RU2773497C1 - Method and system for navigation support of pilotage and positioning - Google Patents
Method and system for navigation support of pilotage and positioning Download PDFInfo
- Publication number
- RU2773497C1 RU2773497C1 RU2021108989A RU2021108989A RU2773497C1 RU 2773497 C1 RU2773497 C1 RU 2773497C1 RU 2021108989 A RU2021108989 A RU 2021108989A RU 2021108989 A RU2021108989 A RU 2021108989A RU 2773497 C1 RU2773497 C1 RU 2773497C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- buoy
- beacon
- navigation
- pmo
- underwater
- Prior art date
Links
- 238000004891 communication Methods 0.000 claims abstract description 37
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 30
- 230000001702 transmitter Effects 0.000 claims abstract description 19
- 238000009434 installation Methods 0.000 claims abstract description 17
- 239000002965 rope Substances 0.000 claims abstract description 12
- 230000002706 hydrostatic Effects 0.000 claims abstract description 6
- 239000000969 carrier Substances 0.000 claims description 22
- 238000007667 floating Methods 0.000 claims description 14
- 230000001360 synchronised Effects 0.000 claims description 11
- 230000000051 modifying Effects 0.000 claims description 9
- 230000004044 response Effects 0.000 claims description 6
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 claims description 5
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims description 4
- 238000001914 filtration Methods 0.000 claims description 4
- 230000000306 recurrent Effects 0.000 claims description 4
- 241000702287 Sugarcane streak virus Species 0.000 claims description 3
- 238000002592 echocardiography Methods 0.000 claims description 3
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 3
- 238000004873 anchoring Methods 0.000 claims description 2
- 230000011664 signaling Effects 0.000 claims description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 2
- 239000000789 fastener Substances 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 9
- 230000018109 developmental process Effects 0.000 description 8
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 7
- 238000011161 development Methods 0.000 description 6
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 4
- 238000005755 formation reaction Methods 0.000 description 4
- IGLNJRXAVVLDKE-UHFFFAOYSA-N rubidium Chemical compound [Rb] IGLNJRXAVVLDKE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229910052701 rubidium Inorganic materials 0.000 description 4
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 3
- 230000002829 reduced Effects 0.000 description 3
- 238000004805 robotic Methods 0.000 description 3
- 229920002574 CR-39 Polymers 0.000 description 2
- 241000251734 Torpedo Species 0.000 description 2
- 230000001154 acute Effects 0.000 description 2
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 2
- 230000006399 behavior Effects 0.000 description 2
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 2
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 238000000605 extraction Methods 0.000 description 2
- 230000036039 immunity Effects 0.000 description 2
- 230000003287 optical Effects 0.000 description 2
- 230000000737 periodic Effects 0.000 description 2
- 229920000306 polymethylpentene Polymers 0.000 description 2
- 230000001681 protective Effects 0.000 description 2
- 229910052904 quartz Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010453 quartz Substances 0.000 description 2
- 238000005070 sampling Methods 0.000 description 2
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 2
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 2
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicon dioxide Inorganic materials O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000003643 water by type Substances 0.000 description 2
- TVFDJXOCXUVLDH-UHFFFAOYSA-N Cesium Chemical compound [Cs] TVFDJXOCXUVLDH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 241001661194 Dives Species 0.000 description 1
- 241001319200 Ebo Species 0.000 description 1
- 102100007252 SDHC Human genes 0.000 description 1
- 101700029781 SDHC Proteins 0.000 description 1
- 201000001858 Wilson-Turner syndrome Diseases 0.000 description 1
- 230000002411 adverse Effects 0.000 description 1
- 229910052792 caesium Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 description 1
- 230000000875 corresponding Effects 0.000 description 1
- 230000001934 delay Effects 0.000 description 1
- 229920005994 diacetyl cellulose Polymers 0.000 description 1
- 238000004146 energy storage Methods 0.000 description 1
- 230000002349 favourable Effects 0.000 description 1
- 238000011049 filling Methods 0.000 description 1
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 1
- 230000007274 generation of a signal involved in cell-cell signaling Effects 0.000 description 1
- 230000005484 gravity Effects 0.000 description 1
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 1
- 230000000670 limiting Effects 0.000 description 1
- 238000011068 load Methods 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- RZVAJINKPMORJF-UHFFFAOYSA-N p-acetaminophenol Chemical compound CC(=O)NC1=CC=C(O)C=C1 RZVAJINKPMORJF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 1
- 230000002035 prolonged Effects 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 230000005236 sound signal Effects 0.000 description 1
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 1
- 230000002123 temporal effect Effects 0.000 description 1
- 230000000007 visual effect Effects 0.000 description 1
- 230000003313 weakening Effects 0.000 description 1
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к области морской техники и может быть использовано для навигационного оборудования морских районов и обеспечения безопасности судовождения и определения координат в море надводных кораблей и судов, а также подводных объектов.The invention relates to the field of marine engineering and can be used for navigational equipment of marine areas and ensuring the safety of navigation and determining the coordinates of surface ships and vessels, as well as underwater objects.
Навигационное оборудование морского района представляет собой систему специальных береговых и плавучих сооружений, конструкций и устройств, предназначенных для обеспечения безопасности кораблевождения (судовождения) и служит для определения координат кораблей и судов в море, их правильной ориентировки во время плавания в прибрежных и мелководных районах.Navigational equipment of the sea area is a system of special coastal and floating structures, structures and devices designed to ensure the safety of navigation (navigation) and serves to determine the coordinates of ships and vessels at sea, their correct orientation while sailing in coastal and shallow water areas.
Средствами навигационного оборудования служат береговые и плавучие маяки, светящиеся и несветящиеся знаки, навигационные огни, плавучие предостерегающие знаки (буи и вехи), радио-, радиолокационные и гидроакустические маяки, наземные станции радионавигационных систем и другие средства (Военно-морской словарь / Гл. ред. В.Н. Чернавин. М: Воениздат, 1989. - 511 с. С. 265 [1]).The means of navigation equipment are coastal and floating beacons, luminous and non-luminous signs, navigation lights, floating warning signs (buoys and milestones), radio, radar and sonar beacons, ground stations of radio navigation systems and other means (Naval Dictionary / Ch. ed. V. N. Chernavin, Moscow: Military Publishing House, 1989. - 511 pp., p. 265 [1]).
Наиболее сложным является обеспечение безопасности плавания и точной ориентировки подводных плавающих средств под водой, так как большая часть средств навигационного оборудования установлена на поверхности воды или на берегу. Поэтому для подводных плавающих средств находят применение гидроакустические маяки (ГАМ).The most difficult is to ensure the safety of navigation and accurate orientation of underwater floating facilities under water, since most of the aids to navigation are installed on the surface of the water or on the shore. Therefore, hydroacoustic beacons (SAM) are used for underwater floating facilities.
Известен донный ГАМ, устанавливаемый на морском дне на глубинах до 6000 м, способный обеспечить навигационными параметрами подводные плавающие средства практически во всех районах Мирового океана. Дальность действия такого маяка достигает 20-25 км. (И.С. Калинский. Навигационное оборудование морских театров. Л.: ВВМКУ им. М.В. Фрунзе. 1980. 428 с. С. 292 [2]). Устройство донного ГАМ включает: акустическую антенну с цилиндрическим или стержневым пьезокерамическим преобразователем; дежурный канал маяка, состоящий из приемного усилителя и дешифратора; электронную аппаратуру маяка, размещаемую в прочном корпусе; глубоководный поплавок для подъема антенны над грунтом; источник питания в одном прочном корпусе с электронной аппаратурой, выполняющим функцию якоря; съемного кожуха, внутри которого размещена бухта кабеля с тросом, соединяющим антенну и прочный корпус; тормозного устройства в нижней части прочного корпуса в виде амортизирующего гофрированного цилиндра, необходимое для предохранения маяка от повреждений при ударе о скалистый грунт. Отделение поплавка с антенной от прочного корпуса и переход его в дежурный режим происходит после сбрасывания маяка в воду при достижении им определенной глубины (И.С. Калинский. Навигационное оборудование морских театров. Л.: ВВМКУ им. М.В. Фрунзе, 1980. - 428 с. С. 302-304 [3]).Known bottom GAM, installed on the seabed at depths of up to 6000 m, capable of providing navigation parameters underwater floating facilities in almost all areas of the oceans. The range of such a beacon reaches 20-25 km. (I.S. Kalinsky. Navigational equipment of maritime theaters. L.: VVMKU named after M.V. Frunze. 1980. 428 p. S. 292 [2]). The bottom GAM device includes: an acoustic antenna with a cylindrical or rod piezoceramic transducer; duty channel of the beacon, consisting of a receiving amplifier and a decoder; electronic equipment of the beacon placed in a robust case; deep-sea float for lifting the antenna above the ground; power supply in one rugged housing with electronic equipment that performs the function of an armature; removable casing, inside of which there is a coil of cable with a cable connecting the antenna and the robust housing; a braking device in the lower part of the robust body in the form of a shock-absorbing corrugated cylinder, necessary to protect the beacon from damage when it hits rocky ground. The separation of the float with the antenna from the strong hull and its transition to the standby mode occurs after the beacon is dropped into the water when it reaches a certain depth (I.S. Kalinsky. Navigational equipment of maritime theaters. L .: VVMKU named after M.V. Frunze, 1980. - 428 pp. 302-304 [3]).
Известен гидроакустический буй-маяк (ГАБМ) с аппаратурой спутниковой связи «Гонец-Д1М» и навигации ГЛОНАСС, входящий в состав подводной системы навигации и связи «Позиционер», включающей пункт управления и связанные с ним автономные необитаемые подводные аппараты (АНПА) и указанный выше ГАБМ (Д. Литовкин, А. Рамм. В России создан подводный ГЛОНАСС. М.: Известия IZ, 08.12.2016, https//iz.ru/news/650211 [4]). АНПА патрулируют заданный морской район на глубинах до 8 км и ориентируются при этом по данным ГАБМ, заранее установленных на дне и имеющих сверхточные координаты. ГАБМ передают навигационную информацию плавательным средствам, находящимся не только в воде, но и на ее поверхности. ГАБМ, входящие в состав системы «Позиционер», бывают донные, плавающие и вмораживаемые в лед. Общее устройство ГАБМ включает аппаратную часть, радио- и гидроакустическую часть и систему электропитания, размещаемые в пластмассовом корпусе. В состав радио- и гидроакустической части ГАБМ входят ультракоротковолновая радиостанция, приемник ГЛОНАСС, комплект системы спутниковой связи «Гонец-Д1М» и аппаратура подводной связи с АНПА. Донный вариант ГАБМ оборудуется якорем, в дрейфующем варианте аппаратная часть размещается в защитном корпусе с поплавками и дополнительными элементами питания, а вмораживаемый ГАБМ имеет специальный высокопрочный термоконтейнер с высокой термоизоляцией. При работе с АНПА гидроакустический буй-маяк имеет следующие режимы: «запросный», когда по запросу АНПА буй передает ему по гидроакустическому каналу связи информацию, полученную по спутниковому каналу связи; «диалоговый», когда в режиме реального времени буй связывает пункт управления с АНПА, используя свой радиоканал УКВ-диапазона и обеспечивает контроль местонахождения АНПА и управление им; «автономный», при котором АНПА уточняет у буя по гидроакустическому каналу связи свои координаты и действует самостоятельно; «аварийный», служащий для передачи сигнала бедствия от АНПА.Known hydroacoustic buoy-beacon (GABM) with satellite communications equipment "Gonets-D1M" and navigation GLONASS, which is part of the underwater navigation and communication system "Positioner", including a control point and associated autonomous uninhabited underwater vehicles (AUVs) and the above GABM (D. Litovkin, A. Ramm. Underwater GLONASS was created in Russia. M.: Izvestia IZ, 08.12.2016, https//iz.ru/news/650211 [4]). AUVs patrol a given sea area at depths of up to 8 km and navigate at the same time according to the data of the GPSM, which are pre-installed on the bottom and have ultra-precise coordinates. GABM transmit navigation information to floating facilities that are not only in the water, but also on its surface. GABM, which are part of the "Positioner" system, are bottom, floating and frozen in ice. The general device of the GABM includes a hardware part, a radio and hydroacoustic part and a power supply system, placed in a plastic case. The radio and hydroacoustic part of the GABM includes an ultra-short-wave radio station, a GLONASS receiver, a set of the Gonets-D1M satellite communication system, and equipment for underwater communication with AUVs. The bottom version of the HAMM is equipped with an anchor, in the drifting variant the hardware is housed in a protective case with floats and additional batteries, and the frozen HAMM has a special high-strength thermal container with high thermal insulation. When working with an AUV, the sonar buoy-beacon has the following modes: “request”, when, at the request of the AUV, the buoy transmits information received via the satellite communication channel to it via the hydroacoustic communication channel; "dialogue", when in real time the buoy connects the control point with the AUV using its VHF radio channel and provides control over the location of the AUV and its control; “autonomous”, in which the AUV checks its coordinates with the buoy via the hydroacoustic communication channel and acts independently; "emergency", serving to transmit a distress signal from the AUV.
Известны автономные гидроакустические маяки-ответчики (патент RU №2292057, 20.01.2007 [5]), а также навигационные системы, содержащие несколько донных гидроакустических маяков с различными частотами излучения (патент RU №2483326, 26.05.2013 [6]), и судовые устройства кодированного запроса.Autonomous sonar beacons-responders are known (patent RU No. 2292057, 20.01.2007 [5]), as well as navigation systems containing several bottom sonar beacons with different radiation frequencies (patent RU No. 2483326, 26.05.2013 [6]), and ship encoded request device.
Принцип их работы основан на измерении временных интервалов распространения гидроакустических сигналов от объекта навигации до маяка и обратно, их преобразовании в дистанцию при известной скорости звука в морской воде и вычислении координат места объекта навигации или поправки к их счислимым координатам.The principle of their operation is based on measuring the time intervals of the propagation of hydroacoustic signals from the navigation object to the beacon and back, converting them into a distance at a known speed of sound in sea water and calculating the coordinates of the location of the navigation object or corrections to their countable coordinates.
Основным преимуществом гидроакустических систем является относительно большая дальность действия при сравнительно небольшом энергопотреблении.The main advantage of hydroacoustic systems is a relatively long range with relatively low power consumption.
К недостаткам относятся малый срок службы, определяемый автономным источником питания, величиной саморазряда и интенсивностью работы.The disadvantages include a short service life, determined by an autonomous power source, the magnitude of self-discharge and the intensity of work.
Известно, что для устранения этого недостатка путем многократного использования маяка в его конструкцию вводят механизм отделения плавучей части от якоря с последующим укомплектованием новыми или восстановленными аккумуляторами и новым якорным устройством (Бородин В.И., Смирнов Г.Е., Толстикова Н.А., Яковлев Г.В. Гидроакустические навигационные средства. - Л.: Судостроение, 1983, с. 70 [7]). Это решение сопряжено со значительными организационно-техническими и производственными трудностями: выходом в море специальных плавательных средств для вызова, обнаружения и подъема маяка; допустимыми гидрометеоусловиями - состоянием моря, отсутствием льда, уровнем оптической видимости и др., а в условиях полярной ночи и высокой степени сплоченности льда такая работа представляется практически невозможной. Тем не менее, такое предложение может быть рациональным для особо сложных и дорогостоящих маяков.It is known that in order to eliminate this drawback by repeated use of the lighthouse, a mechanism for separating the floating part from the anchor is introduced into its design, followed by completion with new or restored batteries and a new anchor device (Borodin V.I., Smirnov G.E., Tolstikova N.A. , Yakovlev GV Hydroacoustic navigation aids. - L.: Shipbuilding, 1983, p. 70 [7]). This decision is associated with significant organizational, technical and production difficulties: putting into the sea special floating facilities for calling, detecting and raising the lighthouse; permissible hydrometeorological conditions - the state of the sea, the absence of ice, the level of optical visibility, etc., and in the conditions of the polar night and a high degree of ice concentration, such work seems almost impossible. Nevertheless, such a proposal may be rational for particularly complex and expensive lighthouses.
Серьезной проблемой эксплуатации автономных маяков-ответчиков является неопределенность текущего состояния оставшегося энергоресурса вследствие неконтролируемого объема работ - количества ответов, технологической неоднородности саморазряда аккумуляторов и отдельных элементов батареи и, как следствие, возможность неожиданной потери связи с маяком, то есть ненадежность или невозможность гарантийных оценок действительного срока службы.A serious problem in the operation of autonomous beacons-responders is the uncertainty of the current state of the remaining energy resource due to the uncontrolled amount of work - the number of responses, the technological heterogeneity of self-discharge of batteries and individual battery cells and, as a result, the possibility of unexpected loss of communication with the beacon, that is, the unreliability or impossibility of guarantee estimates of the actual period services.
Известны (патент RU №2125733, 28.05.1997 [8]) гидроакустические маяки-ответчики, в которых введены дополнительные источники ионизированных излучателей в экранированном защитном корпусе, а также накопитель электрической энергии для периодической подзарядки аккумулятора автономного маяка.Known (patent RU No. 2125733, May 28, 1997 [8]) are sonar beacons-responders, in which additional sources of ionized emitters are introduced in a shielded protective case, as well as an electrical energy storage device for periodically recharging the battery of an autonomous beacon.
Следует отметить биологическую небезопасность используемых радиоизотопных термоэлектрических генераторов (РИТЭГ). Например, в настоящее время по всей арктической зоне, включая акватории СМП, идет утилизация оставшихся РИТЭГ (http://www.iaea.org/OurWorkyST/NE/NEFW/Technical-Areas/WTS/CEG/documents/26th-IAEA-CEG-PlenaryMeeting/Paris_RUS_PDF/4.1_RTG_Program_Paper_Rus.pdf).The biological unsafety of the used radioisotope thermoelectric generators (RTGs) should be noted. For example, at present, the remaining RTGs are being dismantled throughout the Arctic zone, including the NSR waters (http://www.iaea.org/OurWorkyST/NE/NEFW/Technical-Areas/WTS/CEG/documents/26th-IAEA-CEG -PlenaryMeeting/Paris_RUS_PDF/4.1_RTG_Program_Paper_Rus.pdf).
Решения навигационных тактико-технических задач в значительной степени зависят от эффективности систем подводной (подледной) связи объекта навигации.Solutions to navigation tactical and technical problems largely depend on the effectiveness of the underwater (under-ice) communication systems of the navigation object.
Известны системы (патент RU №2287450, 20.11.2006 [9]), основанные на том, что подводный объект «выбрасывает» на поверхность моря кабельный радиобуй. В арктических акваториях, в условиях ледовой обстановки, этот способ становится проблематичным или невозможным в зависимости от степени ледового покрытия поверхности моря. К тому же работа радиобуя легко обнаруживается.Systems are known (patent RU No. 2287450, November 20, 2006 [9]) based on the fact that an underwater object “throws” a cable radio buoy onto the sea surface. In the Arctic waters, in conditions of ice conditions, this method becomes problematic or impossible, depending on the degree of ice coverage of the sea surface. In addition, the operation of the beacon is easily detected.
Известны также способы связи, основанные на подвсплытии подводной лодки на малую, подповерхностную глубину, на которую проникают электромагнитные волны радиодиапазона. К недостаткам относится незащищенность подводной лодки от средств воздушного наблюдения и обнаружения, включая и спутниковые системы, а также технические трудности «освещения» локальной поверхности моря (http://www.Libma.ru/tehnicheskienauki/sovetskieatomnyelodki/p.21.php).There are also known methods of communication based on the subsurface of a submarine to a small, subsurface depth, which penetrate the electromagnetic waves of the radio range. The disadvantages include the vulnerability of the submarine from aerial surveillance and detection, including satellite systems, as well as the technical difficulties of "illuminating" the local sea surface (http://www.Libma.ru/tehnicheskienauki/sovetskieatomnyelodki/p.21.php).
Известны и электромагнитные системы глобальной связи, основанные на крайне низких частотах (отечественная «Зевс» и американская «Sanguine», включая ее развитие - «Seafer», «AustereELF» и «ProjectEEF»). Но они характеризуются чрезвычайно высокими затратами на сооружение и эксплуатацию, не получили дальнейшего развития по экономическим соображениям, а их преимущества, живучесть и надежность, в настоящее время представляются не бесспорными.Electromagnetic global communication systems based on extremely low frequencies are also known (domestic "Zeus" and American "Sanguine", including its development - "Seafer", "AustereELF" and "ProjectEEF"). But they are characterized by extremely high construction and operation costs, have not received further development for economic reasons, and their advantages, survivability and reliability, are currently not indisputable.
Следует отметить очевидные недостатки приемных устройств в виде буксируемых кабель-антенн длиной в сотни метров: необходимость стабилизации кабеля по глубине, конструктивная сложность управления выпуском и подбором антенны, существенное ухудшение маневренных характеристик подводного объекта и так далее. Таким образом, «классические» электромагнитные каналы подводной связи характеризуются ограниченной дальностью действия и малой информационной емкостью, но в сравнении с гидроакустической, звукоподводной связью обладают более высокой скоростью распространения сигнала и скрытностью работы, не подвержены многочисленным гидрологическим помехам. В качестве подводного канала связи могут быть использованы волоконно-оптические линии связи.It should be noted the obvious disadvantages of receiving devices in the form of towed cable-antennas hundreds of meters long: the need to stabilize the cable in depth, the design complexity of controlling the release and selection of the antenna, a significant deterioration in the maneuvering characteristics of an underwater object, and so on. Thus, the "classical" electromagnetic channels of underwater communication are characterized by a limited range and low information capacity, but in comparison with hydroacoustic, sound-underwater communication, they have a higher signal propagation speed and secrecy of operation, and are not subject to numerous hydrological interference. As an underwater communication channel, fiber-optic communication lines can be used.
Арктическая навигационная система должна учитывать и известные особенности: ненадежная работа некоторых технических средств навигации в арктических широтах, например гироскопических и магнитных компасов; ограниченные точность и покрытие спутниковых систем навигации, в частности GPS и ГЛОНАСС, при работе в арктических широтах, а также их подверженность средствам противодействия; повышенную сложность, например, Северного морского пути в навигационном отношении, многочисленными островами, проливами, малыми глубинами, неблагоприятными метеоусловиями - частыми и длительными туманами, ограниченными возможностями визуальной и астрономической обсервации, часто сложной ледовой обстановкой.The Arctic navigation system must also take into account the known features: unreliable operation of some technical means of navigation in the Arctic latitudes, such as gyroscopic and magnetic compasses; limited accuracy and coverage of satellite navigation systems, in particular GPS and GLONASS, when operating in the Arctic latitudes, as well as their exposure to countermeasures; increased complexity, for example, of the Northern Sea Route in terms of navigation, numerous islands, straits, shallow depths, adverse weather conditions - frequent and prolonged fogs, limited possibilities for visual and astronomical observation, often difficult ice conditions.
Установка гидроакустических маяков и буев-маяков в морских районах осуществляется, как правило, надводными кораблями или судами в течение некоторого времени и сопровождается выполнением определенного маневрирования, демонстрируя сторонним и нежелательным наблюдателям характер ведущихся в районе работ по его оборудованию некими стационарными системами, что является недостатком существующих гидроакустических маяков и способов оборудования ими морских районов. Другим недостатком гидроакустических маяков и буев-маяков является отсутствие у них такого качества, как мобильность, что не позволяет при необходимости оперативно оборудовать ими морские районы.The installation of sonoacoustic beacons and buoys in sea areas is carried out, as a rule, by surface ships or vessels for some time and is accompanied by certain maneuvering, demonstrating to outside and unwanted observers the nature of the work being done in the area to equip it with some stationary systems, which is a drawback of existing hydroacoustic beacons and methods of equipping sea areas with them. Another disadvantage of sonoacoustic beacons and beacon-buoys is their lack of such a quality as mobility, which does not allow, if necessary, to quickly equip sea areas with them.
Мобильность гидроакустического маяка или буя-маяка и скрытность оборудования ими морского района может быть обеспечена с применением подводных плавательных средств. Наиболее подходящим транспортировщиком гидроакустического маяка или буя-маяка является автономный или дистанционно управляемый автономный необитаемый подводный аппарат (АНПА). Типовой АНПА имеет корпус обтекаемой цилиндрической или иной формы, средства движения и энергообеспечения, гидроакустические и телевизионные средства поиска, навигационное оборудование, средства связи, отсек для полезной нагрузки и приборы управления. Для связи с пунктом управления он оборудуется аппаратурой связи с гидроакустическим или радиотехническим каналом (Сиденко К.С. Илларионов Г.Ю. Подводная лодка и автономный необитаемый подводный аппарат // МРЭ. №2, 2008 [10]).The mobility of a hydroacoustic beacon or buoy-beacon and the secrecy of their equipment of the sea area can be ensured using underwater navigation facilities. The most suitable carrier for a sonar beacon or beacon buoy is an autonomous or remotely operated autonomous uninhabited underwater vehicle (AUV). A typical AUV has a body of a streamlined cylindrical or other shape, means of propulsion and power supply, sonar and television search tools, navigation equipment, communications equipment, a payload compartment and control devices. For communication with the control point, it is equipped with communication equipment with a hydroacoustic or radio-technical channel (Sidenko K.S. Illarionov G.Yu. Submarine and autonomous uninhabited underwater vehicle // MRE. No. 2, 2008 [10]).
АНПА выполняют различные функции, в том числе, ведут подводные поисковые работы по обнаружению и идентификации морских мин, осуществляют гидроакустические, гидрографические и батиметрические измерения, а также обследуют подводные объекты и гидротехнические сооружения (И. Белоусов. Современные и перспективные необитаемые подводные аппараты ВМС США // Зарубежное военное обозрение, 2013, №5. С. 79-88 [11]. Однако в качестве средств доставки навигационного оборудования в морские районы они применения еще не нашли.AUVs perform various functions, including conducting underwater search operations to detect and identify sea mines, carry out hydroacoustic, hydrographic and bathymetric measurements, and also examine underwater objects and hydraulic structures (I. Belousov. Modern and advanced uninhabited underwater vehicles of the US Navy / / Foreign Military Review, 2013, No. 5. P. 79-88 [11] However, they have not yet been used as a means of delivering navigation equipment to sea areas.
Известны способы, обеспечивающие позиционирование подводных объектов с помощью гидролокатора. Среди них: способ по патенту RU №2032187, 27.03.1995 [12], заключающийся в том, что на дне водоема размещается некоторое количество гидроакустических маяков-ответчиков с различными частотами ответа, создающих навигационную базу, и их калибровку в относительных и географических координатах с помощью судна обеспечения. Для этого судно обеспечения оснащается бортовыми комплексами спутниковой и гидроакустической навигации. Гидроакустический передатчик, располагаемый на объекте навигации, осуществляет излучение гидроакустических сигналов с последующим измерением временных интервалов их распространения от объекта навигации до донных маяков-ответчиков и обратно, и преобразования этих интервалов в дистанции между объектом навигации и размещенными на дне маяками-ответчиками донной навигационной базы. В результате обработки полученных значений дальности от объекта навигации (подводного объекта) до донных маяков-ответчиков получают достоверные результаты навигации, обеспечивающие его позиционирование.Known methods for positioning underwater objects using sonar. Among them: a method according to patent RU No. 2032187, 03/27/1995 [12], which consists in the fact that a number of hydroacoustic transponder beacons with different response frequencies are placed at the bottom of the reservoir, creating a navigation base, and their calibration in relative and geographical coordinates with with the help of a supply vessel. To do this, the support vessel is equipped with onboard satellite and hydroacoustic navigation systems. The hydroacoustic transmitter, located on the navigation object, emits hydroacoustic signals with subsequent measurement of the time intervals of their propagation from the navigation object to the bottom transponder beacons and back, and converting these intervals into the distance between the navigation object and the bottom navigation base transponder beacons located on the bottom. As a result of processing the obtained range values from the navigation object (underwater object) to the bottom transponder beacons, reliable navigation results are obtained that ensure its positioning.
Недостатками данного способа являются значительные затраты судового времени, что сказывается на низкой оперативности метода; большое количество донных маяков-ответчиков (12…16 шт.) с длительным сроком автономности и необходимостью их технического обслуживания; необходимость проведения калибровочных работ, причем не только при постановке и снятии донных маяков-ответчиков, но и в период их эксплуатации при изменении внешних условий, среди которых могут выступать гидрологические и сейсмические факторы; необходимость замены донных маяков-ответчиков после выработки своего энергетического ресурса с обязательным последующим проведением калибровочных работ вновь установленного донного оборудования; сложность бортовой аппаратуры объекта навигации, которая сказывается на ее стоимости.The disadvantages of this method are the significant costs of ship time, which affects the low efficiency of the method; a large number of bottom transponder beacons (12…16 pieces) with a long autonomy and the need for their maintenance; the need to carry out calibration work, not only during the installation and removal of bottom transponder beacons, but also during their operation when external conditions change, which may include hydrological and seismic factors; the need to replace the bottom beacons-responders after the development of their energy resource with the obligatory subsequent calibration work of the newly installed bottom equipment; the complexity of the onboard equipment of the navigation object, which affects its cost.
Известен способ определения географических координат подводного объекта по патенту US №5579285, 21.08.1995 [13]. Способ реализован на базе устройства, в состав которого входят дрейфующие GIB-буи (Gtobal Intelligent Buoy), образующие длинную базу, составляющую километры, и подводный аппарат с маяком - гидроакустическим передатчиком, излучающим сигналы определенной частоты в предустановленные моменты времени. Каждый буй снабжен гидроакустическим приемником (гидрофоном), приемником глобальной системы позиционирования GPS, часами, синхронизированными с часами GPS, радиомодемом. Буи измеряют собственные географические координаты с помощью GPS. В фиксированные моменты времени маяк излучает гидроакустический сигнал, который через определенное время запаздывания, определяемое расстоянием, фиксируется каждым буем. Одновременно, в строгой синхронизации по времени, полученным значениям времен запаздывания приписываются текущие географические координаты буев на момент начала излучения сигнала маяком подводного аппарата. Все полученные данные по радиоканалу через радиомодем передаются на пост слежения, расположенный либо на корабле сопровождения, либо на берегу. На этом посту с учетом полученных данных с помощью специального программного обеспечения вычисляются географические координаты подводного аппарата.A known method for determining the geographical coordinates of an underwater object according to US patent No. 5579285, 21.08.1995 [13]. The method is implemented on the basis of a device that includes drifting GIB-buoys (Gtobal Intelligent Buoy), forming a long base of kilometers, and an underwater vehicle with a beacon - a hydroacoustic transmitter that emits signals of a certain frequency at preset times. Each buoy is equipped with a hydroacoustic receiver (hydrophone), a GPS receiver, a clock synchronized with the GPS clock, and a radio modem. The buoys measure their own geographic coordinates using GPS. At fixed times, the beacon emits a hydroacoustic signal, which, after a certain delay time, determined by the distance, is recorded by each buoy. At the same time, in strict time synchronization, the obtained values of the delay times are assigned the current geographic coordinates of the buoys at the moment the signal was emitted by the beacon of the underwater vehicle. All received data is transmitted over a radio channel via a radio modem to a tracking post located either on the escort ship or on the shore. At this post, taking into account the data received, using special software, the geographical coordinates of the underwater vehicle are calculated.
Недостатками данного способа являются: возможность сноса буев за счет дрейфа из района контроля на расстояния, превышающие дальность гидроакустической связи; из-за многолучевости распространения гидроакустических посылок возможность неоднократного прихода на любой из буев одного и того же сигнала, излученного маяком подводного аппарата, что отчетливо проявляется на больших дальностях между подводным аппаратом и буями или на мелководье; поскольку разность времени прихода гидроакустического сигнала на любой из буев определяется по переднему фронту приходящего от гидроакустического передатчика сигнала, то при малом отношении «сигнал/помеха» с учетом значительного расстояния между буем и подводным аппаратом существует неоднозначность определения времени запаздывания из-за возможного поражения сигнала помехой.The disadvantages of this method are: the possibility of demolition of buoys due to drift from the control area to distances exceeding the range of hydroacoustic communication; due to the multipath propagation of hydroacoustic messages, the possibility of multiple arrivals on any of the buoys of the same signal emitted by the underwater vehicle beacon, which is clearly manifested at long distances between the underwater vehicle and buoys or in shallow water; since the difference in the time of arrival of a hydroacoustic signal to any of the buoys is determined by the leading edge of the signal coming from the hydroacoustic transmitter, then with a small signal-to-interference ratio, taking into account the significant distance between the buoy and the underwater vehicle, there is an ambiguity in determining the delay time due to possible signal damage by interference .
Известен также способ определения координат (патент RU №2365939, 27.08.2009 [14]). Для реализации указанного способа используют дрейфующую на водной поверхности станцию, оснащенную аппаратурой для непрерывного приема сигналов спутниковых навигационных систем (GPS или ГЛОНАСС). Прием и обработка этих сигналов обеспечивает определение собственных координат дрейфующей станции с высокой точностью в любой момент времени. По сигналу запроса с подводного объекта или по определенной программе работы дрейфующей станции информация о ее географических координатах передается на подводный объект по гидроакустическому каналу в виде шумоподобного кодированного сигнала определенной формы.There is also a method for determining the coordinates (patent RU No. 2365939, 27.08.2009 [14]). To implement this method, a station drifting on the water surface is used, equipped with equipment for continuous reception of signals from satellite navigation systems (GPS or GLONASS). The reception and processing of these signals ensures the determination of the drifting station's own coordinates with high accuracy at any time. Upon a request signal from an underwater object or according to a specific work program of a drifting station, information about its geographical coordinates is transmitted to an underwater object via a hydroacoustic channel in the form of a noise-like coded signal of a certain shape.
Недостатками данного способа является недостаточная точность определения географических координат подводного объекта, вызванная: погрешностью определения координат, связанной с изменчивостью скорости сигнала в морской воде, которая существенно возрастает на мелководье, когда временные задержки между отдельными лучами уменьшаются, при этом сами лучи идентифицировать и выделить отдельно невозможно; возможностью искажения сигнала, передаваемого с дрейфующей станции на подводный объект, вследствие его поражения или ослабления при наличии таких факторов, как гидрология (отрицательная рефракция, слой скачка скорости звука) и реверберация.The disadvantages of this method are the insufficient accuracy of determining the geographical coordinates of an underwater object, caused by: the error in determining the coordinates associated with the variability of the signal speed in sea water, which increases significantly in shallow water, when the time delays between individual beams decrease, while the beams themselves cannot be identified and isolated separately ; the possibility of distorting the signal transmitted from a drifting station to an underwater object due to its damage or weakening in the presence of factors such as hydrology (negative refraction, sound velocity jump layer) and reverberation.
Известны также способы определения географических координат подводного объекта (патент RU №2717578 С1, 24.03.2020 [15] и его аналоги патенты RU №2365939 С1, 27.08.2009 [16]. RU №2488842 С1, 27.07.2013 [17], RU №2626244 С1, 25.07.2017 [18], RU №2460043 С1. 27.08.2012 [19], RU №2563332 С2, 20.09.2015 [20], US №4914598 А1, 03.04.1990 [21]). которые относится к области подводной навигации и обеспечивают позиционирование (географическую привязку) подводных объектов с определением их обсервованных географических координат с помощью гидролокатора и глобальной навигационной спутниковой системы.There are also known methods for determining the geographical coordinates of an underwater object (patent RU No. 2717578 C1, 03/24/2020 [15] and its analogues patents RU No. 2365939 C1, 08/27/2009 [16]. RU No. 2488842 C1, 07/27/2013 [17], RU No. 2626244 C1, 25.07.2017 [18], RU No. 2460043 C1. 08.27.2012 [19], RU No. 2563332 C2, 20.09.2015 [20], US No. 4914598 A1, 03.04.1990 [21]). which relate to the field of underwater navigation and provide positioning (geographical reference) of underwater objects with the determination of their observed geographical coordinates using a sonar and a global navigation satellite system.
Сущность данного способа заключается в том, что в способе определения географических координат подводного объекта при использовании гидролокатора, размещенного на надводном судне, основанном на приеме сигналов спутниковых навигационных систем GPS/ГЛОНАСС для определения собственных географических координат судна на выбранный момент времени, передаче по гидроакустическому каналу информации о собственных географических координатах судна на подводный объект, на котором с учетом его текущих географических координат, определяемых бортовой навигационной системой, осуществляется определение истинных географических координат
подводного объекта, при этом гидролокатором надводного судна на выбранный момент времени определяются три пространственные координаты подводного объекта - пеленг (П), дальность (Д) и угол места (УМ), значения которых подаются на бортовой компьютер надводного судна для расчета истинных географических координат подводного объекта с последующей передачей полученных значений, приведенных к выбранному моменту времени, по информационному кабелю в навигационную систему подводного объекта.The essence of this method lies in the fact that in the method of determining the geographical coordinates of an underwater object using a sonar located on a surface vessel, based on receiving signals from GPS / GLONASS satellite navigation systems to determine the vessel's own geographical coordinates at a selected point in time, transmitting information via a hydroacoustic channel about the vessel’s own geographical coordinates to an underwater object, on which, taking into account its current geographical coordinates determined by the onboard navigation system, the true geographical coordinates are determined underwater object, while the sonar of the surface vessel at the selected point in time determines three spatial coordinates of the underwater object - bearing (P), range (D) and elevation angle (EL), the values of which are fed to the on-board computer of the surface vessel to calculate the true geographical coordinates of the underwater object with subsequent transmission of the obtained values, reduced to the selected point in time, via the data cable to the navigation system of the underwater object.При этом способ заключается в предварительном расчете обсервованных географических координат
подводного объекта на борту надводного судна на выбранный момент времени и их передаче, приведенных к этому времени, в навигационную систему подводного объекта, ч то достигается с помощью: гидролокатора, размещенного на надводном судне и определяющего три пространственные координаты подводного объекта: пеленг (П), дистанцию (Д), угол места (УМ); навигационного GPS/ГЛОНАСС -приемника, размещенного на надводном судне и принимающего данные с искусственного спутника Земли о его истинных географических координатах (ϕист., λист.); кабеля связи, обеспечивающего информационный канал передачи данных подводному объекту с надводного судна и обратно. В качестве указанных данных выступают искомые обсервованные (точно рассчитанные) географические координаты подводного объекта (ϕо, которые рассчитываются на надводном судне по определенным алгоритмам с учетом пространственных координат подводного объекта (П, Д, УМ) и истинных географических координат надводного судна In this case, the method consists in the preliminary calculation of the observed geographic coordinates an underwater object on board a surface vessel at a selected point in time and their transmission, reduced to this time, to the navigation system of an underwater object, which is achieved using: a sonar located on a surface vessel and determining three spatial coordinates of an underwater object: bearing (P), distance (D), elevation angle (UM); a navigation GPS/GLONASS receiver placed on a surface vessel and receiving data from an artificial Earth satellite about its true geographic coordinates (ϕ source , λ source ); a communication cable that provides an information channel for transmitting data to an underwater object from a surface vessel and vice versa. The required observed (accurately calculated) geographical coordinates of the underwater object (ϕ o , which are calculated on a surface vessel according to certain algorithms, taking into account the spatial coordinates of the underwater object (P, D, UM) and the true geographical coordinates of the surface vesselРеализация данного способа реализуется посредством гидролокатора, размещенного в килевой части надводного судна, определяются три пространственные координаты подводного объекта: пеленг; дистанция; угол места. Это осуществляется в результате обработки отраженного от подводного объекта зондирующего гидроакустического сигнала, представляющего собой импульсы определенной амплитуды, длительности, скважности и частоты заполнения, которые излучаются гидролокатором надводного судна в сторону подводного объекта и после отражения от него принимаются и фиксируются двумя сканирующими в пространстве диаграммами направленности, формируемыми гидроакустической антенной указанного гидролокатора в режиме приема. Истинные географические координаты надводного судна
определяются по сигналам, поступающим от искусственного спутника Земли навигационной системы GPS/ГЛОНАСС, которые принимаются его навигационным приемником. С учетом этих координат и полученных пространственных координат (пеленг, дистанция, угол места) подводного объекта осуществляется точный расчет координат подводного объекта на надводном судне, выполняемый по определенным алгоритмам, после чего рассчитанные географические координаты подводного объекта передаются в его навигационную систему по информационному кабелю с надводного судна.The implementation of this method is implemented by means of a sonar located in the keel of the surface vessel, three spatial coordinates of the underwater object are determined: bearing; distance; elevation angle. This is carried out as a result of processing the probing hydroacoustic signal reflected from the underwater object, which is pulses of a certain amplitude, duration, duty cycle and filling frequency, which are emitted by the sonar of the surface vessel towards the underwater object and, after reflection from it, are received and recorded by two directional patterns scanning in space, generated by the hydroacoustic antenna of the specified sonar in the receive mode. True geographic coordinates of the surface vessel are determined by the signals coming from the artificial Earth satellite of the GPS / GLONASS navigation system, which are received by its navigation receiver. Taking into account these coordinates and the obtained spatial coordinates (bearing, distance, elevation) of an underwater object, an accurate calculation of the coordinates of an underwater object on a surface vessel is carried out, performed according to certain algorithms, after which the calculated geographical coordinates of an underwater object are transmitted to its navigation system via a data cable from a surface vessel.Способ может быть использован только при благоприятных погодных условий и практически не осуществим в условиях с ледовым покрытием ввиду того, что используют надводное судно и информационный кабель, связывающий надводное судно обеспечения с подводным объектом. Кроме того, в настоящее время остро встал вопрос изучения Арктики, освоение ресурсов, изучение дна. Особенно проблемно работы в части Арктических морей, круглогодично закрытых льдом. Лед даже летом достигает такой толщины и сплоченности, что выполнение географических работ или выполнение работ по позиционированию подводных объектов без ледокольного обеспечения невозможно. Например, использование многолучевых эхолотов или гидролокаторов на надводном носителе даже при ледокольном обеспечении имеет несколько проблем - это повышенный шум из-за трения льда о корпус и необходимость закрывать излучатели ледовой защитой (или использовать специальные защищенные излучатели), что приводит к значительному снижению полосы обзора и качества сигнала.The method can be used only under favorable weather conditions and is practically not feasible in ice-covered conditions due to the fact that a surface vessel and a data cable are used that connect the surface support vessel with an underwater object. In addition, at present, the issue of studying the Arctic, developing resources, and studying the bottom has become acute. It is especially problematic to work in the part of the Arctic seas, which are covered with ice all year round. Even in summer, the ice reaches such thickness and cohesion that it is impossible to carry out geographic work or carry out work on the positioning of underwater objects without icebreaking support. For example, the use of multibeam echo sounders or sonars on a surface carrier, even with icebreaking support, has several problems - this is increased noise due to ice friction on the hull and the need to cover the emitters with ice protection (or use special protected emitters), which leads to a significant reduction in the swath and signal quality.
Техническим результатом также аналогичной известной группы изобретений является разработка самоходного гидроакустического буя-маяка и способа навигационного оборудования морского района с его применением, предназначенных для осуществления оперативного и скрытного навигационного оборудования морского района с целью повышения безопасности плавания в нем, улучшения качества работы и маневрирования своих плавательных средств за счет обеспечения их точными навигационными параметрами (патент RU №2710831 С1, 24.03.2020 [22] и его аналоги патенты RU №2599902 С1, 20.10.2016 [23], RU №2014109532 А, 20.09.2015 [24], US №5119341 А1, 02.06.1992 [25], US №5331602 A1, 19.07.1994 [26]).The technical result of a similar well-known group of inventions is the development of a self-propelled sonar buoy-beacon and a method of navigation equipment of the sea area with its use, designed to implement operational and covert navigation equipment of the sea area in order to increase the safety of navigation in it, improve the quality of work and maneuvering of their swimming facilities by providing them with accurate navigation parameters (patent RU No. 2710831 C1, 24.03.2020 [22] and its analogues patents RU No. 2599902 C1, 20.10.2016 [23], RU No. 5119341 A1, 06/02/1992 [25], US No. 5331602 A1, 07/19/1994 [26]).
В качестве прототипа выбрано, техническое решение, приведенное в источнике [22]. Наряду с достоинствами известного способа и устройства для его реализации к недостаткам могут быть отнесены следующие.As a prototype, the technical solution given in the source [22] was chosen. Along with the advantages of the known method and device for its implementation, the following can be attributed to the disadvantages.
Наибольший вклад в погрешность измерения дистанции вносит средняя скорость распространения звука по трассе, при этом погрешность определения координат может достигать от 200 до 400 м при максимальной дальности от передатчика гидроакустической станции (буя). Кроме того, использование пеленгационных (азимутальных) способов определения координат объекта нецелесообразно, так как на значительных расстояниях из-за относительно больших погрешностей в измерении пеленга на борту подвижного морского объекта (ПМО), погрешности определения его координат могут превышать десятки километров.The greatest contribution to the distance measurement error is made by the average speed of sound propagation along the track, while the error in determining the coordinates can reach from 200 to 400 m at the maximum distance from the transmitter of the hydroacoustic station (buoy). In addition, the use of direction-finding (azimuth) methods for determining the coordinates of an object is impractical, since at significant distances, due to relatively large errors in measuring the bearing on board a mobile marine object (MMO), the errors in determining its coordinates can exceed tens of kilometers.
Задачей предлагаемого технического решения является повышение достоверности определения координат подводных объектов.The objective of the proposed technical solution is to increase the reliability of determining the coordinates of underwater objects.
Поставленная задача решается за счет того, что в самоходном гидроакустическом буе-маяке, имеющим источник тока, аппаратуру управления, антенну и приемник спутниковой системы навигации типа ГЛОНАСС, аппаратуру подводной связи, приема и излучения гидроакустических сигналов, приемный усилитель и дешифратор, электронную аппаратуру маяка, якорное устройство с якорем, якорным канатом и вьюшкой, выполненный на базе автономного необитаемого подводного аппарата, имеет бортовую систему управления с модулем навигации и эхолотом, энергосиловую установку с источником энергии и двигателем, движитель, приводы рулевых машинок и наружное оперение с рулями, дополнительно он оснащается радиопередатчиком и антенной для подачи сигналов о своем местонахождении при всплытии на поверхность, а также запоминающим устройством для записи гидроакустических сигналов и шумов в районе постановки, вычислительным устройством и датчиками гидростатического и гидродинамического давления, служащими для расчета скорости дрейфа гидроакустического буя-маяка при его погружении для постановки на якорь, направления и величины горизонтального сноса буя-маяка относительно якоря вследствие течения, якорное устройство дополнительно оснащается управляемым от бортовой системы управления фиксатором вытравленного с вьюшки якорного каната, служащего для регулирования глубины буя-маяка и расстояния его от грунта, а также устройством отделения коренного конца якорного каната от крепления на вьюшке с целью освобождения буя-маяка от якоря и всплытия на поверхность воды, в отличие от прототипа [22] излучатели приема и излучения гидроакустических сигналов выполнены из пьезокерамических колец, высокоточные опорные генераторы установлены как на буе. маяке, так и на ПМО, на ПМО дополнительно установлен модуль корреляционной обработки сигналов, размещенный в приемном тракте, который включает модуль единого времени, модуль АЦП, рубидиевый стандарт частоты, аппаратно-программные средства корреляционной обработки и декодирования принятых сигналов, каждый буй имеет вытравленный на заданную глубину тросс-кабель, на конце которого расположен гидроакустический излучатель, а в способе навигационного оборудования морского района, при котором рассчитывают количество гидроакустических буев-маяков, необходимых для навигационного оборудования заданного морского района, и определяют точки их установки, готовят на базе гидроакустические буи-маяки к установке, проверяют их работоспособность и загружают на плавсредство, доставляют их в заданный морской район и в расчетных точках сбрасывают в воду, после приводнения переводят гидроакустические буи-маяки в рабочее положение, при этом у стационарных буев отделяют якорь, разматывают буйреп и устанавливают его на грунте, оставляя поплавок буя, так же как и дрейфующий буй, на поверхности воды, включают радиостанцию, приемник спутниковой системы навигации, комплект спутниковой связи и аппаратуру звукоподводной связи, получают от спутниковой системы навигации географические координаты каждого буя и по запросу надводных или подводных плавсредств передают их по радио или звукоподводной связи, используют самоходные гидроакустические буи-маяки, выполненные на базе автономных необитаемых подводных аппаратов, готовят их к пуску, вводят в бортовую систему управления маршрутное задание и выпускают с берегового, морского или воздушного носителя, осуществляют движение каждого самоходного гидроакустического буя-маяка по заданному маршруту на заданной глубине в заданную для него точку, в процессе своего развертывания в заданный район они используют звукоподводную связь, средства подводного наблюдения и действуют в группе согласованно, на участке перехода, а также в заданной точке всплывают на поверхность, получают от спутниковой системы навигации координаты, погружаются на заданное расстояние от дна и становятся на якорь, по показаниям датчиков гидростатического и гидродинамического давления, длины якорного каната и расстояния от грунта рассчитывают в вычислительном устройстве истинные географические координаты самоходного гидроакустического буя-маяка и переводят его в дежурный режим работы, записывают в запоминающее устройство получаемые гидроакустические сигналы и окружающие шумы, обеспечивают действующие в районе свои надводные или подводные плавсредства по их запросу навигационной информацией, по команде с пункта управления, транслируемой по звукоподводной связи прибывшим плавсредством или ретранслятором, сбрасываемым с летательного аппарата, освобождаются от якоря и всплывают на поверхность, включают радиопередатчик и подают установленный сигнал для обнаружения своими плавсредствами, подъема на борт и возвращения на базу, в отличие от прототипа принимают широкополосные псевдошумовые сигналы (фазоманипулированные сигналы, например, М-последовательности), при обнаружении которых гидроакустическим приемным каналом навигационной аппаратуры ПМО выполняется операция корреляционной свертки принятого сигнала с копией излученного, решение об обнаружении и начале измерения времени распространения навигационного сигнала между буем и ПМО принимается по максимальному значению импульсной характеристики, преодолевшему порог корреляционного шума, далее, на рассматриваемом интервале измеряется задержка этого максимума относительно зондирующего импульса опорного генератора приемной аппаратуры ПМО, для прецизионного определения расстояний между буем - маяком и ПМО используют высокоточные опорные генераторы как на буе - маяке, так и на ПМО, при формировании шкалы времени и псевдослучайной последовательности для модуляции несущей частоты гидроакустической аппаратуры буя - маяка, так и в приемном тракте аппаратуры ПМО, для демодуляции принятого сигнала используют одну и ту же информацию, формирующую сигнал в модуляторе передатчика буя - маяка, измеренные приемной аппаратурой ПМО дальности до буя подвергаются обработке методом рекуррентной калмановской фильтрации, вектор оцениваемых параметров включает три компоненты: поправки широты, долготы (отшествия) к счислимым координатам ПМО и систематическую поправку, обусловленную расхождением часов (генераторов) буя-маяка и ПМО, определение вектора скорости ПМО выполняется путем совместной обработки серии обсерваций, после приводнения буев определяют залегание подводного звукового канала (если он имеется), принимают решение по глубине использования носителя при выполнении работ, определяют скорость и направление поверхностного течения, первоначально выставляют первый буй - маяк, расположенный на схеме расстановки со стороны преобладающего течения, после этого ПМО начинает движение на глубине выполнения гидрографических работ к месту установки второго буя, во время движения второго буя-маяка принимают сигнал от первого буя-маяка и определяют скорость и направление сноса второго буя-маяка, выполняют запись трека движения на каждом буе-маяке и регистрируют, данные о скорости звука в воде на горизонте заглубления, каждый буй-маяк оборудован аппаратурой СНС, имеющую общую синхронизацию, на глубине излучателя устанавливается измеритель скорости звука в воде, синхронизированный с записью трека в буе-маяке, все буи-маяки работают на одной частоте излучения и сигналы разнесены по времени или каждый буй маяк работает на своей частоте, каждый буй-маяк передает в свое назначенное время навигационный сигнал и затем серию из двух кодированных посылок (две величины - доли минут широты и долготы своего местоположения, в приемном тракте бортовой аппаратуры ПМО эти сигналы декодируются, первый - навигационный сигнал используется для определения дальности от буя-маяка до ПМО, две последующие серии сигналов декодируются, полученными величинами изменяются предыдущие координаты каждого буя-маяка, для каждого буя-маяка строится модель «поведения» - дрейфа, при этом используют данные курса и скорости ПМО, получаемые от ИНС, при расчете учитывает перемещение ПМО за время между сигналами буев и учитывает это при вычислениях.The problem is solved due to the fact that in a self-propelled sonar buoy-beacon having a power source, control equipment, an antenna and a receiver of a satellite navigation system of the GLONASS type, equipment for underwater communication, receiving and emitting hydroacoustic signals, a receiving amplifier and a decoder, electronic equipment of the beacon, an anchor device with an anchor, an anchor rope and a view, made on the basis of an autonomous uninhabited underwater vehicle, has an on-board control system with a navigation module and an echo sounder, a power plant with a power source and an engine, a propulsion device, servo drives and external plumage with rudders, it is additionally equipped with a radio transmitter and an antenna for signaling its location when surfacing, as well as a storage device for recording hydroacoustic signals and noise in the setting area, a computing device and hydrostatic and hydrodynamic pressure sensors that are used to calculate the speed of the tree yfa of the sonar buoy-beacon when it is immersed for anchoring, the direction and magnitude of the horizontal drift of the buoy-beacon relative to the anchor due to the current, the anchor device is additionally equipped with a latch, controlled from the onboard control system, of the anchor rope etched from the view, which serves to regulate the depth of the buoy-beacon and its distance from the ground, as well as a device for separating the root end of the anchor rope from mounting on the view in order to release the buoy-beacon from the anchor and float to the surface of the water, unlike the prototype [22], the emitters for receiving and emitting hydroacoustic signals are made of piezoceramic rings, high-precision reference generators are installed as on a buoy. beacon, and on the PMO, the PMO additionally has a signal correlation processing module located in the receiving path, which includes a single time module, an ADC module, a rubidium frequency standard, hardware and software tools for correlation processing and decoding of received signals, each buoy has an etched on a specified depth of the cable, at the end of which a hydroacoustic emitter is located, and in the method of navigation equipment of the sea area, in which the number of sonar buoys-beacons necessary for the navigation equipment of a given sea area is calculated and their installation points are determined, sonar buoys are prepared on the basis of beacons to the installation, check their operability and load onto a floating craft, deliver them to a given sea area and drop them into the water at the calculated points, after splashing down, the sonar buoys-beacons are transferred to the working position, while the anchor is separated from the stationary buoys, the buoyrep is unwound and installed they put it on the ground, leaving the float of the buoy, as well as the drifting buoy, on the surface of the water, turn on the radio station, the receiver of the satellite navigation system, the satellite communication set and the equipment for sound underwater communication, receive the geographical coordinates of each buoy from the satellite navigation system and, upon request, surface or underwater craft transmit them by radio or underwater sound communication, use self-propelled sonobuoys-beacons made on the basis of autonomous uninhabited underwater vehicles, prepare them for launch, enter the route task into the onboard control system and release from a coastal, sea or air carrier, carry out the movement of each self-propelled sonar buoy-beacon along a given route at a given depth to a given point for it, in the process of their deployment to a given area, they use sound underwater communications, underwater surveillance equipment and act in a group in a coordinated manner, in the transition area, and also at a given point float on top accuracy, receive coordinates from the satellite navigation system, sink to a specified distance from the bottom and anchor, according to the readings of the hydrostatic and hydrodynamic pressure sensors, the length of the anchor rope and the distance from the ground, the true geographical coordinates of the self-propelled sonar buoy-beacon are calculated in the computing device and translated in the standby mode of operation, record the received hydroacoustic signals and ambient noise in the memory device, provide their surface or underwater watercraft operating in the area, at their request, with navigation information, at the command from the control point, broadcast via sound underwater communication by the arriving watercraft or by a repeater dropped from an aircraft , are released from the anchor and float to the surface, turn on the radio transmitter and give the set signal to be detected by their boats, boarding and returning to the base, unlike the prototype, they receive broadband pseudo noise signals (phase-shift keyed signals, for example, M-sequences), upon detection of which the hydroacoustic receiving channel of the PMO navigation equipment performs the operation of correlation convolution of the received signal with a copy of the emitted signal, the decision to detect and start measuring the propagation time of the navigation signal between the buoy and the PMO is made according to the maximum value the impulse response that has overcome the threshold of correlation noise, then, in the interval under consideration, the delay of this maximum relative to the probing pulse of the reference generator of the receiving equipment of the PMO is measured, to accurately determine the distances between the buoy-beacon and the PMO, high-precision reference generators are used both on the buoy-beacon and on the PMO , when forming the time scale and pseudo-random sequence for modulating the carrier frequency of the hydroacoustic equipment of the buoy-beacon, and in the receiving path of the PMO equipment, to demodulate the received signal, the same information that forms the signal in the modulator of the buoy-beacon transmitter, the distances to the buoy measured by the PMO receiving equipment are processed by the method of recurrent Kalman filtering, the vector of estimated parameters includes three components: corrections of latitude, longitude (departure) to the denumerable coordinates of the PMO and a systematic correction due to clock discrepancy (generators) of the buoy-beacon and PMO, the determination of the PMO velocity vector is carried out by joint processing of a series of observations, after splashing down the buoys, the location of the underwater sound channel (if any) is determined, a decision is made on the depth of use of the carrier during work, the speed and direction of the surface current are determined , initially set the first buoy - beacon, located on the layout from the side of the prevailing current, after that, the PMO starts moving at the depth of hydrographic work to the installation site of the second buoy, while the second buoy is moving, they receive a signal from the first th buoy-lighthouse and determine the speed and direction of drift of the second buoy-lighthouse, record the movement track on each buoy-lighthouse and register data on the speed of sound in the water at the depth horizon, each buoy-beacon is equipped with SNS equipment having a common synchronization, on at the depth of the emitter, a sound velocity meter in water is installed, synchronized with the track record in the buoy-beacon, all buoys-beacons operate at the same radiation frequency and the signals are separated in time or each buoy-beacon operates at its own frequency, each buoy-beacon transmits at its appointed time a navigation signal and then a series of two coded packets (two values - fractions of minutes of latitude and longitude of your location, these signals are decoded in the receiving path of the PMO onboard equipment, the first - the navigation signal is used to determine the distance from the buoy-beacon to the PMO, two subsequent series of signals are decoded, the obtained values change the previous coordinates of each buoy-lighthouse, for each buoy-lighthouse and a model of “behavior” is built - drift, while using the data of the course and speed of the PMO received from the INS, when calculating, it takes into account the movement of the PMO during the time between buoy signals and takes this into account in the calculations.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1-4 представлено: фиг. 1. Общая схема формирования навигационного полигона, где позициями обозначены: 1 - ПМО, 2 - буй-маяк, 3 - излучатель гидроакустических сигналов, 4 - навигационный спутник, фиг. 2 - схема расположения буев - маяков при учете смещения ПМО за промежуток времени t между сеансами излучения трех буев - маяков; фиг. 3 - цикл работы гидроакустической навигационной системы при варианте использования только одной частоты на трех буях - маяках; фиг. 4 - цикл работы гидроакустической навигационной системы при варианте использования разных частот на трех буях-маяках.The essence of the invention is illustrated by drawings, where in Fig. 1-4 shows: Fig. Fig. 1. The general scheme of the formation of a navigation range, where the positions indicate: 1 - PMO, 2 - beacon buoy, 3 - emitter of hydroacoustic signals, 4 - navigation satellite, Fig. 2 - layout of buoys - beacons, taking into account the displacement of the PMO for a period of time t between radiation sessions of three buoys - beacons; fig. 3 - the cycle of operation of the hydroacoustic navigation system with the option of using only one frequency on three buoys - lighthouses; fig. 4 - the cycle of operation of the hydroacoustic navigation system with the option of using different frequencies on three buoys-beacons.
Конструктивно буй-маяк может быть выполнен, как и в прототипе, т.е. в виде автономного необитаемого подводного аппарата и содержат аналогичные конструктивные элементы.Structurally, the buoy-beacon can be made, as in the prototype, ie. in the form of an autonomous uninhabited underwater vehicle and contain similar structural elements.
Самоходный гидроакустический буй-маяк, как и в прототипе [22] работает следующим образом. При подготовке к пуску самоходного гидроакустического буя-маяка на носителе проверяют работоспособность его бортовых систем, вводят в бортовую систему управления маршрутное задание и программу работы в точке постановки, после чего по готовности выпускают его в воду. Далее самоходный гидроакустический буй-маяк прибывает в точку с заданными координатами и всплывает на поверхность для выхода на связь с космическими аппаратами спутниковой системы навигации и уточнения своих текущих координат. После определения своего местоположения самоходный гидроакустический буй-маяк погружается и, достигнув установленной глубины или отстояния от дна, отдает якорь и вытравливает заданную длину якорного каната. С занятием позиции гидроакустический буй-маяк переходит в дежурный режим работы, заключающийся в прослушивании окружающего пространства и записи в запоминающее устройство внешних шумов и готовности к приему запросного сигнала от обеспечиваемых плавсредств. С учетом показаний датчиков гидростатического и гидродинамического давления, длины вытравленного якорного каната и своего отстояния от грунта в вычислительном устройстве гидроакустического буя-маяка рассчитываются истинные географические координаты антенны, которые по установленному сигналу запроса передаются потребителям в виде зашифрованного сигнала вместе с массивом навигационной информации. При получении установленной команды по звукоподводной связи гидроакустический буй-маяк освобождается от якоря и всплывает на поверхность воды для подъема на борт судна, последующего возвращения на базу, технического обслуживания, расшифровки записей в запоминающем устройстве и переподготовки для дальнейшего использования. С целью облегчения поиска гидроакустического буя-маяка после всплытия на поверхность воды включается радиопередатчик и передает установленный сигнал на поисковое судно.Self-propelled sonar buoy-beacon, as in the prototype [22] works as follows. In preparation for the launch of a self-propelled sonobuoy-beacon on a carrier, the performance of its on-board systems is checked, the route task and the work program at the setting point are entered into the on-board control system, after which it is released into the water when ready. Next, the self-propelled sonar buoy-beacon arrives at a point with given coordinates and floats to the surface to communicate with spacecraft of the satellite navigation system and clarify its current coordinates. After determining its location, the self-propelled sonar buoy-beacon dives and, having reached the set depth or distance from the bottom, anchors and etches the specified length of the anchor line. With the occupation of the position, the sonar buoy-beacon switches to the standby mode of operation, which consists in listening to the surrounding space and recording external noise in the memory device and being ready to receive an interrogation signal from the provided floating craft. Taking into account the readings of the hydrostatic and hydrodynamic pressure sensors, the length of the etched anchor rope and its distance from the ground, the true geographical coordinates of the antenna are calculated in the computing device of the sonar buoy-beacon, which, according to the established request signal, are transmitted to consumers in the form of an encrypted signal along with an array of navigation information. Upon receipt of the established command via sound underwater communication, the sonar buoy-beacon is released from the anchor and floats to the surface of the water for lifting on board the vessel, subsequent return to the base, maintenance, decoding of records in the memory device and retraining for further use. In order to facilitate the search for a sonar buoy-beacon, after surfacing to the surface of the water, a radio transmitter is turned on and transmits the set signal to the search vessel.
В отличие от прототипа в устройстве излучатели приема и излучения гидроакустических сигналов выполнены из пьезокерамических колец, высокоточные опорные генераторы установлены как на буе-маяке, так и на подводном или надводном объекте ПМО, координаты которого должны определяться, на ПМО дополнительно установлен модуль корреляционной обработки сигналов, размещенный в приемном тракте, который включает модуль единого времени, модуль АЦП, рубидиевый стандарт частоты, аппаратно-программные средства корреляционной обработки и декодирования принятых сигналов, каждый буй-маяк имеет вытравленный на заданную глубину тросс-кабель, на конце которого расположен гидроакустический излучатель. Буй-маяк может быть установлен и непосредственно с подводного ПМО. например, через торпедный аппарат.Unlike the prototype in the device, the emitters for receiving and emitting hydroacoustic signals are made of piezoceramic rings, high-precision reference generators are installed both on the buoy-beacon and on the underwater or surface object of the PMO, the coordinates of which are to be determined, an additional signal correlation processing module is installed on the PMO, placed in the receiving path, which includes a single time module, an ADC module, a rubidium frequency standard, hardware and software tools for correlation processing and decoding of received signals, each buoy-beacon has a tether cable etched to a predetermined depth, at the end of which a hydroacoustic emitter is located. The buoy-beacon can also be installed directly from the underwater PMO. for example, through a torpedo tube.
В отличие от прототипа, в предлагаемом способе принимают широкополосные псевдошумовые сигналы (фазоманипулированные сигналы, например, М-последовательности), при обнаружении которых гидроакустическим приемным каналом навигационной аппаратуры ПМО выполняется операция корреляционной свертки принятого сигнала с копией излученного, решение об обнаружении и начале измерения времени распространения навигационного сигнала между пунктом излучения и ПМО принимается по максимальному значению импульсной характеристики, по сигналу, преодолевшему порог корреляционного шума. Далее, на рассматриваемом интервале измеряется задержка этого максимума относительно зондирующего импульса опорного генератора приемной аппаратуры ПМО, для прецизионного определения расстояний между буем-маяком и ПМО используют высокоточные опорные генераторы как на буе-маяке, так и на ПМО, при формировании шкалы времени и псевдослучайной последовательности для модуляции несущей частоты аппаратуры буя-маяка, так и в приемном тракте аппаратуры ПМО, для демодуляции принятого сигнала используют одну и ту же информацию, формирующую сигнал в модуляторе передатчика буя - маяка, измеренные приемной аппаратурой ПМО дальности до буя - маяка подвергаются обработке методом рекуррентной калмановской фильтрации, вектор оцениваемых параметров включает три компоненты: поправки широты, долготы (отшествия) к счислимым координатам ПМО и систематическую поправку, обусловленную расхождением часов (генераторов) буя - маяка и ПМО, определение вектора скорости ПМО выполняется путем совместной обработки серии обсерваций, после приводнения буев - маяков определяют залегание подводного звукового канала (если он имеется), принимают решение по глубине носителя при выполнении работ, определяют скорость и направление поверхностного течения, первоначально выставляют первый буй-маяк, расположенный на схеме расстановки со стороны преобладающего течения, после этого ПМО начинает движение на глубине выполнения гидрографических работ к месту установки второго буя-маяка, во время движения второго буя-маяка принимают сигнал от первого буя-маяка и определяют скорость и направление сноса второго буя-маяка, выполняют запись трека движения на каждом буе-маяке и регистрируют, данные о скорости звука в воде на горизонте заглубления излучателя гидроакустических сигналов, каждый буй-маяк оборудован аппаратурой СНС, имеющую общую синхронизацию, на глубине излучателя гидроакустических сигналов устанавливается измеритель скорости звука в воде, синхронизированный с записью трека в буе-маяке, все буи-маяки работают на одной частоте излучения и сигналы разнесены по времени или каждый буй-маяк работает на своей частоте, каждый буй-маяк передает в свое назначенное время навигационный сигнал и затем серию из двух кодированных посылок (две величины - доли минут широты и долготы своего местоположения, в приемном тракте бортовой аппаратуры ПМО эти сигналы декодируются, первый - навигационный сигнал используется для определения дальности от буя-маяка до ПМО, две последующие серии сигналов декодируются, полученными величинами изменяются предыдущие координаты каждого буя-маяка, для каждого буя-маяка в строится модель «поведения» - дрейфа, при этом используют данные курса и скорости ПМО, получаемые от ИНС, при расчете учитывают перемещение ПМО за время между сигналами буев-маяков и учитывают это при вычислениях.Unlike the prototype, in the proposed method, broadband pseudo-noise signals (phase-shift keyed signals, for example, M-sequences) are received, upon detection of which the hydroacoustic receiving channel of the PMO navigation equipment performs the operation of correlation convolution of the received signal with a copy of the emitted signal, the decision to detect and start measuring the propagation time of the navigation signal between the point of emission and the PMO is received according to the maximum value of the impulse response, according to the signal that has overcome the correlation noise threshold. Further, on the interval under consideration, the delay of this maximum relative to the probing pulse of the reference generator of the receiving equipment of the PMO is measured, to accurately determine the distances between the buoy-beacon and the PMO, high-precision reference generators are used both on the buoy-beacon and on the PMO, when forming the time scale and pseudo-random sequence to modulate the carrier frequency of the buoy-beacon equipment, and in the receiving path of the PMO equipment, to demodulate the received signal, the same information is used that forms the signal in the modulator of the buoy-beacon transmitter, the distances to the buoy-beacon measured by the receiving equipment of the PMO are processed by the recurrent method Kalman filtering, the vector of estimated parameters includes three components: corrections of latitude, longitude (departure) to the denumerable coordinates of the PMO and a systematic correction due to the discrepancy between the clocks (generators) of the buoy-beacon and the PMP, the determination of the PMP velocity vector is performed by joint processing of the series observations, after splashing down the buoys - beacons determine the occurrence of the underwater sound channel (if any), make a decision on the depth of the carrier when performing work, determine the speed and direction of the surface current, initially set the first buoy located on the layout from the side of the prevailing current, after that, the PMO starts moving at the depth of hydrographic work to the installation site of the second buoy-beacon, while the second buoy-beacon is moving, they receive a signal from the first buoy-beacon and determine the speed and direction of drift of the second buoy-beacon, record the movement track on each buoy -beacon and record data on the speed of sound in water at the depth horizon of the emitter of hydroacoustic signals, each buoy-beacon is equipped with SNS equipment having a common synchronization, at the depth of the emitter of hydroacoustic signals, a sound velocity meter in water is installed, synchronized with the recording of the track in the buoy-beacon , all buoys are working at the same emission frequency and the signals are separated in time or each buoy-beacon operates at its own frequency, each buoy-beacon transmits at its appointed time a navigation signal and then a series of two coded packets (two values - fractions of minutes of latitude and longitude of its location, in in the receiving path of the PMO onboard equipment, these signals are decoded, the first - navigation signal is used to determine the distance from the buoy-beacon to the PMO, the next two series of signals are decoded, the previous coordinates of each buoy-beacon are changed by the obtained values, for each buoy-beacon » - drift, while using the data of the course and speed of the PMO received from the INS, the calculation takes into account the movement of the PMO during the time between the signals of the buoys-beacons and takes this into account in the calculations.
Отличительные признаки предлагаемого технического решения позволяют повысить точности определения координат места и скорости ПМО посредством формирования гидроакустической навигационной системой большой дальности на основе самоходных буев-маяков, использующей сложные широкополосные зондирующие сигналы. Для повышения точности определения координат места и скорости ПМО необходимо знать скорость распространения гидроакустических сигналов по трассе от излучателя буя-маяка до приемника ПМО, использовать на борту приемника и передатчика опорные генераторы, корректируемые по данным глобальных навигационных спутниковых систем ГЛОНАСС/GPS, и применять экстремально-корреляционные методы обработки измеренной дальности. Анализ современных тенденций развития подводных технологий свидетельствует о значительном прогрессе в области создания перспективных робототехнических комплексов. При этом требования к функциональным возможностям ПМО и робототехнических комплексов различного назначения в последние годы смещаются в сторону увеличения дальности от систем управления и позиционирования. Проблематичным при этом становится использование классической схемы гидроакустической системы с длинной базой, основанной на установке в районе применения ПМО донных маяков. Одним из перспективных методов увеличения дальностей и повышения точности позиционирования ПМО при использовании гидроакустической навигационной сети (ГНС), является применение низкочастотных сложных широкополосных зондирующих сигналов. В последнее время в системах гидроакустической навигации и связи широкое распространение получили разработки, использующие фазоманипулированные сигналы (например, М-последовательности) [Касаткин Б.А., Матвиенко Ю.В., Злобина Н.В., Рылов Р.Н. Принципы построения гидроакустических навигационных систем дальнего радиуса действия // Proc. of Intern. Conf. SubSeaTech' 2007. June 25-28. - St. Petersburg,2007. Бурдинский И.Н., Матвиенко Ю.В., Миронов А.С., Рылов Р.Н. О применении сложных сигналов в гидроакустических системах навигации и управления подводными роботами. Институт проблем морских технологий ДВО РАН Владивосток // Подводные исследования и робототехника. - 2008. - No1. - С. 39-46]. Сформулируем три основных требования, выполнение которых может обеспечить повышение эффективности гидроакустических навигационных средств, использующих сложные сигналы: высокоточное определение скорости распространения гидроакустических сигналов за счет повышения помехоустойчивости и использования прямых акустических лучей в каналах связи: передающая гидроакустическая станция (буй-маяк) - ПМО; высокоточное определение времени прихода навигационных сигналов путем выбора оптимальных параметров М-последовательностей (частота, количество символов, количество периодов на символ) и привязки зондирующих импульсов к системе единого времени как на буе - маяке, так и в приемной аппаратуре ПМО; расширение возможностей систем управления, телеметрии и навигационной системы за счет работы с ансамблем ортогональных навигационных сигналов и периодической коррекции бортовых часов по сигналам единого времени. Передатчик, установленный на буе - маяке должен быть низкочастотным и иметь достаточную частотную полосу для качественной передачи сложных сигналов. Наиболее подходящими для этих целей оказываются излучатели на базе пьезокерамических колец (Безответных В.В., Буренин А.В., Моргунов Ю.Н., Половинка Ю.А. Экспериментальные исследования особенностей распространения импульсных сигналов из шельфа в глубокое море // Акустический журнал. - 2009. - Т.55. - No3. - С. 374-380. POSSIBLE WAYS ТО INCREASE). Основным методом обработки широкополосных псевдошумовых сигналов при их обнаружении гидроакустическим приемным каналом навигационной аппаратуры ПМО является операция корреляционной свертки принятого сигнала с копией излученного. Решение об обнаружении и начале измерения времени распространения навигационного сигнала между пунктом излучения и ПМО принимается по максимальному значению импульсной характеристики, преодолевшему порог корреляционного шума. Далее, на рассматриваемом интервале измеряется задержка этого максимума относительно зондирующего импульса опорного генератора приемной аппаратуры ПМО. Таким образом, для прецизионного определения расстояний между буем - маяком и ПМО необходимо иметь высокоточные опорные генераторы как на буе-маяке, так и на ПМО. Как при формировании шкалы времени и псевдослучайной последовательности для модуляции несущей частоты аппаратуры буя-маяка, так и в приемном тракте аппаратуры ПМО, для демодуляции принятого сигнала должна использоваться одна и та же информация, формирующая сигнал в модуляторе передатчика буя - маяка. Увеличение длительности псевдослучайной последовательности повышает помехоустойчивость системы в целом. Подобная схема уже используется в спутниковых навигационных системах ГЛОНАСС и GPS. Для формирования шкалы времени и псевдослучайной последовательности на спутниковых аппаратах используются цезиевые и рубидиевые опорные генераторы (ОГ) с долговременной относительной нестабильностью 10-11-10-12, а в корабельной приемной аппаратуре установлены кварцевые опорные генераторы с долговременной относительной нестабильностью 10-6-10-9. Последние разработки кварцевых ОГ имеют небольшие массогабаритные характеристики и незначительное энергопотребление. Так как скорость распространения звуковых колебаний в морской воде приблизительно равна 1500 м/с, то аналогичные ОГ могут быть использованы в аппаратуре передатчика гидроакустических сигналов буя-маяка и в приемном тракте аппаратуры ПМО. В результате применения ОГ потенциальная (инструментальная) погрешность измерения дистанции не будет превышать единиц метров. Время непрерывной работы ОГ, при котором он будет обеспечивать заданную точность измерений, превышает шесть месяцев. Проведенные экспериментальные исследования показали, что использование сложных широкополосных фазоманипулированных сигналов позволит определять координаты подводных подвижных объектов достаточно точно (сотые доли процента) на расстояниях более 300 км от передатчика, установленного в прибрежной шельфовой зоне. Однако при этом на место установки передающего устройства накладываются ограничения: наличие отрицательной рефракции скорости распространения звука в водной среде, что приводит к формированию придонного звукового канала на континентальном шельфе и переходу акустической энергии в подводный звуковой канал (ПЗК). Хорошие результаты по точности измерения расстояний обусловлены стабильностью скорости звука на оси ПЗК, т.е. измерение расстояния между корреспондирующими точками сводится к умножению значений скорости звука на оси ПЗК на значение времени распространения максимального импульса, прошедшего вблизи оси ПЗК. Многократная апробация этой технологии (Безответных В.В., Буренин А.В., Моргунов Ю.Н., Половинка Ю.А. Экспериментальные исследования особенностей распространения импульсных сигналов из шельфа в глубокое море // Акустический журнал. - 2009. - Т.55. - No3. - С. 374-380. POSSIBLE WAYS ТО INCREASE) показала хорошие результаты, но было отмечено, что для повышения точности измерений необходимо учитывать тот факт, что обычно скорость звука на шельфе отличается от скорости звука на оси ПЗК, и необходимо рассчитывать эффективную (среднюю) скорость с учетом вклада скорости звука на шельфе. Для этого нужно провести измерение скорости распространения звука (СРЗ) с АНПА и вместе установки излучателя на буе - маяке. Зная численные значения этих величин, можно вычислить среднее значение СРЗ по трассе по формуле:Distinctive features of the proposed technical solution make it possible to increase the accuracy of determining the coordinates of the location and speed of the PMO by forming a long-range hydroacoustic navigation system based on self-propelled buoys-beacons using complex broadband probing signals. To improve the accuracy of determining the coordinates of the position and velocity of the PMO, it is necessary to know the speed of propagation of hydroacoustic signals along the path from the emitter of the beacon-beacon to the PMO receiver, use reference generators on board the receiver and transmitter, corrected according to the data of the global navigation satellite systems GLONASS / GPS, and apply extreme correlation methods for processing the measured range. An analysis of current trends in the development of underwater technologies indicates significant progress in the creation of promising robotic systems. At the same time, the requirements for the functionality of software and robotic systems for various purposes have shifted in recent years towards increasing the range from control and positioning systems. In this case, the use of the classical scheme of a long-base hydroacoustic system based on the installation of bottom beacons in the area of application of PMO becomes problematic. One of the promising methods for increasing the range and improving the positioning accuracy of PMO using a hydroacoustic navigation network (HNS) is the use of low-frequency complex broadband probing signals. Recently, developments using phase-shift keyed signals (for example, M-sequences) have become widespread in hydroacoustic navigation and communication systems [Kasatkin B.A., Matvienko Yu.V., Zlobina N.V., Rylov R.N. Principles of construction of long-range hydroacoustic navigation systems // Proc. of Intern. Conf. SubSeaTech' 2007. June 25-28. -St. Petersburg, 2007. Burdinsky I.N., Matvienko Yu.V., Mironov A.S., Rylov R.N. On the use of complex signals in hydroacoustic systems for navigation and control of underwater robots. Institute of Marine Technology Problems FEB RAS Vladivostok // Underwater research and robotics. - 2008. - No1. - S. 39-46]. Let us formulate three main requirements, the fulfillment of which can provide an increase in the efficiency of hydroacoustic navigation aids using complex signals: high-precision determination of the speed of propagation of hydroacoustic signals by increasing noise immunity and using direct acoustic beams in communication channels: transmitting hydroacoustic station (buoy-beacon) - PMO; high-precision determination of the time of arrival of navigation signals by choosing the optimal parameters of M-sequences (frequency, number of symbols, number of periods per symbol) and linking sounding pulses to a common time system both on the buoy-beacon and in the PMO receiving equipment; expanding the capabilities of control systems, telemetry and navigation systems by working with an ensemble of orthogonal navigation signals and periodic correction of onboard clocks using common time signals. The transmitter installed on the buoy-beacon must be low-frequency and have sufficient frequency band for high-quality transmission of complex signals. The most suitable for these purposes are emitters based on piezoceramic rings (V.V. Bezotvetnykh, A.V. Burenin, Yu.N. - 2009. - V.55. - No3. - P. 374-380. POSSIBLE WAYS TO INCREASE). The main method for processing broadband pseudonoise signals when they are detected by the hydroacoustic receiving channel of the PMO navigation equipment is the operation of correlation convolution of the received signal with a copy of the emitted one. The decision to detect and start measuring the propagation time of the navigation signal between the emission point and the PMO is made based on the maximum value of the impulse response that has overcome the correlation noise threshold. Further, on the interval under consideration, the delay of this maximum is measured relative to the probing pulse of the reference oscillator of the PMO receiving equipment. Thus, in order to accurately determine the distances between the buoy-beacon and the PMO, it is necessary to have high-precision reference generators both on the buoy-beacon and on the PMO. Both in the formation of the time scale and pseudo-random sequence for modulating the carrier frequency of the buoy-beacon equipment, and in the receiving path of the PMO equipment, the same information should be used to demodulate the received signal, which forms the signal in the modulator of the buoy-beacon transmitter. Increasing the duration of the pseudo-random sequence increases the noise immunity of the system as a whole. A similar scheme is already used in satellite navigation systems GLONASS and GPS. To form the time scale and pseudo-random sequence on satellite vehicles, cesium and rubidium reference oscillators (OG) with a long-term relative instability of 10-11-10-12 are used, and quartz reference oscillators with a long-term relative instability of 10-6-10- 9. The latest developments of quartz EG have small weight and size characteristics and low power consumption. Since the speed of propagation of sound waves in sea water is approximately equal to 1500 m/s, similar exhaust gases can be used in the equipment of the transmitter of hydroacoustic signals of the buoy-beacon and in the receiving path of the PMO equipment. As a result of the use of OG, the potential (instrumental) error in measuring the distance will not exceed a few meters. The time of continuous operation of the exhaust gas, at which it will provide the specified measurement accuracy, exceeds six months. The conducted experimental studies have shown that the use of complex broadband phase-shift keying signals will make it possible to determine the coordinates of underwater moving objects quite accurately (hundredths of a percent) at distances of more than 300 km from a transmitter installed in the coastal shelf zone. However, in this case, restrictions are imposed on the place of installation of the transmitter: the presence of a negative refraction of the speed of sound propagation in the aquatic environment, which leads to the formation of a near-bottom sound channel on the continental shelf and the transition of acoustic energy into an underwater sound channel (USC). Good results in terms of accuracy of measuring distances are due to the stability of the speed of sound on the SCD axis, i.e. measurement of the distance between the corresponding points is reduced to multiplying the values of the speed of sound on the SVG axis by the value of the propagation time of the maximum pulse passing near the SVG axis. Multiple testing of this technology (V. V. Bezotvetnykh, A. V. Burenin, Yu. N. Morgunov, Yu. 55. - No3. - P. 374-380. POSSIBLE WAYS TO INCREASE) showed good results, but it was noted that in order to improve the accuracy of measurements, it is necessary to take into account the fact that usually the speed of sound on the shelf differs from the speed of sound on the SSV axis, and it is necessary to calculate the effective (average) velocity taking into account the contribution of the sound velocity on the shelf. To do this, it is necessary to measure the speed of sound propagation (SRZ) from the AUV and, together with the installation of the emitter on the buoy - beacon. Knowing the numerical values of these quantities, it is possible to calculate the average value of the SRH along the route using the formula:
Vcp=VшRш/(Rпзк+Rш)+VпзкRпзк/(Rпзк+Rш), где Rш - длина части трасы на шельфе, Rпзк - длина части трассы в глубоком море, Vш - средняя скорость звука на шельфе, Vпзк - средняя скорость звука в глубоком море.Vcp=VshRsh/(Rbzk+Rb)+VbzkRbzk/(Rbzk+Rb), where Rb is the length of the route part on the shelf, Rbzk is the length of the part of the route in the deep sea, Vb is the average speed of sound on the shelf, Vbzk is the average speed of sound in deep sea.
Применение сложных сигналов позволяет создать многоканальную приемную аппаратуру ПМО на основе кодового или частотного разделения сигналов. Это открывает возможности учета частотного доплеровского сдвига для широкого диапазона скоростей ПМО и организации передачи информации. Для реализации вышеизложенных требований передающая аппаратура буя-маяка должна иметь следующую приемо-передающую аппаратуру: опорный генератор для формирования временной шкалы и модуляции передающей частоты буя-маяка; приемники сигналов спутниковых навигационных систем ГЛОНАСС и GPS для периодической коррекции временной шкалы; аппаратуру для передачи измеренных значений СРЗ на ПМО для вычисления средней СРЗ по трассе, что позволит повысить точность измерения дистанций буй-маяк - ПМО. Измеренные приемной аппаратурой ПМО дальности до буя-маяка могут быть обработаны методом наименьших квадратов или методом рекуррентной калмановской фильтрации, при этом количество замеров навигационных параметров должно быть не менее четырех. Вектор оцениваемых параметров должен включать три компоненты: поправки широты, долготы (отшествия) к счислимым координатам ПМО и систематическую поправку, обусловленную расхождением часов (генераторов) буя-маяка и ПМО. Для определения вектора скорости ПМО необходима совместная обработка серии обсерваций. Предварительные испытания показывают, что возможно обеспечить определение дистанции до АНПА с погрешностью несколько десятков метров (Безответных В.В., Буренин А.В., Моргунов Ю.Н., Половинка Ю.А. Экспериментальные исследования особенностей распространения импульсных сигналов из шельфа в глубокое море // Акустический журнал. - 2009. - Т.55. - No3. - С. 374-380. POSSIBLE WAYS ТО INCREASE).The use of complex signals makes it possible to create multi-channel receiving equipment based on code or frequency separation of signals. This opens up the possibility of taking into account the frequency Doppler shift for a wide range of PMO speeds and organization of information transmission. To implement the above requirements, the transmitting equipment of the buoy-beacon must have the following receiving-transmitting equipment: a reference generator for forming the time scale and modulating the transmitting frequency of the buoy-beacon; receivers of signals from satellite navigation systems GLONASS and GPS for periodic correction of the time scale; equipment for transmitting the measured SRH values to the PMO for calculating the average SRH along the route, which will improve the accuracy of measuring the buoy-beacon - PMO distances. The ranges to the buoy-beacon measured by the PMO receiving equipment can be processed by the least squares method or by the recurrent Kalman filtering method, while the number of measurements of navigation parameters should be at least four. The vector of estimated parameters should include three components: corrections of latitude, longitude (departure) to the countable coordinates of the PMO and a systematic correction due to the discrepancy between the clocks (generators) of the buoy-beacon and the PMO. To determine the PMO velocity vector, joint processing of a series of observations is required. Preliminary tests show that it is possible to determine the distance to the AUV with an error of several tens of meters (V.V. Bezotvetnykh, A.V. Burenin, Yu.N. Morgunov, Yu.A. Sea // Acoustic Journal. - 2009. - V.55. - No. 3. - P. 374-380. POSSIBLE WAYS TO INCREASE).
Анализ результатов показывает, что наибольший вклад в погрешность измерения дистанции вносит знание СРЗ по трассе, при этом погрешность определения координат может достигать от 200 до 400 м при максимальной дальности от буя-маяка. В тоже время использование для создания рабочей зоны посредством нескольких буев-маяков гидроакустической навигационной системы, например, в составе ведущей и нескольких ведомых станций, как это реализовано в наземных радионавигационных системах (РНС), невозможно, так как в РНС электромагнитный сигнал непрерывный, а гидроакустический сигнал - импульсный. Кроме того, использование пеленгационных (азимутальных) способов определения координат объекта нецелесообразно, так как на значительных расстояниях из-за относительно больших погрешностей в измерении пеленга на борту ПМО, погрешности определения его координат могут превышать десятки километров. В настоящее время остро встал вопрос изучения Арктики, освоение ресурсов, изучение дна. Особенно проблемно работы в части Арктических морей, круглогодично закрытых льдом. Лед даже летом достигает такой толщины и сплоченности, что выполнение, например, гидрографических работ без ледокольного обеспечения невозможно. Например, использование МЛЭ или ЕБО на надводном носителе даже при ледокольном обеспечении имеет несколько проблем - это повышенный шум из-за трения льда о корпус и необходимость закрывать излучатели ледовой защитой (или использовать специальные защищенные излучатели), что приводит к значительному снижению полосы обзора и качества сигнала. При установке гидрографического оборудования на подводном носителе эти проблемы не возникают, качество выполненных работ значительно выше по причине отсутствия качки, малой шумности, трения льда о корпус. Но возникает проблема подводной навигации, так как использование имеемых на настоящее время навигационных систем не может обеспечить необходимую для гидрографических работ точность. Очевидно, что в подводном положении, тем более подо льдом единственно возможной является использование гидроакустических навигационных систем (ГНС). Имеемые в настоящее время ГНС независимо от принципа навигации имеют общие недостатки, источником которых является необходимость установки излучателей ГНС на дне. Кроме того при больших глубинах необходимо учитывать наклонную дальность, поправку за вертикальное расположение скорости звука.Analysis of the results shows that the greatest contribution to the distance measurement error is made by the knowledge of the SRH along the route, while the error in determining the coordinates can reach from 200 to 400 m at the maximum distance from the buoy-beacon. At the same time, the use of a hydroacoustic navigation system to create a working area by means of several buoys-beacons, for example, as part of a master and several slave stations, as is implemented in ground-based radio navigation systems (RNS), is impossible, since in the RNS the electromagnetic signal is continuous, and the hydroacoustic the signal is pulsed. In addition, the use of direction-finding (azimuth) methods for determining the coordinates of an object is impractical, since at significant distances, due to relatively large errors in measuring the bearing on board the PMO, the errors in determining its coordinates can exceed tens of kilometers. At present, the issue of studying the Arctic, the development of resources, the study of the bottom has become acute. It is especially problematic to work in the part of the Arctic seas, which are covered with ice all year round. The ice, even in summer, reaches such thickness and cohesion that it is impossible to carry out, for example, hydrographic work without icebreaking support. For example, the use of MBE or EBO on a surface carrier, even with icebreaking support, has several problems - this is increased noise due to friction of ice on the hull and the need to cover the emitters with ice protection (or use special protected emitters), which leads to a significant decrease in the swath and quality signal. When installing hydrographic equipment on an underwater carrier, these problems do not arise, the quality of the work performed is much higher due to the absence of pitching, low noise, ice friction on the hull. But the problem of underwater navigation arises, since the use of currently available navigation systems cannot provide the accuracy necessary for hydrographic work. It is obvious that in a submerged position, especially under the ice, the only possible is the use of hydroacoustic navigation systems (GNS). The currently available HNS, regardless of the principle of navigation, have common drawbacks, the source of which is the need to install the HNS emitters at the bottom. In addition, at great depths, it is necessary to take into account the slant range, a correction for the vertical location of the speed of sound.
Предлагаемая система представляет из себя набор от 2-х до нескольких буев-маяков (для оборудования одного района работ достаточно 3-х). Подводный носитель сам расставляет их, например, через торпедный аппарат.The proposed system is a set of 2 to several buoys-beacons (3 are enough to equip one area of work). The underwater carrier itself arranges them, for example, through a torpedo tube.
Каждый буй-маяк оборудован приемником СНС, позволяющей постоянно знать их точное местоположение и для получения сигнала точного времени. Таким образом, все буи синхронизированы по времени и составляют навигационную систему, имеющую общую синхронизацию. Синхронизация по времени подводного носителя производится также по СНС при всплытии перед выполнением работ (например, в полынье при установке буев-маяков) и далее по системе единого времени ПМО, точность удержания времени может быть существенно ниже при использовании 3-х и более буев. При использовании ГЛОНАСС, для синхронизации шкалы времени на сети общего пользования (ССОП) единое точное время распространяется от государственного эталона единиц времени, частоты и национальной шкалы времени (ГЭВЧ) через подсистему хранения и передачи эталонных сигналов точного времени ГЛОНАСС к наземным приемникам сигналов ГЛОНАСС. Согласно рекомендациям ITU-R, технические средства ГНС должны обеспечивать погрешность шкалы времени не более ÷ 500 не. Все буи будут иметь привязку к единому времени, точность которого достигает 0,5 мкс (при использовании сети общего пользования, а при использовании специально режима - точность может быть увеличена).Each beacon is equipped with a SNS receiver, which allows you to constantly know their exact location and to receive an accurate time signal. Thus, all buoys are synchronized in time and constitute a navigation system that has a common synchronization. Time synchronization of the underwater carrier is also carried out according to the SNS when surfacing before performing work (for example, in a polynya when installing buoys-beacons) and then according to the unified PMO time system, the accuracy of time keeping can be significantly lower when using 3 or more buoys. When using GLONASS, to synchronize the time scale on a public network (SSOP), a single exact time is distributed from the state standard of units of time, frequency and national time scale (GEWCH) through the subsystem for storing and transmitting GLONASS reference time signals to ground GLONASS signal receivers. According to the ITU-R recommendations, the technical means of the STS should provide a time scale error of no more than ÷ 500 nsec. All buoys will be tied to a single time, the accuracy of which reaches 0.5 µs (when using the public network, and when using a special mode, the accuracy can be increased).
Каждый буй-маяк имеет вытравленный на заданную глубину трос-кабель, на конце которого расположен гидроакустический излучатель. В случае наличия в районе подводного звукового сигнала используют глубину расположения подводного звукового канала, на этой же глубине используют и ПМО. При отсутствии подводного звукового канала акустические излучатели буев-маяков вытравливаются на глубину предполагаемую глубину работы ПМО в районе. Этим полностью устраняется кривизна трассы распространения сигнала и необходимость учета временного распространения скорости звука, учитывать необходимо только скорость звука на горизонте проведения работ. На глубине излучателя устанавливается измеритель скорости звука в воде типа SVP-70 с записью трека в буе-маяке. Возможно два варианта построения ГНС, когда все буи-маяки работают на одной частоте излучения и сигналы разнесены по времени и когда каждый буй-маяк работает на своей частоте.Each buoy-beacon has a rope-cable etched to a predetermined depth, at the end of which a hydroacoustic emitter is located. If there is an underwater sound signal in the area, the depth of the underwater sound channel is used, and the PMO is used at the same depth. In the absence of an underwater sound channel, the acoustic emitters of the buoys-beacons are etched to the depth of the expected depth of the PMO operation in the area. This completely eliminates the curvature of the signal propagation path and the need to take into account the temporal propagation of the sound speed, it is only necessary to take into account the sound speed at the horizon of the work. At the depth of the emitter, a sound velocity meter in water of the SVP-70 type is installed with a track recorded in a buoy-beacon. There are two options for constructing the HNS, when all buoys-beacons operate at the same radiation frequency and the signals are separated in time, and when each buoy-beacon operates at its own frequency.
При использовании первого варианта, системе задается период работы, равный времени работы одного буя-маяка, умноженному на количество используемых буев-маяков, плюс 1. Все буи-маяки работают поочередно, начиная с того, которому присвоен №1 и далее по номерам. Получаемый разрыв между сериями является средством опознания начала нового цикла работы всех буев-маяков системой приема на ПМО. Разрыв может и не делаться, так как время на всех буях-маяках, так и на борту ПМО синхронизировано и время работы каждого буя-маяка четко определено. Буи-маяки работают поочередно через промежуток времени, достаточный, чтобы сигналы не налагались на сигналы предыдущего буя-маяка. Так для дальности действия буя-маяка 20 км, например, этот промежуток будет равен 15 сек.When using the first option, the system is given a period of operation equal to the operation time of one beacon, multiplied by the number of beacons used, plus 1. All beacon-beacons operate in turn, starting with the one assigned to No. 1 and further by numbers. The resulting gap between the series is a means of identifying the beginning of a new cycle of operation of all buoys-beacons by the receiving system at the PMO. A gap may not be made, since the time on all the buoys-lighthouses, and on board the PMO is synchronized and the operating time of each buoy-lighthouse is clearly defined. The buoys-beacons operate alternately after a period of time sufficient so that the signals do not overlap with the signals of the previous buoy-lighthouse. So for a range of a buoy-beacon of 20 km, for example, this interval will be equal to 15 seconds.
Бортовая аппарату на ПМО - только приемная, что повышает скрытность носителя, не требует сложной системы синхронизации, упрощает всю систему. Поскольку бортовая система синхронизирована с буями-маяками, различает порядок следования сигналов от буев-маяков по их порядковому номеру после паузы (или по заранее назначенному синхронизированному времени работы), легко определить местоположение ПМО относительно дрейфующих или заякоренных буев-маяков по времени прохождения сигналов от них, с учетом скорости распространения скорости звука. Так как известно точное время излучения каждого буя-маяка, точное время его приема, получаем время прохождения сигнала от буя-маяка до ПМО, делим на скорость звука на горизонте работы носителя и получаем расстояние до буя-маяка с известными на момент излучения координатами.The on-board apparatus on the PMO is only a receiver, which increases the stealth of the carrier, does not require a complex synchronization system, and simplifies the entire system. Since the on-board system is synchronized with the beacon buoys, it distinguishes the order of the signals from the beacon buoys by their serial number after a pause (or by a pre-assigned synchronized operation time), it is easy to determine the location of the PMO relative to drifting or moored beacon buoys by the time of passage of signals from them , taking into account the speed of propagation of the speed of sound. Since the exact time of radiation of each buoy-beacon is known, the exact time of its reception, we obtain the signal transit time from the buoy-beacon to the PMO, divide by the speed of sound on the horizon of the carrier and obtain the distance to the buoy-beacon with coordinates known at the time of radiation.
Каждый буй-маяк передает в свое назначенное время не только навигационный сигнал, но и затем серию из двух кодированных посылок. В эти посылки буя-маяка вкладывают две величины - доли минут широты и долготы своего местоположения. Полностью координаты передавать нет необходимости, когда буи - маяки всплывают на поверхность и дрейфуя меняют свое местоположение со скоростью не более 3 узлов. И необходимо учесть только их смещение за короткое время, прошедшее между предыдущей посылкой буя в серии. Ориентировочно, например: при времени между посылками буя 10 сек, за указанное время, буй-маяк продрейфует при скорости дрейфа 3 узла всего 15,4 метра, т.е. менее 0,1 каб. В «координатном выражении» эта величина составляет 0,0 Г. Т.е. необходимо, чтобы буй - маяк передавал только сотые и тысячные доли минут. То есть буй-маяк, определяя свои координаты по СНС должен «отбросить» из значений координат градусы, минуты и десятые доли минут и передать только две двузначные цифры. Для скрытности эти цифры перед передачей кодируются. В приемном тракте бортовой аппаратуры ПМО сигналы декодируются, первый - навигационный сигнал используется для определения дальности от буя до ПМО, две последующие серии сигналов декодируются, полученными величинами изменяются предыдущие координаты каждого буя-маяка. Для кодирования двух двузначных цифр - изменений широты и долготы требуется два двоичных слова по 7 знаков («0» или «1»), которые кодируются наличием или отсутствием сигнала в слове. Для каждого буя-маяка посредством программного обеспечения строится модель «поведения» - дрейфа, система «знает» направление и скорость дрейфа, вычисленные при определении предыдущих координат буя-маяка, что позволяет однозначно учесть приращение координат в необходимую сторону. Далее решается задача определения координат ПМО по трем дальностям до трех ориентиров с известными координатами.Each buoy-beacon transmits at its appointed time not only a navigation signal, but also a series of two coded messages. Two values are put into these parcels of the buoy-beacon - fractions of minutes of latitude and longitude of their location. There is no need to transmit full coordinates when the buoys - beacons float to the surface and drifting change their location at a speed of no more than 3 knots. And it is necessary to take into account only their displacement in the short time elapsed between the previous sending of the buoy in the series. Approximately, for example: with a time between buoy sendings of 10 seconds, for the specified time, the buoy-beacon will drift at a drift speed of 3 knots of only 15.4 meters, i.e. less than 0.1 cab. In the "coordinate expression" this value is 0.0 G. I.e. it is necessary that the buoy-beacon transmit only hundredths and thousandths of minutes. That is, the buoy-beacon, determining its coordinates according to the SNS, must “discard” degrees, minutes and tenths of minutes from the coordinate values and transmit only two two-digit digits. For secrecy, these numbers are encoded before transmission. In the receiving path of the PMO onboard equipment, the signals are decoded, the first - navigation signal is used to determine the distance from the buoy to the PMO, the next two series of signals are decoded, the previous coordinates of each buoy-beacon are changed by the obtained values. To encode two two-digit digits - changes in latitude and longitude, two binary words of 7 characters each ("0" or "1") are required, which are encoded by the presence or absence of a signal in the word. For each buoy-beacon, a model of "behavior" - drift is built by means of software, the system "knows" the direction and speed of the drift, calculated when determining the previous coordinates of the buoy-beacon, which makes it possible to unambiguously take into account the increment of coordinates in the required direction. Next, the problem of determining the coordinates of the PMO for three ranges to three landmarks with known coordinates is solved.
При этом система, используя данные курса и скорости ПМО, получаемые от ИНС, при расчете учитывает перемещение ПМО за время между сигналами буев - маяков и учитывает это при вычислениях, например, по типу «Крюйс-расстояния», сравнивает расчетные координаты и полученные. При этом точность определения координат буев-маяков 5-7 метров, ошибка времени СНС ±0,5 мкс. (возможно увеличение точности при использовании «закрытого режима») - 0,5 м на километр дальности, точность определения скорости звука на горизонте выполнения работ: при использовании измерителя скорости распространения звука в морской воде SVP-70, установленного в излучателе буя - маяка в диапазоне измерений скорости от 1350 м/с до 1800 м/с составляет 0.01 м/с - 0,0067 метра на километр дальности, точность определения координат по трем расстояниям, с учетом угла между линиями положения. Так как ошибка в определении места судна по расстояниям зависят от 3-х факторов: неодновременности измерения расстояний, смещения линий положения и угла пересечения линий положения, то рассчитывают среднюю квадратическую ошибку места по формуле:At the same time, the system, using the data of the course and speed of the PMO received from the INS, during the calculation takes into account the movement of the PMO during the time between the signals of the buoys - beacons and takes this into account when calculating, for example, by the type of "Cruise-distance", compares the calculated coordinates and the received ones. At the same time, the accuracy of determining the coordinates of the buoys-beacons is 5-7 meters, the SNS time error is ±0.5 μs. (it is possible to increase the accuracy when using the “closed mode”) - 0.5 m per kilometer of range, the accuracy of determining the speed of sound on the horizon of the work: when using the sound velocity meter in sea water SVP-70, installed in the emitter of the buoy-beacon in the range speed measurements from 1350 m/s to 1800 m/s is 0.01 m/s - 0.0067 meters per kilometer of range, the accuracy of determining coordinates over three distances, taking into account the angle between the position lines. Since the error in determining the position of the vessel by distances depends on 3 factors: the non-simultaneity of measuring distances, the displacement of the lines of position and the angle of intersection of the lines of position, then the root mean square error of the position is calculated by the formula:
, где Δn1, Δn2 - смещение линий положения, θ - угол пересечения линий положения. , where Δn 1 , Δn 2 is the offset of the lines of position, θ is the angle of intersection of the lines of position.
При этом при расположении ПМО внутри района работ, когда буи - маяки находятся с разных сторон от носителя, можно уменьшить ошибку знания скорости звука в воде, ошибку времени между системой единого времени и СНС путем расчета «треугольника погрешности».At the same time, when the PMO is located inside the work area, when the buoys - beacons are located on different sides of the carrier, it is possible to reduce the error in knowing the speed of sound in water, the time error between the common time system and the SNS by calculating the "error triangle".
Из вышеприведенных оценок погрешностей влияющих на точность можно сделать вывод, что точность определения места будет в диапазоне 10-15 метров. В варианте работы, когда каждый буй-маяк работает на своей частоте, усложняется приемная бортовая аппаратура, так как требуется количество приемных трактов, равное количеству буев-маяков, но система работает с синхронной передачей всех буев-маяков и учет «Крюйс-эффекта» не требуется. Но при этом частота посылок буев-маяков в N+1 будет чаще.From the above estimates of the errors affecting the accuracy, we can conclude that the accuracy of determining the location will be in the range of 10-15 meters. In the variant of operation, when each buoy-beacon operates at its own frequency, the receiving on-board equipment becomes more complicated, since the number of receiving paths equal to the number of buoys-beacons is required, but the system operates with a synchronous transmission of all buoys-beacons and taking into account the "Cruise effect" does not required. But at the same time, the frequency of sending buoys-beacons in N + 1 will be more frequent.
Буи-маяки могут быть как многоразовые (необходимость сбора, зарядки, подготовки к следующему использованию), так и для обеспечения скрытности работ одноразовыми -дешевыми, самозатапливающимися после исчерпания батарей.Buoys-beacons can be both reusable (the need to collect, charge, prepare for the next use), and to ensure the secrecy of work, disposable - cheap, self-flooding after the batteries are exhausted.
При достижении порогового значения разряда батарей, буй-маяк начинает передавать только свои полные координаты для поиска и заряда, также буй-маяк может передавать в закодированном сообщение остаток ресурса для обеспечения своевременного заряда или замены буя маяка.When the battery discharge threshold is reached, the buoy-beacon starts to transmit only its full coordinates for search and charge, also the buoy-beacon can transmit the remaining resource in an encoded message to ensure timely charging or replacement of the beacon buoy.
При расстановке буев-маяков, ПМО приходит в район работ, определяет залегание поля звукового канала (если он имеется), принимается решение по глубине при выполнении работ. По возможности определяется поверхностное течение. Сначала выставляется первый буй-маяк, расположенный на схеме расстановки со стороны преобладающего течения. После этого ПМО начинает движение на глубине выполнения гидрографических работ к месту установки 2 буя-маяка (№2), во время движения он уже принимает сигнал от буя-маяка №1 и может оценить скорость и направление сноса буя-маяка, также определяется по сигналу работающего буя-маяка дальность устойчивой работы буя-маяка. Выставив 2 буй-маяк, ПМО двигается и выставляет третий буй-маяк. После этого при возможности подвсплытия ПМО выдвигает антенну СНС и синхронизирует время системы единого времени, определяет свои точные координаты. Далее следует в район, делает контрольные галсы, попутно определяя устойчивость и бесперебойность работы системы в целом. При необходимости, принимается решение по переустановки буев-маяков. Далее производится необходимый вид работ.When placing buoys-beacons, PMO comes to the work area, determines the occurrence of the sound channel field (if any), makes a decision on the depth during the work. If possible, the surface current is determined. First, the first buoy-beacon is set, located on the layout from the side of the prevailing current. After that, the PMO starts moving at the depth of hydrographic work to the installation site of 2 buoy-lighthouse (No. 2), while moving, it already receives a signal from buoy-lighthouse No. 1 and can estimate the speed and direction of demolition of the buoy-lighthouse, also determined by the signal operating buoy-beacon range of stable operation of the buoy-beacon. After placing 2 buoy, the PMO moves and sets the third buoy. After that, with the possibility of subsurfacing, the PMO extends the SNS antenna and synchronizes the time of the universal time system, determines its exact coordinates. Then it goes to the area, makes control lines, simultaneously determining the stability and uninterrupted operation of the system as a whole. If necessary, a decision is made to reinstall the buoys-beacons. Next, the necessary type of work is carried out.
Для обеспечения надежности получения координат предусмотрена запись трека движения на самом буе-маяке с последующим, после съемке буя 0 маяка, его извлечении и перерасчете параметров галса ПМО. Что сведет вероятность ошибки определения места практически к минимальному значению.To ensure the reliability of obtaining coordinates, a recording of the movement track on the beacon itself is provided, followed by, after surveying the beacon 0 buoy, its extraction and recalculation of the PMO tack parameters. That will reduce the probability of error in determining the location almost to the minimum value.
При выполнении гидрографических работ (батиметрическая или гравиметрическая съемки) возможен вариант использования системы без передачи координат буев-маяков (в районах с незначительным течением), движение носителя соответствующей аппаратурой, например, ПМО по заранее запланированным галсам с координированием по данным КВТ «Гряда» с учетом избыточного перекрыша между галсами. В этом случае «чистовая прокладка» производится системой (Replay) только после выполнения работ и съемки буев-маяков, извлечения треков с буев-маяков. Таким образом, решается вопрос по точности координирования, но высока вероятность «пропусков». Если же при выполнении работ не требуется сплошного покрытия района, а производится съемка, например, профилей для определения профиля континентального шельфа для выделения границ континентального шельфа, этот вариант может быть вполне достаточным. Передача сигнала без координат значительно снизит необходимую емкость батарей, удлинит время работы. При большой частоте посылок возможна передача координат буев-маяков не в каждой посылке, а через установленное количество посылок. Координаты буев-маяков при этом между посылками для определения местоположения на галсе определяются в этом случае интерполяцией, а при «чистовой» прокладке - по треку, записанному в память буев-маяков, после окончания работ.When performing hydrographic work (bathymetric or gravimetric surveys), it is possible to use the system without transmitting the coordinates of the buoys-beacons (in areas with a slight current), the movement of the carrier with the appropriate equipment, for example, PMO along pre-planned lines with coordination according to the data of the KBT "Gryada" taking into account excess overlap between tacks. In this case, the "finish laying" is performed by the system (Replay) only after the work has been completed and the survey of the buoys-lighthouses, the extraction of tracks from the buoys-lighthouses. Thus, the issue of coordination accuracy is solved, but the probability of “misses” is high. If, however, the work does not require continuous coverage of the area, but surveys are made, for example, of profiles to determine the profile of the continental shelf to identify the boundaries of the continental shelf, this option may be quite sufficient. Signal transmission without coordinates will significantly reduce the required battery capacity, lengthen the operating time. With a high frequency of bursts, it is possible to transmit the coordinates of the buoys-beacons not in each burst, but after a set number of bursts. The coordinates of the buoys-beacons in this case between the parcels for determining the position on the tack are determined in this case by interpolation, and in the case of a "finish" laying - along the track recorded in the memory of the buoys-beacons after the completion of work.
При работах с прямолинейными галсами - такой метод может быть основным - 1 посылка с координатами - но уже с разрядами минут, десятых, сотых, тысячных, далее 10-20 посылок только навигационных, которые в бортовой аппаратуре записываются, но не обрабатываются и используются только при обработке по трекам буев - маяков. Посылки с навигационными сигналами обрабатываются в ходе работ и служат для контроля и корректировки нахождения на галсе и соблюдения межгалсового расстояния (при выполнении сплошного покрытия).When working with rectilinear lines - this method can be the main one - 1 package with coordinates - but already with the digits of minutes, tenths, hundredths, thousandths, then 10-20 only navigation packages, which are recorded in the on-board equipment, but are not processed and are used only when processing along the tracks of buoys - lighthouses. Parcels with navigation signals are processed in the course of work and serve to control and correct being on the tack and observing the inter-tack distance (when performing continuous coverage).
При работах на малых глубинах, где к точности предъявляются повышенные требования, можно запрограммировать буи - маяки так, чтобы на все время галса (а его длина, а значит и время прохождения легко вычисляется) передавался только навигационный сигнал, а на циркуляции и на время захождения на галс (что тоже несложно вычислить (плюс небольшой запас времени) - навигационные сигналы с координатами. При этом, поскольку все засинхронизировано, можно в программном обеспечении установить отслеживание начала и конца каждого галса и ориентироваться по времени. В этом случае обработка данных производится после скачивания треков с буев-маяков. При установке на ПМО высокоточного оптического курсоуказателя возможна определение места по одному бую-маяку. Получаются две линии положения - одна - курс, вторая - дальность до буя-маяка с известными координатами.When working at shallow depths, where increased requirements are placed on accuracy, it is possible to program buoys - beacons so that for the entire time of the tack (and its length, and hence the passage time can be easily calculated) only a navigation signal is transmitted, and for circulation and for the time of setting on a tack (which is also easy to calculate (plus a small margin of time) - navigation signals with coordinates. At the same time, since everything is synchronized, you can set the software to track the beginning and end of each tack and navigate in time. In this case, data processing is performed after downloading When a high-precision optical heading indicator is installed on the PMO, it is possible to determine the location by one buoy-beacon.Two lines of position are obtained - one is the course, the second is the range to the buoy-beacon with known coordinates.
Для повышения точности на буе-маяке в трек могут записываться данные скорости звука в воде на горизонте заглубления излучателя (там необходимо установить датчик скорости звука) и на ПМО в ходе работ, при обработке могут быть учтены локальные изменения, чтобы получить после выполнения работ полную картину распределения скорости звука в районе на горизонте выполнения работ.To improve the accuracy on the buoy-beacon, data on the speed of sound in water at the horizon of the emitter deepening can be recorded in the track (it is necessary to install a sound speed sensor there) and on the PMO during work, local changes can be taken into account during processing in order to get a complete picture after the work is completed sound velocity distribution in the area on the horizon of the work.
При использовании предлагаемого технического решения имеют место такие преимущества как: буи-маяки могут находиться как в подводном положение, так и на поверхности, при этом они могут быть легко сняты, заряжены и перемещены в другой район, поскольку акустический сигнал движется только в одну сторону - от буев-маяков к ПМО, система значительно проще, нет необходимости учитывать прохождение сигнала на тракте прием-обработка- передача сигнала, возможность использования любого количества буев-маяков (в варианте единой частоты для всех буев-маяков) для длинных маршрутов, например, для гравиметрической съемки, высокая точность определения местоположения порядка 10-15 метров, отсутствие необходимости использования судна обеспечения, отсутствие необходимости оборудования района донными маяками-ответчиками, определения координат их расположения. При этом определение координат донных маяков ответчиков выставившим их судном сталкивается с большими проблемами из-за трудности учета влияния среды (наклонная дальность сложной формы, вертикальное распределение скорости звука в месте установки и т.д.).When using the proposed technical solution, there are such advantages as: buoys-beacons can be located both underwater and on the surface, while they can be easily removed, charged and moved to another area, since the acoustic signal moves only in one direction - from buoys-beacons to PMO, the system is much simpler, there is no need to take into account the passage of the signal along the signal reception-processing-transmission path, the possibility of using any number of buoys-beacons (in the version of a single frequency for all buoys-beacons) for long routes, for example, for gravimetric survey, high positioning accuracy of about 10-15 meters, no need to use a support vessel, no need to equip the area with bottom responder beacons, determine the coordinates of their location. At the same time, the determination of the coordinates of the bottom beacons of the transponders by the vessel that set them up faces big problems due to the difficulty of taking into account the influence of the environment (slant range of a complex shape, vertical distribution of the speed of sound at the installation site, etc.).
Кроме того, дальность действия системы определяется только частотой, условиями распространения сигнала данной частоты (ослаблением), причем только в одну сторону, мощностью сигнала излучателя буя и чувствительностью приемного тракта бортовой аппаратуры. Возможность использовать в качестве бортовой аппаратуры гидроакустический комплекс ПМО при наличии цифрового выхода. В этом случае гидроакустическая система настраивается на прием частоты буя-маяка (частот буев-маяков), при фиксации сигнала - он подается на выход и передается в программный комплекс с установленной программой навигации, которая фиксирует точное время получения сигнала. Гидроакустическая система АНПА имеет высокую чувствительность, что может значительно повысить дальность действия системы, при увеличении дальности действия буя-маяка теряет актуальность дрейфа буя-маяка, так как он может быть использован на большей дальности, несмотря на дрейф из района первоначальной установки.In addition, the range of the system is determined only by the frequency, the conditions for signal propagation of a given frequency (attenuation), and only in one direction, the signal power of the buoy emitter and the sensitivity of the receiving path of the onboard equipment. Possibility to use the hydroacoustic complex PMO as on-board equipment if there is a digital output. In this case, the hydroacoustic system is tuned to receive the frequency of the buoy-beacon (frequencies of the buoy-beacons), when the signal is fixed, it is output and transmitted to the software package with the installed navigation program, which fixes the exact time the signal was received. The AUV hydroacoustic system has a high sensitivity, which can significantly increase the range of the system; with an increase in the range of the buoy-beacon, the drift of the buoy-beacon loses its relevance, since it can be used at a greater range, despite the drift from the initial installation area.
Единственный недостаток использования буев-маяков на поверхности - это дрейф буев-маяков, но в открытых частях океана он редко бывает выше 1 узла, может быть учтен в процессе работ, а при планировании большое объема работ в районе или протяженных галсов (например, при выполнении гравиметрических наблюдений), буи-маяки могут быть расставлены в любом количестве и дрейф и его направление их могут быть учтены при планировании направления галса. Кроме того, режим использования буев - маяков на поверхности является кратковременным и обусловлен в основном получением радиосигналов от СНС.The only disadvantage of using beacons on the surface is the drift of beacons, but in the open parts of the ocean it is rarely higher than 1 knot, it can be taken into account in the process of work, and when planning a large amount of work in an area or long lines (for example, when performing gravity observations), buoys-beacons can be placed in any number and the drift and its direction can be taken into account when planning the direction of the tack. In addition, the mode of use of buoys - beacons on the surface is short-term and is mainly due to the receipt of radio signals from the SNS.
В предлагаемой системе определения координат подводных объектов используются единые сигналы, которые являются опорными навигационными и одновременно носителями командно-связной информации, включая информацию о текущих гидрологических условиях в районе развертывания элементов системы. Предлагаемое техническое решение соответствует следующим требованиям: дальность приема навигационных сигналов по гидроакустическому каналу - не менее 500 км; дальность действия системы по передаче командно-связной информации по гидроакустическому каналу - не менее 500 км; предельная радиальная погрешность (Р = 0,997) определения географических координат места (по трем источникам навигационных и связных сигналов) - не более 250 м.In the proposed system for determining the coordinates of underwater objects, single signals are used, which are reference navigation and, at the same time, carriers of command and communication information, including information about the current hydrological conditions in the area of deployment of system elements. The proposed technical solution meets the following requirements: the range of receiving navigation signals through the hydroacoustic channel is at least 500 km; range of the system for transmitting command and communication information via a hydroacoustic channel - at least 500 km; limiting radial error (P = 0.997) of determining the geographical coordinates of a place (according to three sources of navigation and communication signals) - no more than 250 m.
При этом тракт формирования навигационных и связных сигналов включает: модуль единого времени, модуль опорного генератора, формирующего частоты для нормального функционирования гидроакустической системы, цифро-аналоговый преобразователь, рубидиевый стандарт частоты, программные средства подготовки сигнального фрейма. Тракт предназначен для воспроизведения заранее подготовленного сигнального фрейма (записанного на SD карту файла) в заданные моменты времени. Бортовая шкала времени тракта синхронизирована с сигналами всемирного времени, передаваемыми ГЛОНАСС/GPS спутниками.At the same time, the path for generating navigation and communication signals includes: a single time module, a reference oscillator module that generates frequencies for the normal functioning of the hydroacoustic system, a digital-to-analog converter, a rubidium frequency standard, software tools for preparing a signal frame. The path is designed to play a pre-prepared signal frame (file recorded on the SD card) at specified times. The onboard time scale of the tract is synchronized with universal time signals transmitted by GLONASS/GPS satellites.
Тракт формирования навигационных и связных сигналов соответствует следующим требованиям: точность синхронизации с бортовой шкалой времени ГЛОНАСС/GPS спутников - 10-6 сек; относительная температурная нестабильность задающего генератора не хуже - 10-10; точность формирования частоты дискретизации - 0,01 Гц; частота дискретизации воспроизведения файлов - 24 кГц; полоса частот воспроизведения - от 300 до 600 Гц1; максимальный уровень выходного сигнала - Up-p=3 В; разрядность выходного ЦАП - 12 бит; воспроизведение файлов в формате - 16-bit Motorola PCM; поддержка SDHC карт памяти с файловой системой FAT32.The navigation and communication signal generation path meets the following requirements: synchronization accuracy with the GLONASS/GPS satellites onboard time scale - 10 -6 sec; the relative temperature instability of the master oscillator is not worse - 10 -10 ; sampling frequency formation accuracy - 0.01 Hz; file playback sampling rate - 24 kHz; playback frequency band - from 300 to 600 Hz 1 ; the maximum level of the output signal - U pp \u003d 3 V; bit depth of the output DAC - 12 bits; playback of files in the format - 16-bit Motorola PCM; support for SDHC memory cards with FAT32 file system.
Предложенный самоходный гидроакустический буй-маяк и способ навигационного оборудования морского района, обеспечивают оперативное и скрытное навигационное оборудование морского района с целью повышения безопасности плавания в нем плавательных средств, как надводных, так и подводных, улучшения качества их работы и маневрирования за счет снабжения точными навигационными параметрами, а также позволяет обеспечить проведение гидрографических работ в соответствии с предъявляемыми требованиями по точности и надежности.The proposed self-propelled sonar buoy-beacon and the method of navigation equipment of the sea area provide operational and covert navigation equipment of the sea area in order to increase the safety of navigation in it of floating facilities, both surface and underwater, improve the quality of their work and maneuvering by supplying accurate navigation parameters and also allows to ensure the performance of hydrographic works in accordance with the requirements for accuracy and reliability.
Источники информации.Sources of information.
1. Военно-морской словарь / Гл. ред. В.Н. Чернавин. М.: Воениздат, 1989. - 511 с. С. 265.1. Naval Dictionary / Ch. ed. V.N. Chernavin. M.: Military Publishing, 1989. - 511 p. S. 265.
2. И.С. Калинский. Навигационное оборудование морских театров. Л.: ВВМКУ им. М.В. Фрунзе. 1980. 428 с. С. 292.2. I.S. Kalinsky. Navigation equipment for maritime theatres. Leningrad: VVMKU im. M.V. Frunze. 1980. 428 p. S. 292.
3. И.С. Калинский. Навигационное оборудование морских театров. Л.: ВВМКУ им. М.В. Фрунзе, 1980. - 428 с. С. 302-304.3. I.S. Kalinsky. Navigation equipment for maritime theatres. Leningrad: VVMKU im. M.V. Frunze, 1980. - 428 p. pp. 302-304.
4. Д. Литовкин, А. Рамм. В России создан подводный ГЛОНАСС.М.: Известия IZ, 08.12.2016, https//iz.m/news/650211.4. D. Litovkin, A. Ramm. Underwater GLONASS was created in Russia.
5. Патент RU №2292057, 20.01.2007.5. Patent RU No. 2292057, 01/20/2007.
6. Патент RU №2483326, 26.05.2013.6. Patent RU No. 2483326, May 26, 2013.
7. Бородин В.И., Смирнов Г.Е., Толстикова Н.А., Яковлев Г.В. Гидроакустические навигационные средства. - Л.: Судостроение, 1983, с. 70.7. Borodin V.I., Smirnov G.E., Tolstikova N.A., Yakovlev G.V. Hydroacoustic navigation aids. - L .: Shipbuilding, 1983, p. 70.
8. Патент RU №2125733, 28.05.1997.8. Patent RU No. 2125733, May 28, 1997.
9. Патент RU №2287450, 20.11.2006.9. Patent RU No. 2287450, 11/20/2006.
10. Сиденко К.С, Илларионов Г.Ю. Подводная лодка и автономный необитаемый подводный аппарат // МРЭ, №2, 2008.10. Sidenko K.S., Illarionov G.Yu. Submarine and autonomous uninhabited underwater vehicle // MRE, No. 2, 2008.
11. И. Белоусов. Современные и перспективные необитаемые подводные аппараты ВМС США // Зарубежное военное обозрение, 2013, №5. С. 79-88.11. I. Belousov. Modern and promising uninhabited underwater vehicles of the US Navy // Foreign Military Review, 2013, No. 5. pp. 79-88.
12. Патент RU №2032187, 27.03.1995.12. Patent RU No. 2032187, 03/27/1995.
13. Патент US №5579285, 21.08.1995.13. US patent No. 5579285, 08/21/1995.
14. Патент RU №2365939, 27.08.2009.14. Patent RU No. 2365939, 27.08.2009.
15. Патент RU №2717578 С1, 24.03.2020.15. Patent RU No. 2717578 C1, 03/24/2020.
16. Патенты RU №2365939 С1, 27.08.2009.16. Patents RU No. 2365939 C1, 27.08.2009.
17. Патент RU №2488842 С1, 27.07.2013.17. Patent RU No. 2488842 C1, 27.07.2013.
18. Патент RU №2626244 С1, 25.07.2017.18. Patent RU No. 2626244 C1, 07/25/2017.
19. Патент RU №2460043 С1, 27.08.2012.19. Patent RU No. 2460043 C1, 27.08.2012.
20. Патент RU №2563332 С2, 20.09.2015.20. Patent RU No. 2563332 C2, 09/20/2015.
21. Патент US №4914598 А1, 03.04.1990.21. US patent No. 4914598 A1, 04/03/1990.
22. Патент RU №2710831 С1, 24.03.2020.22. Patent RU No. 2710831 C1, 03/24/2020.
23. Патент RU №2599902 С1, 20.10.2016.23. Patent RU No. 2599902 C1, 10/20/2016.
24. Патент RU №2014109532 А, 20.09.2015.24. Patent RU No. 2014109532 A, 20.09.2015.
25. Патент US №5119341 А1, 02.06.1992.25. US patent No. 5119341 A1, 06/02/1992.
26. Патент US №5331602 А1. 19.07.1994.26. US patent No. 5331602 A1. 07/19/1994.
Claims (2)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2021108989A RU2773497C1 (en) | 2021-04-01 | Method and system for navigation support of pilotage and positioning |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2021108989A RU2773497C1 (en) | 2021-04-01 | Method and system for navigation support of pilotage and positioning |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2021108989A RU2021108989A (en) | 2022-02-11 |
RU2773497C1 true RU2773497C1 (en) | 2022-06-06 |
Family
ID=
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2815608C1 (en) * | 2023-11-17 | 2024-03-19 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем морских технологий им.академика М.Д. Агеева Дальневосточного отделения Российской академии наук (ИПМТ ДВО РАН) | Ultrashort measuring base hydroacoustic navigation system |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2119172C1 (en) * | 1992-12-17 | 1998-09-20 | Тома Юбер | Method of remote control over unmanned underwater craft and device for its implementation |
WO2011084483A2 (en) * | 2009-12-16 | 2011-07-14 | Shb Instruments, Inc. | Underwater acoustic navigation systems and methods |
RU2451300C1 (en) * | 2010-11-30 | 2012-05-20 | Василий Алексеевич Воронин | Hydroacoustic navigation system |
RU2599902C1 (en) * | 2015-09-08 | 2016-10-20 | Общество с ограниченной ответственностью "Лаборатория подводной связи и навигации" | Method of navigating underwater objects and system for its implementation |
RU2710831C1 (en) * | 2018-09-13 | 2020-01-14 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Крыловский государственный научный центр" | Self-propelled hydroacoustic buoy-beacon and navigation equipment method of sea area |
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2119172C1 (en) * | 1992-12-17 | 1998-09-20 | Тома Юбер | Method of remote control over unmanned underwater craft and device for its implementation |
WO2011084483A2 (en) * | 2009-12-16 | 2011-07-14 | Shb Instruments, Inc. | Underwater acoustic navigation systems and methods |
RU2451300C1 (en) * | 2010-11-30 | 2012-05-20 | Василий Алексеевич Воронин | Hydroacoustic navigation system |
RU2599902C1 (en) * | 2015-09-08 | 2016-10-20 | Общество с ограниченной ответственностью "Лаборатория подводной связи и навигации" | Method of navigating underwater objects and system for its implementation |
RU2710831C1 (en) * | 2018-09-13 | 2020-01-14 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Крыловский государственный научный центр" | Self-propelled hydroacoustic buoy-beacon and navigation equipment method of sea area |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2815608C1 (en) * | 2023-11-17 | 2024-03-19 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем морских технологий им.академика М.Д. Агеева Дальневосточного отделения Российской академии наук (ИПМТ ДВО РАН) | Ultrashort measuring base hydroacoustic navigation system |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU2119172C1 (en) | Method of remote control over unmanned underwater craft and device for its implementation | |
EP1506433B1 (en) | Gps-based underwater cable positioning system | |
US9625597B2 (en) | Acoustic modem-based guiding method for autonomous underwater vehicle for marine seismic surveys | |
US5894450A (en) | Mobile underwater arrays | |
Jakuba et al. | Long‐baseline acoustic navigation for under‐ice autonomous underwater vehicle operations | |
ES2352000T3 (en) | METHODS AND SYSTEMS FOR NAVIGATING UNDER WATER. | |
RU2710831C1 (en) | Self-propelled hydroacoustic buoy-beacon and navigation equipment method of sea area | |
WO2020005116A1 (en) | Method for locating underwater objects | |
US20200055570A1 (en) | Navigation system for underwater vehicles | |
RU2674404C1 (en) | Method of navigation and positioning of underwater objects in deep-water channel at large distance and system for its implementation | |
JP2655535B2 (en) | Underwater vehicle, measuring device, and method and apparatus for measuring position of underwater vehicle | |
US20060215494A1 (en) | Autolocating underwater beacon and method for deployment thereof | |
Cruz et al. | Cooperative deep water seafloor mapping with heterogeneous robotic platforms | |
RU2596244C1 (en) | Arctic underwater navigation system for driving and navigation support of water surface and underwater objects of navigation in constrained conditions of navigation | |
RU2773497C1 (en) | Method and system for navigation support of pilotage and positioning | |
JPH0755911A (en) | Oceanographic survey system | |
Crowell | Small AUV for hydrographic applications | |
Kawada et al. | Acoustic positioning system of combined aerial and underwater drones | |
Van Uffelen | Global positioning systems: Over land and under sea | |
Lachapelle et al. | Shipborne GPS kinematic positioning for hydrographic applications | |
JP2006300700A (en) | Positioning system | |
McCartney | Underwater acoustic positioning systems: state of the art and applications in deep water | |
RU2789999C1 (en) | Method for navigational equipment of the sea area | |
RU2703806C1 (en) | On-board system of unmanned aerial vehicle (uav) with autonomous correction of coordinates | |
RU2790937C1 (en) | Long range hydroacoustic navigation system |