЯ ГИДРОАКУСТИЧЕСКИХ РАСЧЕТОВ И ПРОГНОЗА ДАЛЬНОСТИ ДЕЙСТВИЯ ГИДРОАКУСТИЧЕСКИХ СРЕДСТВ

Полезная модель относится к области гидроакустической техники и может быть использована в решении различных задач гидроакустики, где требуется знание вертикального распределения скорости звука (ВРСЗ).
Знание ВРСЗ в Мировом океане требуется для обеспечения гидроакустических расчетов и прогноза дальности действия гидроакустических средств: гидролокаторов, эхолотов, лагов, систем связи, навигации, телеметрии и т.п. Существуют устройства оценивания ВРСЗ, которые осуществляют расчет ВРСЗ по известным формулам для заданных значений температуры, солености и гидростатического давления (гидрофизические данные). Известно несколько формул расчета - Вильсона, Дель Гросса, Чена и Миллера, ВНИИФТРИ, …[1-4]. Формула Вильсона получена с использованием результатов прямых оцениваний скорости звука в пробах морской воды. Подробный обзор формул расчета приведен в [5].
Среднеквадратичная погрешность расчета скорости звука по формуле Вильсона при использовании датчиков гидрофизических данных относительно прямых измерений скорости составляет 0.3 м/с при - 4≤Т≤30°С, 1≤Р≤100 МПа, 0≤S≤37 промилле. По формуле были составлены и изданы Гидрографической службой ВМФ СССР «Таблицы для расчета скорости звука в морской воде». Формула применяется Национальным центром сбора океанографических данных (NODC) США для компьютерной обработки гидрофизических данных [1-6].
Известны устройства оценивания ВРСЗ по гидрофизическим данным с опускаемыми зондами многократного и одноразового использования [1, 2]. Наиболее близким аналогом по структуре и совокупности признаков к предлагаемой полезной модели является устройство сбора океанографических данных МК 21 Oceanographic Data Acquisition System французской Groupe NEOTEK. Прототип содержит специализированную ЭВМ с клавиатурой и дисплеем, часы реального времени для привязки гидрофизических данных, репрограммируемую память, оперативную память, модем связи с глобальной навигационной спутниковой системой GPS (формат NMEA 0813), выпускной механизм, совместимый с одним из типов опускаемых зондов ХВТ, XSV, XCTD, XCTD-1, AXSV и AXCTD. Оцениваемые по гидрофизическим данным профили ВРСЗ имеют разрешение 0.04…0.05 м/с, диапазон 1405…1560 м/с. Профили ВРСЗ могут запоминаться и отображаться на экране дисплея [2,7].
Недостатками прототипа являются достаточно сложные выпускной механизм опускаемого зонда и сам опускаемый зонд.
Задачей полезной модели является отказ от выпускного механизма с опускаемым зондом за счет использования внешней информации - гидрофизических данных оперативной океанологии.
Техническим результатом являются упрощение устройства, снижение его стоимости.
Для достижения заявленного технического результата в устройство оперативного оценивания вертикального распределения скорости звука в Мировом океане, содержащее сверхбольшую интегральную схему (СБИС) «Система на кристалле», соединенную электрически с интегральной схемой (ИС) часов реального времени, с большой интегральной схемой (БИС) репрограммируемого постоянного запоминающего устройства (РПЗУ), с БИС оперативного запоминающего устройства (ОЗУ), с БИС контроллера сенсорного экрана, который соединен, в свою очередь, электрически с сенсорным экраном, с модемом связи с глобальной навигационной спутниковой системой, соединенными электрически с ИС контроллера питания, которая, в свою очередь, соединена электрически с источником электропитания, введены новые признаки - в структуру специализированной ЭВМ, введен модем связи с провайдером Интернета для использования гидрофизических данных оперативной океанологии и модем связи с потребителями ВРС3-гидроакустическими средствами.
Поставленная задача в заявляемой полезной модели решается следующим образом.
Введенные в заявленное устройство модем связи с провайдером Интернета для использования гидрофизических данных оперативной океанологии и модем связи с потребителями ВРСЗ - различными гидроакустическими средствами обеспечивают решение поставленной задачи - отказ от выпускного механизма с опускаемым зондом за счет использования внешней информации.
Сущность полезной модели поясняется фиг. 1-4, где на фиг. 1 приведена структурная схема заявленного устройства, на фиг. 2 - распределение ныряющих буев Argo, на фиг. 3 - ВРСЗ по данным буя Argo 6902570, на фиг. 4 - ВРСЗ по данным Глобальной системы.
Заявленное устройство (фиг.1 ) содержит СБИС «Система на кристалле» 1, соединяемую электрически с ИС часов реального времени 2, с БИС РПЗУ 3, с БИС ОЗУ 4, с БИС контроллера сенсорного экрана 5, который соединен, в свою очередь, электрически с сенсорным экраном 6, с модемом связи с провайдером Интернета 7, с модемом связи с глобальной навигационной спутниковой системой (ГНСС) 8, с модемом связи с потребителями ВРСЗ 9 - гидроакустическими средствами и соединенные электрически с ИС контроллера питания 10, который, в свою очередь, соединен электрически с источником электропитания - аккумуляторной батареей (АКБ) 11.
Выполнение СБИС, БИС, ИС и АКБ 1-11 известно из общедоступных источников. Например, выполнение 1 возможно на СБИС «Система на кристалле» типа ALLWINNER TECH А13. Выполнение ИС 2 возможно на ИС часов реального времени типа PCF8563T и соединяемой с выводами порта SYSTEM 1, 3 на БИС РПЗУ типа 29F32G08CBACA и соединяемой с выводами порта FLASH 1, 4 на БИС ОЗУ типа H5TQ2G83CFR и соединяемой с выводами порта DRAMC 1, 5 на БИС контроллера сенсорного экрана типа FT5306DE4 и соединяемой с выводами порта SPI 1, 6 на матрице типа GL080001T0-50 V1 и соединяемой с выводами 5. В качестве модема связи с провайдером Интернета 7 возможно использование GSM модуля TELEOFIS RX102-R4 (OEM), соединяемого с выводами порта UART 1. В качестве модема связи с ГНСС 8 возможно использование модуля Global Top FireFly - X1, соединяемого с выводами порта SPI 1. Вместо двух последних модулей возможно использование СБИС Cinterion AHS3, обеспечивающей связь с провайдером Интернета и ГНСС, соединение с портом USB 1. Выполнение модема связи с потребителями ВРСЗ 9 возможно на БИС МСР2510, соединяемой с выводами порта SPI 1 и обеспечивающего передачу потребителям ВРСЗ по сетевому протоколу верхнего уровня NMEA 2000, принятому в морских приложениях. NMEA 2000 является сетевым протоколом верхнего уровня, использующим физический протокол CAN для передачи данных, в заявляемой полезной модели - ВРСЗ. Выполнение 10 возможно на ИС серии АХР, например АХР202, АХР209, АХР223 или других подобных ИС. Выполнение 11 - аккумуляторная батарея (АКБ) [10-13].
Предлагаемое устройство оперативного оценивания вертикального распределения скорости звука в Мировом океане работает следующим образом.
Предметом оперативной океанологии является получение общедоступных оценок гидрофизических данных в режиме, близком к реальному времени. Имеются ресурсы оперативной океанологии с обновляемыми полями температуры и солености. Интернет-ресурсы отечественной единой государственной системы информации в Мировом океане (ЕСИМО) предоставляют наборы различных гидрофизических данных для отдельных районов и морей. Например, данные ныряющих буев Argo за последние 7 дней на ресурсе ЕСИМО RU_RIHMI-WDC_117, ресурсы RU_RIHMI-WDC_1194 и RU_RIHMI-WDC_1197 содержат данные температуры и солености за последние сутки. Поля температуры и солености в Мировом океане доступны по данным Глобальной системы усвоения океанографических данных, действующей в Гидрометцентре РФ. Указанные поля ежесуточно размещаются на FTP сервере 193.7.161.101 Гидрометцентра РФ. Файл данных на 32 горизонтах - сжатый образ в формате NETCDF, т.е. содержит кроме самих данных информацию о времени, сетке, единицах измерения. На фиг. 2 представлено распределение ныряющих буев Argo в Мировом океане по состоянию на 02.02.2016 [8, 9]. На фиг. 3 и 4 приведены примеры ВРСЗ для Средиземного моря, 34.1° с.ш., 26.5° в.д., 19 января 2016 г. по данным ресурса ЕСИМО RU_RIHMI-WDC_117 и для Норвежского моря, 74° с.ш., 354° в.д., 02 февраля 2016 г. по данным Глобальной системы усвоения океанографических данных, действующей в Гидрометцентре РФ.
Пользователь касанием сенсорного экрана 6 пальцем руки задает режим ввода широты и долготы в Мировом океане - ввод с помощью экранной клавиатуры или ввод значений широты и долготы по данным модема связи с ГНСС 8. Далее касанием сенсорного экрана 6 осуществляется выбор гидрофизических данных оперативной океанологии с обновляемыми полями температуры и солености по глубине - ЕСИМО или Глобальной системы усвоения океанографических данных. Модем связи с провайдером Интернета 7 и СБИС 1 переписывает величины полей температуры и солености по глубине в БИС ОЗУ 4. Далее касанием сенсорного экрана 6 осуществляется выбор формулы расчета ВРСЗ - Вильсон или ВНИИФТРИ. После окончания расчета ВРСЗ, СБИС 1 осуществляется вывод на сенсорный экран 6 и передачу в модем связи с потребителями ВРСЗ 9.
Таким образом, технический результат достигнут.
Источники информации
1. Комляков В.А. Корабельные средства измерения скорости звука и моделирования акустических полей в океане. Санкт-Петербург, «Наука», 2003.
2. Микулин И.И, Серавин Г.Н. Методы и средства измерения скорости звука в море. Санкт-Петербург, «Судостроение», 2012.
3. Матвиенко В.Н., Тарасюк Ю.Ф. Дальность действия гидроакустических средств. Ленинград, «Судостроение», 1981.
4. Фирсов Ю.Г. Основы гидроакустики и использования гидрографических сонаров. Санкт-Петербург, «Нестор-История», 2010.
5. Paul С.Etter. Underwater Acoustics Modeling and Simulation. Fourth Edition, CRC Press, 2013.
6. Peter M. Saunders, Practical Conversion of Pressure to Depth, Journal of Physical Oceanography, volume 11, Issue 4, April 1981, pp. 573-574.
7. http://www.neotek-web.com / Groupe NEOTEK
8. Зеленько А.А. и др. Глобальная система усвоения океанографических данных: Пилотная версия // Труды VI Российской научно-технической конференции «Современное состояние и проблемы навигации и океанографии» («НО-2007), ГНИНГИ, Санкт-Петербург, 464-473, 2007.
9. http://portal.esimo.ru/portal - ЕСИМО ресурсы
10. http://www.datasheet.ru/
11. http://teleofis.ru/
12. http://www.eltech.spb.ru/
13. http://cinterion-m2m.ru/