RU2623830C1 - Method of remote determination of relief and sedimentation of underwater iceberg part - Google Patents
Method of remote determination of relief and sedimentation of underwater iceberg part Download PDFInfo
- Publication number
- RU2623830C1 RU2623830C1 RU2016131078A RU2016131078A RU2623830C1 RU 2623830 C1 RU2623830 C1 RU 2623830C1 RU 2016131078 A RU2016131078 A RU 2016131078A RU 2016131078 A RU2016131078 A RU 2016131078A RU 2623830 C1 RU2623830 C1 RU 2623830C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- interferometer
- base
- iceberg
- ifa
- antennas
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
- G01B17/00—Measuring arrangements characterised by the use of infrasonic, sonic or ultrasonic vibrations
- G01B17/02—Measuring arrangements characterised by the use of infrasonic, sonic or ultrasonic vibrations for measuring thickness
Landscapes
- Measurement Of Velocity Or Position Using Acoustic Or Ultrasonic Waves (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области гидроакустики и предназначено для дистанционных акустических измерений рельефа и осадки подводной части айсберга (ПЧА) из-под воды.The invention relates to the field of hydroacoustics and is intended for remote acoustic measurements of the relief and precipitation of the underwater part of the iceberg (PCA) from under the water.
Известны способы дистанционного определения осадки и рельефа ПЧА с помощью гидроакустических средств, которые описаны, например, в [1, 2]. В первом из них [1] в качестве гидроакустического средства используется жестко закрепленный на корпусе надводного судна-носителя гидролокатор бокового обзора (ГБО), акустическая антенна которого находится на некоторой фиксированной глубине относительно поверхности воды. ГБО периодически, по мере движения судна-носителя на некотором удалении вокруг айсберга, озвучивает ПЧА в направлении от поверхности моря к его дну, обеспечивая тем самым формирование на индикаторе яркостного гидролокационного изображения ПЧА, по которому можно определить его форму и осадку.Known methods for remote determination of precipitation and terrain PCA using hydroacoustic means, which are described, for example, in [1, 2]. In the first of them [1], a side-scan sonar (HBO) rigidly fixed on the hull of a surface carrier vessel is used, whose acoustic antenna is located at a fixed depth relative to the surface of the water. HBO periodically, as the carrier vessel moves at some distance around the iceberg, it reads the IFA in the direction from the sea surface to its bottom, thereby ensuring the formation of a brightness sonar image of the IFA on the indicator, by which its shape and draft can be determined.
Основным недостатком способа, описанного в работе [1], является отсутствие возможности измерения рельефа озвученной поверхности (относительных углов наклона и высот) подводной части айсберга, что не позволяет достоверно оценивать действительную форму ПЧА. Фактически упомянутый способ позволяет оценивать только осадку айсберга в направлении зондирования и его протяженность в направлении, перпендикулярном направлению зондирования.The main disadvantage of the method described in [1] is the inability to measure the relief of the voiced surface (relative tilt angles and heights) of the underwater part of the iceberg, which does not allow reliable estimation of the actual shape of the IFA. In fact, the aforementioned method allows one to estimate only the iceberg draft in the sounding direction and its extent in the direction perpendicular to the sounding direction.
Наиболее близким аналогом предлагаемого способа, выбранным в качестве прототипа, является способ, описанный в [2]. Этот способ определения осадки айсберга и формы его подводной части с надводного объекта (судна) характеризуется следующими операциями:The closest analogue of the proposed method, selected as a prototype, is the method described in [2]. This method of determining the draft of an iceberg and the shape of its underwater part from a surface object (vessel) is characterized by the following operations:
- подход судна-носителя с установленным на нем опускаемым гидролокатором бокового обзора к надводной части айсберга на некоторое расстояние, лежащее в пределах от 100 до 200 м;- the approach of the carrier vessel with a drop-down side-scan sonar installed on it to the surface of the iceberg for a certain distance, ranging from 100 to 200 m;
- остановка судна на некотором фиксированном расстоянии от надводной части айсберга, удержание судна в окрестностях точки остановки;- stopping the vessel at a fixed distance from the surface of the iceberg, keeping the vessel in the vicinity of the stopping point;
- включение ГБО в режим обследования поверхности ПЧА и последующее опускание ГБО с постоянной скоростью на глубину для снятия первого (по счету) рельефа поверхности ПЧА;- the inclusion of HBO in the inspection mode of the surface of the PCA and the subsequent lowering of the HBO at a constant speed to depth to remove the first (in a row) relief of the surface of the PCA;
- наблюдение и регистрация гидролокационного изображения ПЧА на устройстве отображения ГБО до его исчезновения с экрана;- observation and registration of the sonar image of the PCA on the HBO display device until it disappears from the screen;
- немедленная остановка погружения ГБО сразу после исчезновения гидролокационного изображения ПЧА с экрана устройства отображения и одновременная фиксация момента времени от начала погружения и глубины погружения антенн ГБО, рассчитываемой по данным встроенного в ГБО датчика гидростатического давления;- immediate stop of the HBO immersion immediately after the disappearance of the sonar image of the IF from the screen of the display device and the simultaneous fixation of the time from the start of the immersion and the depth of immersion of the HBO antennas, calculated according to the hydrostatic pressure sensor integrated in the HBO;
- после остановки подъем ГБО с постоянной скоростью с наблюдением и регистрацией гидролокационного изображения ПЧА до глубины, с которой было начато погружение;- after stopping, the rise of HBO at a constant speed with the observation and registration of the sonar image of the PCA to the depth from which the dive began;
- остановка работы программного обеспечения ГБО, переход судна в следующую точку наблюдения, расположенную на траектории обхода айсберга судном и повторение описанной выше процедуры наблюдения и регистрации гидролокационного изображения ПЧА.- stopping the operation of the HBO software, transferring the vessel to the next observation point located on the trajectory of the iceberg bypassing the vessel and repeating the above procedure for observing and recording the sonar image of the PCA.
По гидролокационным изображениям поверхности ПЧА, полученным в фиксированных точках траектории обхода айсберга, вычисляются дальности и углы места самых удаленных от антенн ГБО точек поверхности, которые затем используются для построения рельефа ПЧА справа и слева от направления, по которому погружался и поднимался ГБО. Процедура «профилирования» айсберга тогда считается завершенной, когда получен набор рельефов на замкнутой траектории (окружности) в диапазоне углов 360° вокруг айсберга. По набору плоских профилей рельефов может быть построен трехмерный рельеф обследованной гидролокатором поверхности, а затем с использованием данных измерения надводной части айсберга синтезирована и трехмерная форма ПЧА с определением ее реальных геометрических размеров.From the sonar surface images of the IFA obtained at fixed points on the iceberg bypass path, the distances and elevation angles of the surface points farthest from the HBO antennas are calculated, which are then used to construct the relief of the IFA to the right and left of the direction in which the HBO plunged and ascended. The iceberg “profiling” procedure is then considered complete when a set of reliefs is obtained on a closed path (circle) in the range of 360 ° angles around the iceberg. Using a set of flat relief profiles, a three-dimensional relief can be constructed of the surface surveyed by the sonar, and then, using the measurement data of the surface of the iceberg, the three-dimensional shape of the PCA is also synthesized with the determination of its real geometric dimensions.
Основным недостатком способа, описанного в работе [2], является большая трудоемкость способа, определяемая необходимостью многократных операций по спуску и подъему гидроакустического средства (в данном случае ГБО) при «профилировании» ПЧА и необходимости удержания судна-носителя на определенном расстоянии от айсберга в течение всего цикла «спуск-подъем».The main disadvantage of the method described in [2] is the great complexity of the method, determined by the need for multiple operations to lower and raise the hydroacoustic means (in this case HBO) during the “profiling” of the IFA and the need to keep the carrier vessel at a certain distance from the iceberg for the whole cycle of "descent-ascent".
Задачей изобретения является обеспечение возможности измерения рельефа поверхности ПЧА и, следовательно, определения их формы и осадки без процедуры погружения и подъема гидролокатора и на ходу судна-носителя.The objective of the invention is the ability to measure the surface top of the PCA and, therefore, determine their shape and draft without the procedure of immersion and lifting of the sonar and while the carrier ship.
Технический результат заключается в снижении трудоемкости и повышении технологичности способа.The technical result consists in reducing the complexity and improving the manufacturability of the method.
Для достижения указанного технического результата в способ определения осадки и формы подводных частей айсбергов, включающий излучение импульсных зондирующих сигналов в направлении ПЧА антеннами, опускаемыми с борта судна-носителя, прием акустических эхо-сигналов, рассеянных озвученной поверхностью ПЧА, и одновременное измерение с помощью датчика гидростатического давления глубины погружения антенн, введены новые признаки, а именно излучение импульсных зондирующих сигналов производят излучающей антенной гидроакустического интерферометра, прием эхо-сигналов от айсберга производят двумя приемными антеннами гидроакустического интерферометра, находящимися на фиксированном заглублении от поверхности воды и разнесенными в горизонтальной плоскости на расстояние D, являющееся базой интерферометра, при этом обе приемные антенны интерферометра имеют узкую характеристику направленности (ХН) в плоскости большего размера приемной антенны интерферометра и широкую ХН в плоскости меньшего размера приемной антенны интерферометра, прием эхо-сигналов обеими приемными антеннами производят в диапазоне углов Θ, охватываемых их ХН, по интерференционной картине измеряют расстояния между нулевой линией, соответствующей середине базы интерферометра, и серединой интерференционной полосы, соответствующей точкам рассеяния от поверхности ПЧА принятых эхо-сигналов, пропорциональные удалению этих точек рассеяния от середины базы интерферометра, с помощью масштабной линейки определяют наклонные дальности ri точек рассеяния эхо-сигнала до середины базы интерферометра по формуле , где i=1, 2, 3… - номер интерференционной полосы, отсчитываемый от нулевой линии на интерференционной картине, соответствующей моменту излучения зондирующего сигнала, λ0 - длина волны принимаемого эхо-сигнала, определяют расстояние zi каждой i-й точки рассеяния от поверхности ПЧА относительно горизонтальной плоскости, проходящей через середину базы интерферометра, по формуле определяют вертикальное расстояние xi от середины базы интерферометра 0 до каждой i-й точки рассеяния, используя вычисленные значения координаты xi и известное значение заглубления h0 антенн интерферометра относительно поверхности воды, вычисляют значения осадки hi каждой i-й точки рассеяния на поверхности ПЧА по формуле hi=xi+h0 вплоть до точки M(xM, zM), соответствующей осадке айсберга H a ; по формуле Δzi=zi-zэ, где zэ - кратчайшее расстояние от середины базы интерферометра до поверхности ПЧА, которое измеряют с помощью эхолота, закрепленного вместе с приемными антеннами интерферометра на корпусе судна-носителя, вычисляют с учетом значения заглубления антенн интерферометра h0 ординаты точек поверхности ПЧА относительно уровня z=zэ в данном цикле зондирования в диапазоне глубин, соответствующих диапазону углов Θ, охватываемых характеристиками направленности антенн интерферометра, используя пары чисел Δzi xi строят профиль рельефа ПЧА в плоскости x0z относительно уровня z=zэ, повторяют последовательное импульсное акустическое зондирование ПЧА в процессе движения судна-носителя акустической системы по замкнутой траектории обхода айсберга с периодической привязкой результатов очередного цикла зондирования к направлению, времени и угловому положению относительно стран света точек зондирования, осуществляемой с помощью измерения угла ϕ, отсчитываемого от истинного траверса айсберга в первом цикле зондирования, в результате чего получают ансамбль из n профилей рельефов ПЧА, которые используют для построения ее трехмерной формы.To achieve the specified technical result, a method for determining the precipitation and shape of the underwater parts of icebergs, including emitting pulsed sounding signals in the direction of the IFA with antennas lowered from the side of the carrier vessel, receiving acoustic echo signals scattered by the voiced surface of the IFA, and simultaneously measuring with a hydrostatic sensor pressure depths of the antennas, new features have been introduced, namely, the radiation of pulsed sounding signals is produced by the emitting antenna of hydroacoustic inter of the aerometer, the echo signals from the iceberg are produced by two receiving antennas of the hydroacoustic interferometer, located at a fixed depth from the water surface and spaced in the horizontal plane at a distance D, which is the base of the interferometer, while both receiving antennas of the interferometer have a narrow directivity (XI) in the plane a larger receiving antenna of the interferometer and a wide XN in the plane of a smaller receiving antenna of the interferometer, receiving echo signals by both receiving ante they are produced in the range of angles Θ covered by their CN, the distance between the zero line corresponding to the middle of the base of the interferometer and the middle of the interference band corresponding to the scattering points from the IF surface of the received echo signals proportional to the distance of these scattering points from the middle of the base of the interferometer is measured by the interference pattern , using a scale ruler determine the slant range r i of the scattering points of the echo signal to the middle of the base of the interferometer according to the formula , where i = 1, 2, 3 ... is the number of the interference band counted from the zero line on the interference pattern corresponding to the moment of radiation of the probing signal, λ 0 is the wavelength of the received echo signal, the distance z i of each ith scattering point from the surface of the IFA relative to the horizontal plane passing through the middle of the base of the interferometer, according to the formula determine the vertical distance x i from the middle of the base of the
Наилучший результат получается, если излучающая антенна интерферометра расположена в средней точке его базы, а приемоизлучающая антенна эхолота расположена на минимально возможном расстоянии от средней точки базы.The best result is obtained if the radiating antenna of the interferometer is located at the midpoint of its base, and the transceiving antenna of the echo sounder is located at the minimum possible distance from the midpoint of the base.
Сущность способа поясняется фиг. 1-3. На фиг. 1 приведена структурная схема устройства, реализующего способ, на фиг. 2а, в приведены схемы применения предлагаемого способа, фиг. 2б поясняет процедуру построения профиля ПЧА, на фиг. 3 представлен вид интерференционной картины с оперативными отметками на выходе интерферометра.The essence of the method is illustrated in FIG. 1-3. In FIG. 1 shows a structural diagram of a device that implements the method, FIG. 2a, c shows the application of the proposed method, FIG. 2b illustrates the procedure for constructing the IF profile, in FIG. 3 presents a view of the interference pattern with operational marks at the output of the interferometer.
Структурная схема, представленная на фиг. 1, содержит излучающую акустическую антенну интерферометра A; приемные акустические антенны интерферометра A1, A2; приемоизлучающую акустическую антенну эхолота A3; генераторное устройство 1 интерферометра; приемоусилительные устройства 2 интерферометра; фазовый различитель 3; регистратор (индикатор) интерференционной картины и синхронизатор работы системы 4; устройство 5 определения номера i интерференционной полосы; вычислитель 6 координаты zi и вертикального расстояния (глубины) xi от середины базы интерферометра 0 до каждой i-й точки ПЧА; устройство 7 вычисления осадки hi, ординат Δzi точек поверхности ПЧА относительно уровня z=zэ в каждом цикле зондирования и построения функции для каждого цикла зондирования; программируемое устройство 8 построения рельефа поверхности ПЧА по ансамблю из n профилей рельефов ; устройство 9 отображения рельефа ПЧА; интерферометр 10; устройство 11 предварительной обработки эхо-сигнала эхолота и измерения расстояния rэ; коммутатор 12 «прием-передача»; импульсное генераторное устройство 13 эхолота; эхолот 14.The block diagram shown in FIG. 1, comprises a radiating acoustic antenna of interferometer A; receiving acoustic antennas of the interferometer A 1 , A 2 ; A 3 transceiver acoustic antenna sounder;
Блоки 1-6 технически представляют собой типовые функциональные узлы стандартных интерферометрических ГБО, известных, например, из [3]. Блоки 7-9 представляют собой электронные приборы, алгоритмы работы которых реализованы с помощью аналоговых и цифровых программируемых средств, например в судовых многолучевых эхолотах, обеспечивающих построение 3D изображений поверхности дна акваторий. Блоки 11-13 являются типовыми функциональными узлами высокочастотных судовых эхолотов, в частности навигационных, подробно рассмотренных, например, в [4].Blocks 1-6 technically represent typical functional units of standard interferometric HBO, known, for example, from [3]. Blocks 7-9 are electronic devices, the operation algorithms of which are implemented using analog and digital programmable means, for example, in ship multipath echo sounders, which provide the construction of 3D images of the bottom surface of water areas. Blocks 11-13 are typical functional units of high-frequency marine echo sounders, in particular navigation, examined in detail, for example, in [4].
На фиг. 2а в проекции на вертикальную плоскость изображены:In FIG. 2a in a projection on a vertical plane shows:
0 - средняя точка базы интерферометра;0 - midpoint of the base of the interferometer;
- геометрическая разность хода эхо-сигнала от некоторой точки поверхности ПЧА i до антенн интерферометра; - the geometric difference in the course of the echo signal from a certain point on the surface of the IFA i to the interferometer antennas;
0, x, y, z - прямоугольная система координат, связанная с судном-носителем: начало координат 0 совпадает со средней точкой базы интерферометра, ось y совпадает с продольной осью судна-носителя;0, x, y, z - a rectangular coordinate system associated with the carrier vessel: the
zэ=rэ - кратчайшее расстояние от середины базы интерферометра (точка 0) до поверхности ПЧА (точка M0), измеряемое с помощью эхолота;z e = r e is the shortest distance from the middle of the base of the interferometer (point 0) to the surface of the IF (point M 0 ), measured using an echo sounder;
ri - наклонная дальность от базы интерферометра до i-й точки озвученной поверхности ПЧА;r i - the slant range from the base of the interferometer to the i-th point of the voiced surface of the IFA;
zi - высота точки поверхности льда относительно вертикальной плоскости, перпендикулярной базе и проходящей через среднюю точку базы интерферометра;z i - height of the point of the ice surface relative to the vertical plane perpendicular to the base and passing through the midpoint of the interferometer baseline;
Θ - ширина XH приемных антенн интерферометра в вертикальной плоскости;Θ - width XH of the receiving antennas of the interferometer in the vertical plane;
θi - угол скольжения акустического луча в i-й точке;θ i is the angle of slip of the acoustic beam at the i-th point;
xi - вертикальное расстояние (глубина) от середины базы интерферометра 0 до каждой i-й точки поверхности ПЧА, равное проекции наклонной дальности ri на координатную ось x;x i - the vertical distance (depth) from the middle of the base of the
h0 - заглубление (осадка) средней точки базы интерферометра относительно поверхности воды;h 0 - deepening (sediment) of the midpoint of the base of the interferometer relative to the surface of the water;
hi - осадка i-й точки поверхности ПЧА;h i - draft of the i-th point of the surface of the IFA;
H a - осадка айсберга;H a - iceberg sediment;
Фиг. 2б поясняет процедуру построения профиля ПЧА относительно уровня z=z0 в каждом цикле зондирования. Фрагмент профиля поверхности ПЧА в сечении плоскостью x0z представлен как некоторая функция координаты . Значения Δzi, представляющие собой отклонения значений функции от уровня zэ, вычисляются по выражениям (1) и (2). Пары чисел Δzi, xi описывают профиль рельефа ПЧА в плоскости x0z относительно уровня z=zэ.FIG. 2b explains the procedure for constructing the IF profile with respect to the level z = z 0 in each sensing cycle. A fragment of the surface profile of the IFA in the section by the x0z plane is presented as some function of the coordinate . Δz i values representing deviations of function values from the level of z e , are calculated by the expressions (1) and (2). The pairs of numbers Δz i , x i describe the elevation profile of the IFA in the x0z plane relative to the level z = z e .
На фиг. 2в в проекции на горизонтальную плоскость изображены:In FIG. 2c, in a projection onto a horizontal plane, are depicted:
1, 2…n, 1 - последовательные положения судна-носителя в точках траектории обхода айсберга;1, 2 ... n, 1 - sequential positions of the carrier vessel at the points of the iceberg bypass trajectory;
ϕ - некоторый постоянный угол, отсчитываемый от истинного траверса айсберга Ф, определяющий точки траектории обхода айсберга, в которых осуществляется акустическое зондирование ПЧА;ϕ is a certain constant angle, measured from the true traverse of the iceberg Ф, which defines the points of the trajectory of the iceberg bypass, in which acoustic sensing of the IFA is carried out;
- угол, соответствующий истинному траверсу айсберга относительно судна-носителя в точках траектории обхода, где осуществляется зондирование ПЧА. - the angle corresponding to the true traverse of the iceberg relative to the carrier vessel at the points of the bypass trajectory where probing of the IFA is carried out.
На фиг. 3 представлен вид интерференционной картины на выходе интерферометра. На поле рисунка изображены: «нулевая линия» (начало отсчета наклонной дальности), соответствующая моменту излучения интерферометром зондирующего сигнала, x1 - расстояние от нулевой линии до первой интерференционной полосы, соответствующее наклонной дальности r1 до точки поверхности ПЧА.In FIG. 3 shows a view of the interference pattern at the output of the interferometer. The field of the picture shows: “zero line” (the reference point of the oblique range) corresponding to the moment of emission of the probe signal by the interferometer, x 1 is the distance from the zero line to the first interference band corresponding to the oblique range of r 1 to the point of the IF surface.
Способ характеризуется следующими операциями:The method is characterized by the following operations:
В некоторый момент времени излучающая антенна A интерферометра (фиг. 1) излучает в сторону ПЧА акустический импульсный зондирующий радиосигнал, сформированный генераторным устройством 1 интерферометра по синхроимпульсу, вырабатываемому синхронизатором 4 работы системы и регистратором (индикатором) интерференционной картины. Поскольку ось характеристики направленности (ХН) антенны интерферометра A в вертикальной плоскости лежит в плоскости x0z, перпендикулярной диаметральной плоскости судна-носителя интерферометра (фиг. 2а), происходит облучение ПЧА акустической энергией в направлении, перпендикулярном линии курса судна-носителя. Вследствие узкой в плоскости размера антенны и широкой в плоскости ее меньшего размера XH излучающей антенны A интерферометра облучается узкая в плоскости горизонта и широкая по глубине полоса льда на ПЧА.At some point in time, the radiating antenna A of the interferometer (Fig. 1) emits an acoustic pulsed sounding radio signal generated by the
После излучения зондирующего сигнала интерферометр переходит в режим приема эхо-сигналов, рассеянных озвученной поверхностью ПЧА. Прием эхо-сигналов производится двумя разнесенными в горизонтальной плоскости приемными акустическими антеннами A1 и A2 (фиг. 1). Первыми к антеннам A1 и A2 приходят эхо-сигналы от наиболее близких точек, затем от все более удаленных точек облученной полосы льда. Принятые антеннами акустические эхо-сигналы преобразуются в электрическое и после усиления и детектирования в приемоусилительных устройствах 2 интерферометра 10 поступают на фазовый различитель 3 и далее на регистратор (индикатор) интерференционной картины и синхронизатор работы системы 4.After the probe signal is emitted, the interferometer switches to the mode of receiving echo signals scattered by the sonicated surface of the IFA. Reception of echoes is made by two spaced apart in the horizontal plane receiving acoustic antennas A 1 and A 2 (Fig. 1). The first to the antennas A 1 and A 2 come the echo signals from the closest points, then from the more and more distant points of the irradiated ice strip. Acoustic signals received by antennas are converted into electrical ones and, after amplification and detection in receiving amplifiers, 2
Если геометрическая разность хода эхо-сигнала от некоторой точки i ПЧА до антенн интерферометра A1 и A2, зависящая от базы интерферометра D и угла скольжения акустического луча θi в i-й точке, равна целому числу длин волн λ0 принимаемого эхо-сигнала, т.е. , где i=1, 2, 3, …, то при сложении напряжений эхо-сигналов, снимаемых с выходов антенн A1 и A2, суммарный сигнал будет равен сумме напряжений этих сигналов. Если , то суммарный сигнал будет равен их разности. Указанный эффект обусловлен интерференцией эхо-сигналов от точки поверхности ПЧА, принятых разнесенными по вертикали антеннами интерферометра.If the geometric stroke difference of the echo signal from some point i of the IF to the antennas of the interferometer A 1 and A 2 , which depends on the base of the interferometer D and the angle of the acoustic beam θ i at the i-th point, is an integer number of wavelengths λ 0 of the received echo signal, i.e. . , where i = 1, 2, 3, ..., then when adding the voltage of the echo signals taken from the outputs of the antennas A 1 and A 2 , the total signal will be equal to the sum of the voltages of these signals. If , then the total signal will be equal to their difference. The indicated effect is due to the interference of echo signals from a point on the surface of the IFA received by vertically spaced antennas of the interferometer.
В процессе приема и суммирования эхо-сигналов в фазовом различителе 3, приходящих от все более удаленных точек облученной полосы льда, будет формироваться интерференционная картина, которая будучи зарегистрированной на яркостном регистраторе 4 с прямоугольной растровой разверткой в координатах «путевая дальность» - «наклонная дальность», будет представлять собой чередующиеся темные и светлые полосы (интерференционные полосы), как это показано на фиг. 3. Координата «путевая дальность» отсчитывается от точки (фиг. 2в).In the process of receiving and summing the echo signals in the
Каждая интерференционная полоса на интерференционной картине имеет свой номер, равный целому числу i длин волн λ0, характеризующих разность хода . Иными словами i - это номер интерференционной полосы на интерференционной картине или номер интерференционного лепестка в XH антенны интерферометра, ось одного из которых (i-го) изображена на фиг. 2а пунктиром. Номер интерференционной полосы от начала интерференционной картины определяется в устройстве 5 определения номера i интерференционной полосы. Интерференционные полосы удалены от «нулевой линии» (начала отсчета наклонной дальности), соответствующей моменту излучения интерферометром зондирующего сигнала, на расстояния xi, пропорциональные соответствующим наклонным дальностям ri до точек облученной поверхности (фиг. 3). Измеряются эти наклонные дальности с помощью масштабной линейки, функционально реализованной в регистраторе интерференционной картины и синхронизаторе работы системы 4. Измерения проводятся от нулевой линии интерференционной картины. Наклонная дальность ri (фиг. 2а) до точки пересечения поверхности ПЧА с осью i-го интерференционного лепестка связана с высотой zi этой точки в плоскости x0z, образованной прямоугольной системой координат 0, x, y, z, связанной с судном-носителем, у которой начало координат 0 совпадает со средней точкой базы интерферометра, а ось y совпадает с продольной осью судна-носителя, соотношениемEach interference band in the interference pattern has its own number equal to an integer i of wavelengths λ 0 characterizing the path difference . In other words, i is the number of the interference band in the interference pattern or the number of the interference lobe in the XH antenna of the interferometer, the axis of one of which (i-th) is shown in FIG. 2a dotted. The number of the interference band from the beginning of the interference pattern is determined in the
В свою очередь из фиг. 2а следует, чтоIn turn, from FIG. 2a it follows that
Объединяя (1) и (2), получимCombining (1) and (2), we obtain
Вертикальное расстояние (глубина) от середины базы интерферометра 0 до каждой i-й точки поверхности ПЧА - xi может быть определено по формулеThe vertical distance (depth) from the middle of the base of the
Таким образом, интерференционная картина однозначно связана с рельефом поверхности ПЧА и может быть использована при определении высот и глубин от середины базы интерферометра в широкой полосе обзора. Для этого в вычислителе 6 по определенным номерам интерференционных полос i, измеренным наклонным дальностям ri и по известному для данного интерферометра соотношению , используя выражения (3) и (4), выполняются расчеты высот zi и глубин xi относительно середины базы интерферометра 0 (фиг. 2а).Thus, the interference pattern is unambiguously related to the surface relief of the IFA and can be used to determine heights and depths from the middle of the base of the interferometer in a wide field of view. To do this, in the
Далее по рассчитанным значениям xi в устройстве 7 осуществляется вычисление глубины погружения или осадки hi i-й точки поверхности ПЧА (фиг. 2а) относительно поверхности воды по формулеNext, the calculated values of x i in the
где h0 (фиг. 2а) - измеренное при установке интерферометра на судно-носитель значение заглубления (осадки) средней точки базы интерферометра относительно поверхности воды или действительной ватерлинии судна. После приема эхо-сигнала от наиболее удаленной точки M (фиг. 2а) облученной полосы льда режим приема интерферометра заканчивается.where h 0 (Fig. 2a) is the value of the deepening (draft) of the midpoint of the base of the interferometer relative to the water surface or the actual waterline of the vessel, measured when the interferometer was installed on the carrier vessel. After receiving the echo signal from the farthest point M (Fig. 2a) of the irradiated ice strip, the interferometer reception mode ends.
Сразу же по окончании режима приема интерферометра по синхроимпульсу, вырабатываемому синхронизатором 4, начинает работу эхолот 14. На приемоизлучающую акустическую антенну A3 эхолота 14, ось характеристики направленности которой ориентирована по нормали к диаметральной плоскости судна-носителя, поступает через коммутатор 12 импульсный зондирующий радиосигнал, вырабатываемый импульсном генераторным устройством 13 эхолота. Акустическая антенна A3 эхолота преобразует этот электрический радиосигнал в акустический и излучает его в сторону ПЧА, после чего эхолот переходит в режим приема эхо-сигнала, отраженного от ближайшей к нему точки поверхности ПЧА (на фиг. 2а, в - точка M0). В устройстве 11 по измеренному времени запаздывания t3 эхо-сигнала относительно зондирующего радиосигнала и известной скорости звука в воде с осуществляется измерение расстояния rэ до ближайшей к антенне А3 эхолота точки поверхности ПЧА по формулеImmediately upon termination of the interferometer receiving mode by the clock pulse generated by the
Затем, учитывая действительные координаты
Используя значение координаты zэ в устройстве 7 для каждого цикла зондирования по формулеUsing the value of the coordinate z e in the
вычисляют ординаты точек Δzi поверхности ПЧА относительно уровня z=zэ (фиг. 2б) в каждом цикле зондирования. Пары чисел Δzi, xi характеризуют профиль рельефа ПЧА в плоскости x0z, но уже не относительно уровня, проходящего через начало координат z=0, а относительно уровня z=zэ. Значения Δzi могут быть представлены как некоторая функция координаты x (или координаты h=х+h0), меняющейся в некоторых пределах, определяемых осадкой айсберга H a (фиг. 2а), построение которой осуществляется в этом же устройстве. На этом работа эхолота заканчивается и цикл «профилирования» ПЧА повторяется.the ordinates of the points Δz i of the IF surface are calculated relative to the level z = z e (Fig. 2b) in each sensing cycle. Pairs of numbers Δz i , x i characterize the elevation profile of the IFA in the x0z plane, but not with respect to the level passing through the origin z = 0, but with respect to the level z = z e . Δz i values can be represented as some function x coordinates (or coordinates h = x + h 0 ), varying within certain limits determined by the iceberg draft H a (Fig. 2a), the construction of which is carried out in the same device. This completes the operation of the echo sounder and the “profiling” of the IFA repeats.
Для получения профиля поверхности ПЧА за пределами облученной в одном цикле зондирования узкой в плоскости горизонта и широкой по глубине полосы льда на ПЧА судно-носитель и вместе с ним и интерферометр с эхолотом должны быть перемещены в другую точку траектории обхода айсберга, после чего интерферометр и эхолот излучат в сторону поверхности ПЧА очередной акустический импульсный зондирующий радиосигнал и примут соответствующие эхо-сигналы от ПЧА. По мере движения судна-носителя интерферометра и эхолота по траектории обхода айсберга облучаются новые, примыкающие друг к другу полосы поверхности ПЧА, эхо-сигналы от которых принимаются и обрабатываются интерферометром 10 и эхолотом 14. Одновременно с облучением поверхности ПЧА фиксируются и наносятся на интерферограмму в виде оперативных отметок (фиг. 3) текущий номер профиля n, текущее время и значения истинного траверса айсберга для различных точек траектории обхода (фиг. 2в, 3). Этот процесс продолжается до тех пор, пока судно-носитель не «замкнет» траекторию обхода айсберга, т.е. не придет в исходную точку начала «профилирования».In order to obtain the surface profile of the IFA outside the narrow, in the horizon plane and wide in depth ice strip on the IFA carrier vessel and with it the interferometer with an echo sounder should be moved to another point on the iceberg bypass path, after which the interferometer and echo sounder emit another acoustic pulse sounding radio signal to the surface of the IFA and receive the corresponding echo signals from the IFA. As the carrier vessel of the interferometer and the echo sounder moves along the iceberg bypass path, new adjacent bands of the IF surface are irradiated, the echo signals from which are received and processed by the
Полученный при обходе по замкнутой траектории обхода ансамбль профилей рельефов ПЧА вида с привязкой каждого профиля к конкретному моменту времени и значению угла накапливаются в программируемом устройстве 8, где осуществляется также построение трехмерной формы ПЧА вида , которая затем может быть визуально отображена на устройстве отображения рельефа ПЧА 9.The ensemble of relief profiles of the AFA of the form obtained during a walk along a closed trajectory of a walk around the path with the binding of each profile to a specific point in time and the value of the angle accumulate in the
Таким образом, описанный выше способ обеспечивает возможность измерения рельефа поверхности ПЧА и, следовательно, определение ее формы и осадки на ходу судна-носителя и без процедуры погружения и подъема гидролокатора, что существенно снижает трудоемкость процесса и повышает его технологичность.Thus, the method described above makes it possible to measure the surface relief of the frequency converter and, therefore, determine its shape and draft on the course of the carrier vessel and without the procedure for immersing and raising the sonar, which significantly reduces the complexity of the process and increases its manufacturability.
Источники информацииInformation sources
1. Богородский А.В., Попов И.К. Инструментальные исследования подводных частей айсбергов Южного океана // Труды ААНИИ. 1978. Т. 359. С. 134-138.1. Bogorodsky A.V., Popov I.K. Instrumental studies of the underwater icebergs of the Southern Ocean // Transactions of AARII. 1978.V. 359.P. 134-138.
2. Determination of Iceberg Draft and Shape // Prepared By: Oceans Ltd., 85 LeMarchant Road, St. John's, NL, Canada, A1C 2H1. June 2004, PERD/CHC Report 20-75.2. Determination of Iceberg Draft and Shape // Prepared By: Oceans Ltd., 85 LeMarchant Road, St. John's, NL, Canada, A1C 2H1. June 2004, PERD / CHC Report 20-75.
3. Барась С.Т. Исследование и разработка гидролокационного интерферометра для картографической съемки дна в широкой полосе обзора. Дис… канд. техн. наук / ОКБ «Риф». Г. Бельцы, 1981, 210 с.3. Baras S.T. Research and development of sonar interferometer for cartographic bottom survey in a wide field of view. Dis ... cand. tech. sciences / OKB "Reef". G. Balti, 1981, 210 p.
4. Хребтов А.А. Судовые эхолоты. - Л.: Судостроение, 1982. - 232 с.4. Khrebtov A.A. Ship echo sounders. - L .: Shipbuilding, 1982. - 232 p.
Claims (2)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2016131078A RU2623830C1 (en) | 2016-07-27 | 2016-07-27 | Method of remote determination of relief and sedimentation of underwater iceberg part |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2016131078A RU2623830C1 (en) | 2016-07-27 | 2016-07-27 | Method of remote determination of relief and sedimentation of underwater iceberg part |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2623830C1 true RU2623830C1 (en) | 2017-06-29 |
Family
ID=59312380
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2016131078A RU2623830C1 (en) | 2016-07-27 | 2016-07-27 | Method of remote determination of relief and sedimentation of underwater iceberg part |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2623830C1 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2757065C1 (en) * | 2020-11-02 | 2021-10-11 | Акционерное Общество "Концерн "Океанприбор" | Method for surface relief survey |
WO2021256948A1 (en) * | 2020-06-15 | 2021-12-23 | Общество с ограниченной ответственностью "Морские Инновации" | Method and device for ultrasonic imaging of the bottom of a body of water |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20080295599A1 (en) * | 2007-03-19 | 2008-12-04 | Mark Clasen | Ice thickness measuring system |
RU2444760C1 (en) * | 2010-09-13 | 2012-03-10 | Василий Алексеевич Воронин | Method for removing lower surface of ice cover |
RU2541435C1 (en) * | 2013-10-22 | 2015-02-10 | Открытое акционерное общество "Концерн "Океанприбор" | Method of determining iceberg immersion |
RU2548596C1 (en) * | 2014-01-14 | 2015-04-20 | Открытое акционерное общество "Концерн "Океанприбор" | Method of determining iceberg submersion |
RU2549683C2 (en) * | 2013-07-15 | 2015-04-27 | Открытое акционерное общество "Государственный научно-исследовательский навигационно-гидрографический институт" (ОАО "ГНИНГИ") | Method of surveying lower surface of ice cover |
-
2016
- 2016-07-27 RU RU2016131078A patent/RU2623830C1/en active
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20080295599A1 (en) * | 2007-03-19 | 2008-12-04 | Mark Clasen | Ice thickness measuring system |
RU2444760C1 (en) * | 2010-09-13 | 2012-03-10 | Василий Алексеевич Воронин | Method for removing lower surface of ice cover |
RU2549683C2 (en) * | 2013-07-15 | 2015-04-27 | Открытое акционерное общество "Государственный научно-исследовательский навигационно-гидрографический институт" (ОАО "ГНИНГИ") | Method of surveying lower surface of ice cover |
RU2541435C1 (en) * | 2013-10-22 | 2015-02-10 | Открытое акционерное общество "Концерн "Океанприбор" | Method of determining iceberg immersion |
RU2548596C1 (en) * | 2014-01-14 | 2015-04-20 | Открытое акционерное общество "Концерн "Океанприбор" | Method of determining iceberg submersion |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2021256948A1 (en) * | 2020-06-15 | 2021-12-23 | Общество с ограниченной ответственностью "Морские Инновации" | Method and device for ultrasonic imaging of the bottom of a body of water |
RU2757065C1 (en) * | 2020-11-02 | 2021-10-11 | Акционерное Общество "Концерн "Океанприбор" | Method for surface relief survey |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CA2775115C (en) | Method and device for measuring a contour of the ground | |
RU2444760C1 (en) | Method for removing lower surface of ice cover | |
RU2012153734A (en) | METHOD FOR SHOOTING AQUATORIA BOTTOM RELIEF AND DEVICE FOR SHOOTING AQUATORIA BOTTOM RELIEF | |
GB2474103A (en) | Scanning apparatus and method | |
RU2461845C1 (en) | Hydroacoustic system for imaging underwater space | |
JP3515751B2 (en) | Reconstruction method of three-dimensional submarine structure | |
US10359508B2 (en) | System and method for calibration of echo sounding systems and improved seafloor imaging using such systems | |
RU2623830C1 (en) | Method of remote determination of relief and sedimentation of underwater iceberg part | |
CN113552069A (en) | Laser ultrasonic underwater target detection method and system based on interferometric synthetic aperture | |
Violante | Acoustic remote sensing for seabed archaeology | |
US20220236437A1 (en) | Method and system for determining top and bottom depth of an under water mud layer | |
CN111880185A (en) | Underwater target surveying processing method and system | |
Clay et al. | Lateral echo sounding of the ocean bottom on the continental rise | |
JP7390366B2 (en) | Methods for determining depth or water depth profiles based on average sound velocity profiles, methods for determining such velocity profiles, and associated sonar systems | |
KR101331333B1 (en) | Method and device for measuring a profile of the ground | |
Wang et al. | InSAS'00: Interferometric SAS and INS aided SAS imaging | |
US11802949B2 (en) | Underwater information visualizing device | |
RU2559311C1 (en) | Assessment method of state of ice field | |
RU2635332C1 (en) | Method of determining state of ice cover | |
RU2500985C1 (en) | Method for remote detection of subsidence, thickness and height of ice | |
Koyama et al. | Bathymetry by new designed interferometry sonar mounted on AUV | |
RU2510045C2 (en) | Side-scanning phase sonar | |
RU151204U1 (en) | HYDROACOUSTIC LIGHTING SYSTEM FOR UNDERWATER SPACE | |
Leenhardt | Side scanning sonar-a theoretical study | |
Daramola et al. | Fusion of AUV-Mounted 360-Degree Underwater LiDAR and Side Scan Sonar Data |