WO2017044012A1 - Способ навигации подводных объектов и система для его осуществления - Google Patents

Способ навигации подводных объектов и система для его осуществления Download PDF

Info

Publication number
WO2017044012A1
WO2017044012A1 PCT/RU2016/050029 RU2016050029W WO2017044012A1 WO 2017044012 A1 WO2017044012 A1 WO 2017044012A1 RU 2016050029 W RU2016050029 W RU 2016050029W WO 2017044012 A1 WO2017044012 A1 WO 2017044012A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
sonar
signals
buoys
sonar buoys
underwater
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/RU2016/050029
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Станислав Михайлович ДМИТРИЕВ
Александр Васильевич ДИКАРЕВ
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
<<underwater Ommunications & Navigation Laboratory>> (limited Liability Company)
Original Assignee
<<underwater Ommunications & Navigation Laboratory>> (limited Liability Company)
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by <<underwater Ommunications & Navigation Laboratory>> (limited Liability Company) filed Critical <<underwater Ommunications & Navigation Laboratory>> (limited Liability Company)
Priority to EP16844796.9A priority Critical patent/EP3349040B1/en
Priority to US15/758,418 priority patent/US10989815B2/en
Publication of WO2017044012A1 publication Critical patent/WO2017044012A1/ru
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S19/00—Satellite radio beacon positioning systems; Determining position, velocity or attitude using signals transmitted by such systems
    • G01S19/38—Determining a navigation solution using signals transmitted by a satellite radio beacon positioning system
    • G01S19/39—Determining a navigation solution using signals transmitted by a satellite radio beacon positioning system the satellite radio beacon positioning system transmitting time-stamped messages, e.g. GPS [Global Positioning System], GLONASS [Global Orbiting Navigation Satellite System] or GALILEO
    • G01S19/42—Determining position
    • G01S19/45—Determining position by combining measurements of signals from the satellite radio beacon positioning system with a supplementary measurement
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S15/00—Systems using the reflection or reradiation of acoustic waves, e.g. sonar systems
    • G01S15/02—Systems using the reflection or reradiation of acoustic waves, e.g. sonar systems using reflection of acoustic waves
    • G01S15/04—Systems determining presence of a target
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S5/00—Position-fixing by co-ordinating two or more direction or position line determinations; Position-fixing by co-ordinating two or more distance determinations
    • G01S5/18—Position-fixing by co-ordinating two or more direction or position line determinations; Position-fixing by co-ordinating two or more distance determinations using ultrasonic, sonic or infrasonic waves
    • G01S5/30—Determining absolute distances from a plurality of spaced points of known location
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S19/00—Satellite radio beacon positioning systems; Determining position, velocity or attitude using signals transmitted by such systems
    • G01S19/38—Determining a navigation solution using signals transmitted by a satellite radio beacon positioning system
    • G01S19/39—Determining a navigation solution using signals transmitted by a satellite radio beacon positioning system the satellite radio beacon positioning system transmitting time-stamped messages, e.g. GPS [Global Positioning System], GLONASS [Global Orbiting Navigation Satellite System] or GALILEO
    • G01S19/42—Determining position
    • G01S19/48—Determining position by combining or switching between position solutions derived from the satellite radio beacon positioning system and position solutions derived from a further system
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S1/00—Beacons or beacon systems transmitting signals having a characteristic or characteristics capable of being detected by non-directional receivers and defining directions, positions, or position lines fixed relatively to the beacon transmitters; Receivers co-operating therewith
    • G01S1/72—Beacons or beacon systems transmitting signals having a characteristic or characteristics capable of being detected by non-directional receivers and defining directions, positions, or position lines fixed relatively to the beacon transmitters; Receivers co-operating therewith using ultrasonic, sonic or infrasonic waves
    • G01S1/76—Systems for determining direction or position line
    • G01S1/80—Systems for determining direction or position line using a comparison of transit time of synchronised signals transmitted from non-directional transducers or transducer systems spaced apart, i.e. path-difference systems
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S5/00—Position-fixing by co-ordinating two or more direction or position line determinations; Position-fixing by co-ordinating two or more distance determinations
    • G01S5/0009—Transmission of position information to remote stations
    • G01S5/0072—Transmission between mobile stations, e.g. anti-collision systems
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S5/00—Position-fixing by co-ordinating two or more direction or position line determinations; Position-fixing by co-ordinating two or more distance determinations
    • G01S5/18—Position-fixing by co-ordinating two or more direction or position line determinations; Position-fixing by co-ordinating two or more distance determinations using ultrasonic, sonic or infrasonic waves
    • G01S5/26—Position of receiver fixed by co-ordinating a plurality of position lines defined by path-difference measurements
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S5/00—Position-fixing by co-ordinating two or more direction or position line determinations; Position-fixing by co-ordinating two or more distance determinations
    • G01S5/18—Position-fixing by co-ordinating two or more direction or position line determinations; Position-fixing by co-ordinating two or more distance determinations using ultrasonic, sonic or infrasonic waves
    • G01S5/28—Position-fixing by co-ordinating two or more direction or position line determinations; Position-fixing by co-ordinating two or more distance determinations using ultrasonic, sonic or infrasonic waves by co-ordinating position lines of different shape, e.g. hyperbolic, circular, elliptical or radial

Definitions

  • This group of inventions relates to methods and systems for navigating underwater objects, and in particular to methods and systems when they receive signals from satellites located on sonar buoys, determine the coordinates of sonar buoys using computational modules of sonar buoys, transmit location data and identification data in the form sonar signals emitted by sonar buoy transmitters receive signals using located on an underwater object the receiver, determine the coordinates of the underwater object by the time delay of receiving sonar signals from sonar buoys, the location of which is known.
  • This solution can be used while determining the geographical position of an unlimited number of underwater mobile objects, remotely controlled underwater vehicles, divers, marine animals, etc. in the process of moving.
  • Hydroacoustic buoy - a free-floating or anchored buoy designed to emit and / or receive and relay hydroacoustic signals over the air.
  • Rake is a receiver that allows you to select individual reflections and select the earliest ones to determine the arrival time for multipath propagation of hydroacoustic signals.
  • Multipath propagation is the effect observed in the propagation of sonar signals. It arises if there is not only a direct, but also one or a whole series of reflected rays at the receiving point. In other words, not only direct rays (directly from the source itself), but also reflected (from the bottom, water surface, and other objects) come to the receiver’s antenna. In multipath propagation, signals arriving in different ways are weakly correlated.
  • the response of the filter to each component of the signal is short-term in comparison with their mutual time shift.
  • ACF autocorrelation function
  • signals with acute ACF are more suitable. Therefore, for multipath diversity, broadband signals are used: the signal has a longer duration but the filter shortens it.
  • the signal distorted by the multipath channel (a) is supplied to a matched filter, and if the signal is synthesized correctly, components in the form of sharp non-overlapping peaks are observed at the filter output. These peaks are reminiscent of their appearance garden rake ("gake" translated from English). Therefore, a multipath separation device is called a rake receiver (or diversity receiver).
  • the prior art method is used.
  • this invention proposes the synthesis of short-base and long-base systems, when the anchor points (sonar buoys) are located at a considerable distance from each other, forming a long navigation base, but the location of the positioned object is determined differential-ranging method, as mainly in short-base systems.
  • the advantages of this method are, firstly, the ability to simultaneously position an unlimited number of objects, and secondly, the ability to implement a fully passive mode on the positioned object, when to determine its own location it only needs to receive sonar buoy signals, decode the coordinates sonar buoys and signals, and according to differences in the times of arrival of signals to determine their own geographical position.
  • the invention is known "Method and device for monitoring and remote control of an unmanned underwater device", patent US N25579285, IPC G01 S 5/00, G01 S 5/14, G01 S 1 1/14, publ. 21 .08.1995, according to which drifting sonar buoys are installed at various points on the surface of the sea, forming a long navigation base.
  • Each sonar buoy is equipped with a global satellite navigation system (GPS / GLONASS) receiver, a clock synchronized with the GPS clock, a sonar receiver system with a transducer buried beneath the sea surface and a radio modem.
  • GPS / GLONASS global satellite navigation system
  • GIB Global intelligent buoy
  • Each sonar buoy measures its own coordinates and time of arrival (TOA) from underwater objects and at predetermined times transmits this data via radio modem to the escort vessel or ground control station.
  • the hydro-acoustic transmitter of the underwater object periodically emits a signal at predetermined time points, according to the received TOA and taking into account the speed of sound in water, the distances from the underwater object to the buoys are calculated and the coordinates of the underwater object are calculated and displayed according to the known algorithm.
  • the amount of data transmitted through the sonar channel is significantly reduced.
  • drifting sonar buoys can change the relative position, and there is a likelihood of poor mutual positioning (for example, when a positioned object and several sonar buoys line up)
  • the present invention relates to a method for navigating underwater objects, wherein
  • This method is the closest in technical essence and the achieved technical result and is selected for the prototype of the invention as a method.
  • the disadvantage of this prototype is its low navigation accuracy, that is, the determination of the coordinates of underwater objects. This is due to the fact that: - all three volume coordinates are calculated, that is, longitude, latitude and depth, which complicates the calculations and loads the computing processor, creates opportunities for errors,
  • signals can be received from sonar buoys that are reflected from the bottom, surface, and this creates errors in determining the coordinates. Disclosure of the invention as a method.
  • the present invention mainly aims to propose a method for navigating underwater objects that allows at least smoothing out at least one of the above disadvantages, namely, to improve the accuracy of navigation of underwater objects.
  • the method for navigating underwater objects is characterized essentially by the fact that the method further includes the following steps:
  • the method allows to simplify all calculations due to the fact that the outgoing signals are emitted strictly at the same depth, which reduces the likelihood of errors in the calculations, speeds up the calculation process and reduces the load on the computing module of the underwater object.
  • the depth becomes possible to determine by the temperature compensated depth sensor.
  • a connected signal by which sonar buoys transmit its coordinates are also navigational, by which the receivers determine the time of arrival. Also in the method, it becomes possible to isolate individual signal reflections and optimally estimate the arrival time from the earliest “beam”, choosing the earliest signals to determine the arrival time.
  • the signals from sonar buoys are separated by time for the following reasons: the acoustic channel is very poor in the information sense - the band is very narrow and there is a very big difference in the signal transmission at different frequencies, and if two transmitted signals at the same frequency, even if encoded and separated, are different for each other is a strong obstacle, in real conditions this can lead to complete inoperability of the navigation system, it will be impossible to determine the coordinates of the underwater object.
  • Another side of the present invention relates to a navigation system for underwater objects, including sonar buoys having a satellite signal receiver connected to a sonar compute module, which is connected to a sonar transmitter containing position data of said sonar buoys and their identification data, the system also includes a receiver for sonar signals from said sonar buoys located on an underwater object, with Unification with underwater object computing module adapted to determine the coordinates of the underwater object by a delay time from receiving sonar signals sonobuoys, the location of which is known Such a system is described in U.S. Patent No. 5,134,334, published in 1992.
  • This system is the closest in technical essence and the achieved technical result and is selected as a prototype of the invention as a device.
  • signals can be received from sonar buoys that are reflected from the bottom, surface, and this creates errors in determining the coordinates.
  • the present invention mainly aims to offer a navigation system for underwater objects, which allows at least to smooth out at least one of the above disadvantages, namely, to increase the accuracy of navigation of underwater objects.
  • each sonar buoy contains a signal coding unit connected to the sonar buoy computing module, capable of generating a coded periodic signal tied to a GPS / GLONASS watch, while all sonar transmitters are located at the same depth, and each sonar receiver with of said sonar buoys has a block for decoding signals from sonar buoys, and a module associated with it that emits direct signal from sonobuoys from reflected and allowing only record the time of arrival of the direct signal, wherein each module is a direct signals from sonobuoys from reflected, it is designed as a receiver Reyk-. Thanks to these advantageous characteristics, it becomes possible to increase the accuracy of navigation by clearly distinguishing the signals, providing the ability to process only direct signals.
  • the connected signal by which sonar buoys transmit their coordinates is also a navigation signal, by which the receivers determine the time of arrival. Also in the system, using the Rake receiver, it becomes possible to isolate individual signal reflections and optimally estimate the arrival time from the earliest “beam”, choosing the earliest signals to determine the arrival time.
  • each signal coding unit is configured to generate periodically encoded signals that are frequency-separated and time-spaced. Thanks to this advantageous characteristic, it becomes possible to separate the signals from different sonar buoys from each other, eliminating errors.
  • each receiver of sonar signals from said sonar buoys has a temperature-compensated depth sensor.
  • FIG. 1 depicts a functional diagram of a navigation system for underwater objects, according to the invention
  • FIG. 2 schematically depicts the steps of a method for navigating underwater objects, according to the invention.
  • the navigation system of underwater objects includes sonar buoys 1 having a receiver 1 1 of signals from satellites 2 connected to the computing module 12 sonar buoy, which is connected to the transmitter 13 sonar signals containing the location data of these sonar buoys and their identification data .
  • the system also includes a receiver 31 of sonar signals from said sonar buoys 1 located on the underwater object 3 and connected to a computational module 32 of the underwater object configured to determine the coordinates of the underwater object by delaying the time of receiving sonar signals from sonar buoys 1, the location of which is known.
  • Each sonar buoy 1 contains a signal encoding unit 14 connected to the computing module 12 of the sonar buoy, configured to generate a coded periodic signal associated with a GPS / GLONASS clock. All transmitters 13 sonar signals are located at the same depth.
  • Each receiver 31 sonar signals from these sonar buoys has a decoding unit 33 signals from sonar buoys, and a module 34 associated with it that extracts direct signals from sonar buoys from reflected ones and allows you to record the time of arrival of only the direct signal.
  • Each module 34 emitting direct signals from sonar buoys from the reflected ones, is made in the form of a rake receiver.
  • Each signal encoding unit 14 may be configured to generate periodically encoded signals that are frequency-separated and time-spaced.
  • Each receiver 31 sonar signals from these sonar buoys may have a temperature-compensated depth sensor 35.
  • Three sonar buoys 1 can be used in the system. But three sonar buoys are a theoretical minimum, since in hyperbolic navigation everything works on differences of arrival times, which is very it is easy to get into the situation of the so-called “work on asymptotes” - when the differences in arrival times tend to zero and the objective function that should be optimized has many false minima. For this, it is proposed to use a variant of the system when four sonar buoys are used. The fourth sonar buoy allows you to correct the situation in many cases. (You can use a system of five sonar buoys, but this does not make sense, since the gain is not so great as the complication of installing sonar buoys, the total size of the system, etc.).
  • the communication energy range in the proposed system is determined by the central frequency and can be 3000 meters, that is, sonar buoys from each other can be delivered no further than 1500 meters. It is supposed to work between them, since underwater work is usually carried out in much smaller areas.
  • position 4 denotes the boundary of the liquid and atmospheric media
  • dotted lines show the propagation of signals from sonar buoys to the receiver of an underwater object.
  • Stage A1 Pre-installed on the surface of the water sonar navigation buoys 1, having a receiver 1 1 of signals from satellites 2, connected to the computing module 12 sonar buoy, which is connected to the transmitter 13 sonar signals containing the location data of these sonar buoys 1 and their identification data. Moreover, sonar navigation buoys 1 are equipped with receivers 1 1 of the global satellite navigation system, which are tied to a clock synchronized by GPS / GLONASS. Since sonar buoys 1 are constantly updating their coordinates, they can be either drifting or anchored.
  • Stage A2 All transmitters 13 sonar signals are located at the same depth.
  • Stage A3. Having a precisely synchronized clock, sonar buoys 1 simultaneously or in turn, at certain points in time, cyclically transmit their geographical coordinates through the sonar channel with code and / or time and / or frequency separation. To determine the position of the positioned underwater object 3 on the surface of the water must be installed at least four sonar buoys.
  • Stage A4 The method of hyperbolic navigation is used, in which any pair of hydroacoustic signal transmitters 13 having a synchronized clock allows determining the location of the receiver 31 on the hyperbole from the arrival times of the signals emitted, since the geometrical location of the points (positions) of the receiver 31 at which this difference value will be observed times of arrival of signals from two transmitters 13 there is a hyperbole.
  • three such non-repeating pairs make it possible to uniquely identify the receiver 31 on the plane, and accordingly the associated underwater object 3, determining its location as the intersection of three hyperbolas.
  • Each sonar buoy 1 is assigned its own identifier, which allows the receiver 31 to distinguish it from the others, and thus explicitly compare the geographical coordinates transmitted to it and the moment of signal arrival (TOA) with this sonar buoy. For example, with the combined time and code separation of sonar buoys, which allows you to build the most efficient system, sonar buoys analyze the information transmitted by the built-in GPS / GLONASS receivers 1 1, which contains the exact time and geographical coordinates.
  • a sonar buoy N ° 1 emits in the first second of a minute
  • a sonar buoy N ° 2 radiates in a second second
  • a sonar buoy N ° 3 radiates in a third
  • the navigation receiver 31 of the underwater object can calculate its own position once every four seconds, upon determining the arrival times from all four sonar buoys.
  • Code separation allows you to avoid the mutual influence of the navigation signals of sonar buoys, and additionally allows you to distinguish sonar buoys to the receiver 31 of the underwater object, in the case of their mutual arrangement, in which there is a possibility the arrival of signals from, for example, a sonar buoy N ° 2 earlier than from a sonar buoy N ° 1.
  • Stage A6 In this case, using the navigation receiver 31 installed on the positioned underwater object 3, the signals of sonar buoys 1 are constantly received, demodulated signals transmitted by sonar buoys, and the arrival times of packages (TOA) are recorded, since the signals are separated by code and / or time, and it is known that they were transmitted synchronously or at known intervals, and the coordinates of sonar buoys are also known.
  • TOA arrival times of packages
  • the underwater object is equipped with a depth sensor connected to the navigation receiver, having at least four arrival times from points with known geographical coordinates and having data about its own depth, using the underwater object computing module 32 connected to the navigation receiver geographical coordinates by the so-called difference-ranging method.
  • the stability of the internal clock of the navigation receiver 31 is required only for a short period during which parcels from all sonar buoys are received.
  • the proposed method and navigation system for underwater objects can be implemented by a specialist in practice and, when implemented, ensure the implementation of the declared purpose, which allows us to conclude that the criterion of "industrial applicability" for the invention is met.
  • each receiver was made in the form of a separate device on the cable, through which power was supplied to the device and there was an information exchange,
  • the goal is achieved - improving the accuracy of navigation of underwater objects.
  • the above advantages show high efficiency of the proposed method and device.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Acoustics & Sound (AREA)
  • Measurement Of Velocity Or Position Using Acoustic Or Ultrasonic Waves (AREA)

Abstract

Данная группа изобретений относится к способам и системам навигации подводных объектов, а именно к способам и системам, когда принимают посредством расположенных на гидроакустических буях приемников сигналы со спутников, определяют координаты гидроакустических буев посредством вычислительных модулей гидроакустических буев, передают данные о местоположении и идентификационные данные в виде гидроакустических сигналов, излучаемых передатчиками гидроакустических буев, принимают сигналы с помощью расположенного на подводном объекте приемника, определяют координаты подводного объекта по задержке времени приема гидроакустических сигналов от гидроакустических буев, местоположение которых известно. Данное решение может быть использовано при одновременном определении географического положения неограниченного числа подводных мобильных объектов, дистанционно управляемых подводных аппаратов, водолазов, морских животных и т.д. в процессе движения. Согласно изобретению кодируют сигналы с указанных гидроакустических буев, в виде периодических сигналов, привязанных к часам GPS/ГЛОНАСС, располагают все передатчики гидроакустических сигналов на одной глубине, декодируют сигналы от гидроакустических буев при одновременном выделении прямых сигналов от гидроакустических буев от отраженных. Система реализует указанный способ. Достигаемый технический результат - повышение точности навигации подводных объектов.

Description

СПОСОБ НАВИГАЦИИ ПОДВОДНЫХ ОБЪЕКТОВ И СИСТЕМА ДЛЯ ЕГО
ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
Область техники, к которой относится изобретение.
Данная группа изобретений относится к способам и системам навигации подводных объектов, а именно к способам и системам, когда принимают посредством расположенных на гидроакустических буях приемников сигналы со спутников, определяют координаты гидроакустических буев посредством вычислительных модулей гидроакустических буев, передают данные о местоположении и идентификационные данные в виде гидроакустических сигналов, излучаемых передатчиками гидроакустических буев, принимают сигналы с помощью расположенного на подводном объекте приемника, определяют координаты подводного объекта по задержке времени приема гидроакустических сигналов от гидроакустических буев, местоположение которых известно. Данное решение может быть использовано при одновременном определении географического положения неограниченного числа подводных мобильных объектов, дистанционно управляемых подводных аппаратов, водолазов, морских животных и т.д. в процессе движения.
В данном описании использованы следующие термины:
Гидроакустический буй — свободно плавающий или установленный на якоре буй, предназначенный для излучения и/или приёма и ретрансляции по радиоканалу гидроакустических сигналов.
Рейк (Rake) -приемник, который позволяет выделить отдельные отражения и выбрать самые ранние для определения времени прихода при многолучевом распространении гидроакустических сигналов. Многолучевое распространение— это эффект, наблюдаемый при распространении гидроакустических сигналов. Возникает при условии существования в точке приема не только прямого, но и ещё одного или целого ряда отражённых лучей. Другими словами, на антенну приёмника приходят не только прямые лучи (непосредственно от самого источника), но и отражённые (от дна, водной поверхности и прочих объектов). При многолучевом распространении сигналы, приходящие различными путями, слабо коррелированы. Чтобы сдвинутые во времени многолучевые компоненты наблюдались раздельно на выходе линейного фильтра приёмника необходимо, чтобы отклик фильтра на каждую компоненту сигнала был кратковременным по сравнению с их взаимным временным сдвигом. В качестве приёмного фильтра лучше всего принимать согласованный, так как отклик этого фильтра на сигнал есть АКФ (автокорреляционная функция) сигнала. Для разделения многолучевых компонент больше пригодны сигналы с острой АКФ. Поэтому для многолучевого разнесения используются широкополосные сигналы: сигнал имеет большую длительность но фильтр укорачивает его. Сигнал, искаженный многолучевым каналом (а), подается на согласованный фильтр, и, если сигнал синтезирован правильно, на выходе фильтра наблюдаются компоненты в виде острых неперекрывающихся пиков. Эти пики напоминают своим внешним видом садовые грабли («гаке» в переводе с английского). Поэтому устройство, осуществляющее многолучевое разделение, назвали rake-приёмником (или приёмник разнесённых сигналов). Уровень техники способа.
Существуют способы навигации подводных объектов, которые заключаются в определении координат подводных объектов (позиционировании). Все эти термины используются как синонимы. Для этого известны три типа систем определения координат подводных объектов в гидроакустике, отличающиеся друг от друга размерами измерительных баз, представляющие собой расстояния между гидроакустическими антеннами. Это системы УКБ (Ультра- короткобазисные, USBL, ultra-short baseline), КБ (короткобазисные, SBL, short baseline) и ДБ (длиннобазисные, LBL, long baseline). Наиболее близкими по своим характеристикам к заявленному решению являются длиннобазисные системы, однако, в данном изобретении предлагается синтез короткобазисной и длиннобазисной систем, когда опорные точки (гидроакустические буи) располагаются на значительном удалении друг от друга, образуя длинную навигационную базу, но определение местоположения позиционируемого объекта производится разностно-дальномерным способом, как преимущественно в короткобазисных системах.
Достоинствами такого способа являются, во-первых, возможность одновременного позиционирования неограниченного числа объектов, а во-вторых, возможность реализовать на позиционируемом объекте полностью пассивный режим, когда для определения собственного местоположения ему достаточно только принимать сигналы гидроакустических буев, декодировать координаты гидроакустических буев и сигналов и по разностям времен прихода сигналов определять собственное географическое положение.
Известно изобретение «Способ и устройство для мониторинга и удаленного контроля беспилотного подводного устройства», патент US N25579285, МПК G01 S 5/00, G01 S 5/14, G01 S 1 1 /14, опубл. 21 .08.1995, в соответствии с которым в различных точках поверхности моря устанавливаются дрейфующие гидроакустические буи, образующие длинную навигационную базу. Каждый гидроакустический буй оборудован приемником глобальной спутниковой навигационной системы (GPS/GLONASS), часы, синхронизированные с часами GPS, гидроакустическую приемную систему с преобразователем, заглубленным под поверхностью моря и радиомодем. Такие устройства именуются GIB (Global intelligent buoy). Каждый гидроакустический буй измеряет собственные координаты и времена прихода сигналов (ТОА - time of arrival) от подводных объектов и в предустановленные моменты передает эти данные по радиомодему на судно сопровождения или наземную станцию контроля. Гидроакустический передатчик подводного объекта периодически излучает сигнал в предустановленные моменты времени, по данным принятым ТОА и с учетом скорости звука в воде вычисляются расстояния от подводного объекта до буев и по известному алгоритму вычисляются и отображаются координаты подводного объекта.
Достоинства данного способа:
- не требуется точной настройки базовых линий, поскольку координаты буев фиксируются приемником глобальной спутниковой навигационной системы и соответственно уменьшается погрешность определения координат из-за неточной установки гидроакустических буев;
- поскольку излучает только передатчик, располагаемый на подводном объекте, значительно сокращается объем передаваемых по гидроакустическому каналу данных.
Недостатки данного способа:
- незакрепленные (дрейфующие гидроакустические буи) могут изменять взаимное расположение, и существует вероятность возникновения плохих взаимных расположений (например, когда позиционируемый объект и несколько гидроакустических буев выстраиваются в линию)
- практически невозможна или затруднена работы с несколькими позиционируемыми объектами, сигналы которых могут влиять друг на друга и значительно ухудшать условия приема на гидроакустических буях - определение ТОА (времени прихода) по фронту сигнала при низком соотношении сигнал-помеха и/или при многолучевом распространении существует неоднозначность определения ТОА из-за многочисленных отражений и/или скрывания полезного сигнала под шумом.
Также известно изобретение «Система определения координаты подводных объектов», патент RU 24371 14, опубликован 20.12.201 1 , в котором предложен метод корреляционного приема для определения ТОА вместо определения его по фронту сигнала, что позволяет значительно улучшить ситуацию с определение ТОА в условиях низкого соотношения сигнал-помеха и при многолучевом распространении сигнала в среде.
Однако не решается проблема с невозможностью одновременного позиционирования нескольких объектов
Согласно первой из своих сторон, настоящее изобретение относится способу навигации подводных объектов, при котором
· принимают посредством расположенных на гидроакустических буях приемников сигналы со спутников,
• определяют координаты гидроакустических буев посредством вычислительных модулей гидроакустических буев,
• передают данные о местоположении указанных гидроакустических буев и их идентификационные данные в виде гидроакустических сигналов, излучаемых передатчиками гидроакустических буев,
• принимают сигналы с помощью расположенного на подводном объекте приемника гидроакустических сигналов,
• определяют координаты подводного объекта с помощью вычислительного модуля подводного объекта по задержке времени приема гидроакустических сигналов от гидроакустических буев, местоположение которых известно.
Такой способ описан в патенте США на изобретение N° US51 13341 , опубликованном в 1992 году.
Данный способ является наиболее близким по технической сути и достигаемому техническому результату и выбран за прототип предлагаемого изобретения как способа.
Недостатком этого прототипа является его невысокая точность навигации, то есть определения координат подводных объектов. Это связано с тем, что: - происходит вычисление всех трех объемных координат, то есть долготы, широты и глубины, что затрудняет вычисления и нагружает вычислительный процессор, создает возможности для ошибок,
- сигналы могут интерферировать и создавать искажения несовместимые с возможностью навигации,
вместо прямых сигналов могут быть получены сигналы от гидроакустических буев, которые отражены от дна, поверхности, и это создает ошибки в определении координат. Раскрытие изобретения как способа.
Опирающееся на это оригинальное наблюдение настоящее изобретение, главным образом, имеет целью предложить способ навигации подводных объектов, позволяющий, по меньшей мере, сгладить, как минимум, один из указанных выше недостатков, а именно обеспечить повышение точности навигации подводных объектов.
Для достижения этой цели способ навигации подводных объектов характеризуется по существу тем, что дополнительно способ включает в себя следующие этапы:
• кодируют сигналы с указанных гидроакустических буев, в виде периодических сигналов, привязанных к часам GPS/ГЛОНАСС,
• располагают все передатчики гидроакустических сигналов на одной глубине,
• декодируют сигналы от гидроакустических буев при одновременном выделении прямых сигналов от гидроакустических буев от отраженных.
Благодаря данным выгодным характеристикам появляется возможность повышения точности навигации путем четкого разграничения сигналов, обеспечения возможности обработки только прямых сигналов. Кроме того способ позволяет упростить все вычисления за счет того, что исходящие сигналы испускаются строго на одной глубине, что снижает вероятность ошибок при вычислениях, ускоряет процесс вычисления и снижает нагрузку на вычислительный модуль подводного объекта. При навигации подводного объекта, производится определение только широты и долготы, глубину становится возможным определять по температурно компенсированному датчику глубины. При этом связной сигнал, при помощи которого гидроакустические буи передают свои координаты одновременно является и навигационным, по которым приемники определяю время прихода. Так же в способе становится возможным выделять отдельные отражения сигнала и оптимально оценивать время прихода по самому раннему "лучу", выбирая самые ранние сигналы для определения времени прихода.
Сигналы с гидроакустических буев разделяют по времени по следующим причинам: акустический канал очень плохой в информационном смысле - полоса очень узкая и очень большая разница в прохождении сигнала на разных частотах, а если два передаваемых сигнала на одной частоте, будучи даже кодированными и разделенными, друг для друга являются сильной помехой, в реальных условиях это может привести к полной неработоспособности системы навигации, невозможно будет определить координаты подводного объекта.
Существует вариант изобретения, в котором в при кодировании сигналов разделяют их частотно и разносят по времени. Благодаря данной выгодной характеристике появляется возможность отделить сигналы от разных гидроакустических буев друг от друга, исключив ошибки.
Совокупность существенных признаков предлагаемого изобретения неизвестна из уровня техники для способов аналогичного назначения, что позволяет сделать вывод о соответствии критерию «новизна» для изобретения в отношении способа. Кроме того, данное решение неочевидно для специалиста в данной области,
Уровень техники системы.
Другой своей стороной настоящее изобретение относится к системе навигации подводных объектов, включающей в себя гидроакустические буи, имеющие приемник сигналов со спутников, соединенный с вычислительным модулем гидроакустического буя, который соединен с передатчиком гидроакустических сигналов, содержащих данные о местоположении указанных гидроакустических буев и их идентификационные данные, система также включает в себя расположенный на подводном объекте приемник гидроакустических сигналов с указанных гидроакустических буев, соединенный с вычислительным модулем подводного объекта, выполненным с возможностью определения координат подводного объекта по задержке времени приема гидроакустических сигналов от гидроакустических буев, местоположение которых известно Такая система описана в патенте США на изобретение N° US51 13341 , опубликованном в 1992 год.
Данная система является наиболее близкой по технической сути и достигаемому техническому результату и выбрана за прототип предлагаемого изобретения как устройства.
Недостатком этого прототипа является его невысокая точность навигации подводных объектов.
Это связано с тем, что:
- происходит вычисление всех трех объемных координат, то есть долготы, широты и глубины, что затрудняет вычисления и нагружает вычислительный процессор, создает возможности для ошибок,
- сигналы могут интерферировать и создавать искажения несовместимые с возможностью навигации,
- вместо прямых сигналов могут быть получены сигналы от гидроакустических буев, которые отражены от дна, поверхности, и это создает ошибки в определении координат.
Раскрытие изобретения как системы.
Настоящее изобретение, с другой своей стороны, главным образом, имеет целью предложить систему навигации подводных объектов, позволяющую, по меньшей мере, сгладить, как минимум, один из указанных выше недостатков, а именно обеспечить повышение точности навигации подводных объектов.
Для достижения этой цели каждый гидроакустический буй содержит соединенный с вычислительным модулем гидроакустического буя блок кодирования сигналов, выполненный с возможностью формирования кодированного периодического сигнала, привязанного к часам GPS/ГЛОНАСС, при этом все передатчики гидроакустических сигналов расположены на одной глубине, а каждый приемник гидроакустических сигналов с указанных гидроакустических буев имеет блок декодирования сигналов от гидроакустических буев, и связанный с ним модуль, выделяющий прямые сигналы от гидроакустических буев от отраженных и позволяющий фиксировать время прихода только прямого сигнала, причем каждый модуль, выделяющий прямые сигналы от гидроакустических буев от отраженных, выполнен в виде Рейк- приемника. Благодаря данным выгодным характеристикам появляется возможность повышения точности навигации путем четкого разграничения сигналов, обеспечения возможности обработки только прямых сигналов. При этом связной сигнал, при помощи которого гидроакустические буи передают свои координаты одновременно является и навигационным, по которым приемники определяю время прихода. Так же в системе с помощью Рэйк-приемника становится возможным выделять отдельные отражения сигнала и оптимально оценивать время прихода по самому раннему "лучу", выбирая самые ранние сигналы для определения времени прихода.
Существует также вариант изобретения, в котором каждый блок кодирования сигналов выполнен с возможностью формирования периодических кодированных сигналов, которые разделены частотно и разнесены по времени. Благодаря данной выгодной характеристике появляется возможность отделить сигналы от разных гидроакустических буев друг от друга, исключив ошибки.
Существует также и такой вариант изобретения, в котором каждый приемник гидроакустических сигналов с указанных гидроакустических буев имеет температурно-компенсированный датчик глубины.
Благодаря данной выгодной характеристике появляется возможность упростить все вычисления за счет того, что исходящие сигналы испускаются строго на одной глубине, что снижает вероятность ошибок при вычислениях, ускоряет процесс вычисления и снижает нагрузку на вычислительный модуль подводного объекта. При навигации подводного объекта, производится определение только широты и долготы, глубину становится возможным определять по температурно-компенсированному датчику глубины.
Совокупность существенных признаков предлагаемого изобретения как устройства неизвестна из уровня техники для устройств аналогичного назначения, что позволяет сделать вывод о соответствии критерию «новизна» для изобретения как устройства. Краткое описание чертежей.
Другие отличительные признаки и преимущества данной группы изобретений ясно вытекают из описания, приведенного ниже для иллюстрации и не являющегося ограничительным, со ссылками на прилагаемые рисунки, на которых: - фигура 1 изображает функциональную схему системы навигации подводных объектов, согласно изобретению,
- фигура 2 схематично изображает этапы способа навигации подводных объектов, согласно изобретению.
Согласно фигуре 1 система навигации подводных объектов включает в себя гидроакустические буи 1 , имеющие приемник 1 1 сигналов со спутников 2, соединенный с вычислительным модулем 12 гидроакустического буя, который соединен с передатчиком 13 гидроакустических сигналов, содержащих данные о местоположении указанных гидроакустических буев и их идентификационные данные. Система также включает в себя расположенный на подводном объекте 3 приемник 31 гидроакустических сигналов с указанных гидроакустических буев 1 , соединенный с вычислительным модулем 32 подводного объекта, выполненным с возможностью определения координат подводного объекта по задержке времени приема гидроакустических сигналов от гидроакустических буев 1 , местоположение которых известно.
Каждый гидроакустический буй 1 содержит соединенный с вычислительным модулем 12 гидроакустического буя блок 14 кодирования сигналов, выполненный с возможностью формирования кодированного периодического сигнала, привязанного к часам GPS/ГЛОНАСС. Все передатчики 13 гидроакустических сигналов расположены на одной глубине. Каждый приемник 31 гидроакустических сигналов с указанных гидроакустических буев имеет блок декодирования 33 сигналов от гидроакустических буев, и связанный с ним модуль 34, выделяющий прямые сигналы от гидроакустических буев от отраженных и позволяющий фиксировать время прихода только прямого сигнала. Каждый модуль 34, выделяющий прямые сигналы от гидроакустических буев от отраженных, выполнен в виде рейк-приемника.
Каждый блок 14 кодирования сигналов может быть выполнен с возможностью формирования периодических кодированных сигналов, которые разделены частотно и разнесены по времени.
Каждый приемник 31 гидроакустических сигналов с указанных гидроакустических буев может иметь температурно-компенсированный датчик глубины 35.
В системе может быть использовано три гидроакустических буя 1 . Но три гидроакустических буя - это минимум теоретический, поскольку в гиперболической навигации все работает на разностях времен прихода, очень легко попасть в ситуацию так называемую «работы на асимптотах» - когда разности времен прихода стремятся к нулю и целевая функция, которую следует оптимизировать имеет множество ложных минимумов. Для этого предлагается использовать вариант системы, когда использовано четыре гидроакустических буя. Четвертый гидроакустический буй позволяет ситуацию выправить во многих случаях. (Можно использовать систему из пяти гидроакустических буев, но это уже не имеет смысла, так как выигрыш не столь велик, сколь велико усложнение установки гидроакустических буев, общий размер системы и прочее).
Энергетическая дальность связи в предлагаемой системе определяется центральной частотой и может составлять 3000 метров, то есть гидроакустические буи друг от друга могут быть поставлены не далее 1500 метров. Предполагается работать между ними, так как обычно подводные работы ведутся в гораздо меньших акваториях.
На фигуре 1 дополнительно позицией 4 обозначена граница жидкой и атмосферной сред, пунктирами - распространение сигналов от гидроакустических буев до приемника подводного объекта.
Осуществление изобретения.
Система навигации подводных объектов работает следующим образом. Приведем наиболее исчерпывающий пример реализации изобретения. Имея в виду, что данный пример не ограничивает применения изобретения.
Согласно фигуре 2:
Этап А1. Предварительно на поверхности воды устанавливают гидроакустические навигационные буи 1 , имеющие приемник 1 1 сигналов со спутников 2, соединенный с вычислительным модулем 12 гидроакустического буя, который соединен с передатчиком 13 гидроакустических сигналов, содержащих данные о местоположении указанных гидроакустических буев 1 и их идентификационные данные. Причем гидроакустические навигационные буи 1 оснащены приемниками 1 1 глобальной спутниковой навигационной системы, которые привязаны к часам, синхронизированным по GPS/GLONASS. Поскольку гидроакустические буи 1 постоянно обновляют свои координаты, они могут быть как дрейфующими, так и устанавливаемыми на якорь.
Этап А2. Располагают все передатчики 13 гидроакустических сигналов на одной глубине. Этап A3. Имея точно синхронизированные часы, гидроакустические буи 1 одновременно или по очереди, в определенные моменты времени, циклически передают свои географические координаты через гидроакустический канал с кодовым и/или временным и/или частотным разделением. Для определения местоположения позиционируемого подводного объекта 3 на поверхности воды должно быть установлено не менее четырех гидроакустических буев.
Этап А4. Используют метод гиперболической навигации, при котором любая пара передатчиков 13 гидроакустических сигналов, имеющая синхронизированные часы, позволяет определить по временам прихода излучаемых ими сигналов расположение приемника 31 на гиперболе, так как геометрическое место точек (позиций) приемника 31 , в которых будет наблюдаться данная величина разности времен прихода сигналов от двух передатчиков 13 есть гипербола. При этом три такие неповторяющиеся пары позволяют однозначно определить приемник 31 на плоскости, а соответственно и связанный с ним подводной объект 3, определив его местоположение как пересечение трех гипербол.
Этап А5. Присваивают каждому гидроакустическому бую 1 свой идентификатор, позволяющий приемнику 31 отличить его от остальных, и таким образом явно сопоставить переданные им географические координаты и момент прихода сигнала (ТОА) с данным гидроакустическим буем. Например, при совмещенном временном и кодовом разделении гидроакустических буев, позволяющем построить наиболее эффективную систему, гидроакустические буи анализируют передаваемую встроенными GPS/GLONASS приемниками 1 1 информацию, в которой содержится точное время и географические координаты. Имея точно синхронизированные часы, они излучают навигационный сигнал каждый в свое время, например, гидроакустический буй N°1 излучает в первую секунду минуты, гидроакустический буй N°2 излучает во вторую секунду, гидроакустический буй N°3 излучает в третью, гидроакустический буй N°4 - в четвертую и так далее. При такой организации, навигационный приемник 31 подводного объекта может вычислять собственное положение раз в четыре секунды, по факту определения времен прихода от всех четырех гидроакустических буев. Кодовое разделение позволяет избежать взаимного влияния навигационных сигналов гидроакустических буев, и дополнительно позволяет различать гидроакустические буи приемнику 31 подводного объекта, в случае такого их взаимного расположения, при котором существует возможность прихода сигналов от, например, гидроакустического буя N°2 раньше, чем от гидроакустического буя N°1 .
Этап А6. При этом, с помощью навигационного приемника 31 , установленного на позиционируемом подводном объекте 3, постоянно принимают сигналы гидроакустических буев 1 , демодулируют сигналы, передаваемые гидроакустическими буями, и фиксируют времена прихода посылок (ТОА), поскольку сигналы разделены кодово и/или по времени, и известно, что они были переданы синхронно или через известные промежутки времени, а так же известны координаты гидроакустических буев.
Принимая во внимание, что подводный объект оборудован датчиком глубины, соединенным с навигационным приемником, то, имея как минимум четыре времени прихода от точек с известными географическими координатами и имея данные о собственной глубине, с помощью соединенного с навигационным приемником вычислительного модуля 32 подводного объекта вычисляют собственные географические координаты так называемым разностно- дальномерным методом. При этом в случае временного разделения навигационных сигналов буев, стабильность внутренних часов навигационного приемника 31 требуется только в течение короткого промежутка, в течении которого принимаются посылки от всех гидроакустических буев.
Последовательность этапов является примерной и позволяет переставлять, убавлять, добавлять или производить некоторые операции одновременно без потери возможности обеспечивать навигацию подводных объектов. Промышленная применимость.
Предлагаемый способ и система навигации подводных объектов могут быть осуществлены специалистом на практике и при осуществлении обеспечивают реализацию заявленного назначения, что позволяет сделать вывод о соответствии критерию «промышленная применимость» для изобретения.
В соответствии с предложенным изобретением изготовлен опытный образец системы навигации подводных объектов. Он состоял из четырех гидроакустических буев и трех приемников навигационного акустического сигнала, были проведены испытания при следующих параметрах системы:
- гидроакустические буи располагались в квадрате 500x500 метров, - каждый приемник был выполнен в виде отдельного устройства на кабеле, по которому подавалось питание на устройство и происходил информационный обмен,
- приемники были жестко зафиксированы на разных удалениях от буев (внутри квадрата) и на разных глубинах: 3, 5 и 12 метров. Длительность проведения эксперимента составила 2.5 часа,
- частота обновления навигационных данных составила 0.25 Гц (1 раз в 4 секунды);
Место проведения испытаний: устье реки «Пичуга», Волгоградская область. Максимальная глубина водоема: 25 метров, песчано-илистое дно.
Испытания опытного образца системы навигации подводных объектов показали, что она обеспечивает возможность:
- точного определения координат подводного объекта, а именно долготы и широты по полученным сигналам, в частности среднеквадратичное отклонение географической позиции в метрах составило 0.48 метров по результатам для трех навигационных приемников, работающих непрерывно в течение 2.5 часов.
- определения глубины подводного объекта по датчику глубины,
- независимости от интерферирования сигналов
- определения именно прямых сигналов и избегания, таким образом, ошибки в определении координат из-за обработки отраженных сигналов.
Все это позволяет значительно повысить точность навигации подводных объектов.
Дополнительным полезным техническим результатом заявленного изобретения является то, что оно позволяет:
- выполнять позиционирование неограниченного числа подводных объектов одновременно,
- при этом навигационный приемник работает только в пассивном режиме, не создавая дополнительно акустических помех.
Таким образом, в данном изобретении достигнута поставленная задача - повышение точности навигации подводных объектов. Кроме того, перечисленные выше преимущества показывают высокую эффективность применения предлагаемого способа и устройства.

Claims

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
1 . Способ навигации подводных объектов, при котором
• принимают посредством расположенных на гидроакустических буях приемников сигналы со спутников,
• определяют координаты гидроакустических буев посредством вычислительных модулей гидроакустических буев,
• передают данные о местоположении указанных гидроакустических буев и их идентификационные данные в виде гидроакустических сигналов, излучаемых передатчиками гидроакустических буев,
• принимают сигналы с помощью расположенного на подводном объекте приемника гидроакустических сигналов,
• определяют координаты подводного объекта с помощью вычислительного модуля подводного объекта по задержке времени приема гидроакустических сигналов от гидроакустических буев, местоположение которых известно,
• отличающийся тем, что
• кодируют сигналы с указанных гидроакустических буев, в виде периодических сигналов, привязанных к часам GPS/ГЛОНАСС,
• располагают все передатчики гидроакустических сигналов на одной глубине,
• декодируют сигналы от гидроакустических буев при одновременном выделении прямых сигналов от гидроакустических буев от отраженных.
2. Способ по п.1 , отличающийся тем, что при кодировании сигналов разделяют их частотно и разносят по времени.
3. Система навигации подводных объектов, включающая в себя гидроакустические буи, имеющие приемник сигналов со спутников, соединенный с вычислительным модулем гидроакустического буя, который соединен с передатчиком гидроакустических сигналов, содержащих данные о местоположении указанных гидроакустических буев и их идентификационные данные, система также включает в себя расположенный на подводном объекте приемник гидроакустических сигналов с указанных гидроакустических буев, соединенный с вычислительным модулем подводного объекта, выполненным с возможностью определения координат подводного объекта по задержке времени приема гидроакустических сигналов от гидроакустических буев, местоположение которых известно, отличающаяся тем, что каждый гидроакустический буй содержит соединенный с вычислительным модулем гидроакустического буя блок кодирования сигналов, выполненный с возможностью формирования кодированного периодического сигнала, привязанного к часам GPS/ГЛОНАСС, при этом все передатчики гидроакустических сигналов расположены на одной глубине, а каждый приемник гидроакустических сигналов с указанных гидроакустических буев имеет блок декодирования сигналов от гидроакустических буев, и связанный с ним модуль, выделяющий прямые сигналы от гидроакустических буев от отраженных и позволяющий фиксировать время прихода только прямого сигнала, причем каждый модуль, выделяющий прямые сигналы от гидроакустических буев от отраженных, выполнен в виде Рейк- приемника.
4. Система по п.З, отличающаяся тем, что каждый блок кодирования сигналов выполнен с возможностью формирования периодических кодированных сигналов, которые разделены частотно и разнесены по времени.
5. Система по п.З, отличающаяся тем, что каждый приемник гидроакустических сигналов с указанных гидроакустических буев имеет температурно-компенсированный датчик глубины.
PCT/RU2016/050029 2015-09-08 2016-09-06 Способ навигации подводных объектов и система для его осуществления Ceased WO2017044012A1 (ru)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP16844796.9A EP3349040B1 (en) 2015-09-08 2016-09-06 Method for positioning underwater objects and system for the implementation thereof
US15/758,418 US10989815B2 (en) 2015-09-08 2016-09-06 Method for positioning underwater objects and system for the implementation thereof

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2015138268 2015-09-08
RU2015138268/28A RU2599902C1 (ru) 2015-09-08 2015-09-08 Способ навигации подводных объектов и система для его осуществления

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2017044012A1 true WO2017044012A1 (ru) 2017-03-16

Family

ID=57138546

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/RU2016/050029 Ceased WO2017044012A1 (ru) 2015-09-08 2016-09-06 Способ навигации подводных объектов и система для его осуществления

Country Status (4)

Country Link
US (1) US10989815B2 (ru)
EP (1) EP3349040B1 (ru)
RU (1) RU2599902C1 (ru)
WO (1) WO2017044012A1 (ru)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108318863A (zh) * 2017-12-28 2018-07-24 浙江大学 基于海底信标的水下无人设备无源定位方法及其系统
CN108445453A (zh) * 2018-03-15 2018-08-24 深圳市朗信浩通科技有限公司 定位方法、装置、系统及计算机存储介质
CN113296057A (zh) * 2021-05-19 2021-08-24 太原融盛科技有限公司 一种潜水器对水下不明物位置的测定方法

Families Citing this family (22)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2709058C2 (ru) * 2018-06-07 2019-12-13 Федеральное государственное унитарное предприятие "Крыловский государственный научный центр" Мобильный гидроакустический буй-маяк и способ навигационного оборудования морского района
RU2691212C1 (ru) * 2018-06-24 2019-06-11 Общество с ограниченной ответственностью "Лаборатория подводной связи и навигации" Способ позиционирования подводных объектов
US11850514B2 (en) 2018-09-07 2023-12-26 Vulcan Inc. Physical games enhanced by augmented reality
RU2710831C1 (ru) * 2018-09-13 2020-01-14 Федеральное государственное унитарное предприятие "Крыловский государственный научный центр" Самоходный гидроакустический буй-маяк и способ навигационного оборудования морского района
RU2691217C1 (ru) * 2018-11-08 2019-06-11 Общество с ограниченной ответственностью "Лаборатория подводной связи и навигации" Способ позиционирования подводных объектов
RU2713814C1 (ru) * 2018-11-29 2020-02-07 Акционерное Общество "Концерн "Океанприбор" Способ определения географических координат подводного объекта
US11950577B2 (en) 2019-02-08 2024-04-09 Vale Group Llc Devices to assist ecosystem development and preservation
US11912382B2 (en) * 2019-03-22 2024-02-27 Vulcan Inc. Underwater positioning system
US12147997B1 (en) 2019-04-23 2024-11-19 Vale Group Llc Sensor data collection and processing
CN110208731B (zh) * 2019-06-17 2022-09-20 哈尔滨工程大学 一种高帧率无模糊水声定位方法
RU2733207C1 (ru) * 2019-12-09 2020-09-30 Георгий Яковлевич Шайдуров Способ радионавигационного определения координат подводных морских аппаратов
CN112068078B (zh) * 2020-07-20 2024-03-15 中国船舶重工集团公司第七一五研究所 一种组合长基线深海水声定位方法
CN113804180B (zh) * 2021-08-18 2023-12-12 湖南大学 一种基于电缆段运动状态的水下机器人定位方法
CN113945891B (zh) * 2021-10-08 2024-08-13 厦门大学 一种水下智能装备定位系统及方法
CN115468565B (zh) * 2022-09-14 2025-05-09 中国船舶重工集团公司第七0七研究所 一种航道路径确定方法、装置、设备及存储介质
CN116819444B (zh) * 2023-07-17 2024-04-05 中国海洋大学 一种基于迭代深度微调的精密水声定位方法
EP4596387A1 (en) * 2024-02-05 2025-08-06 Swiss Ocean Tech AG Method and system for monitoring a position of an object launched from a vessel
WO2025052276A1 (en) * 2023-09-04 2025-03-13 Swiss Ocean Tech Ag Method and system for monitoring a position of an object launched from a vessel
WO2025069597A1 (ja) * 2023-09-27 2025-04-03 ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 水中音響測位システム、送信装置及び受信装置
CN117346792B (zh) * 2023-12-04 2024-03-15 深圳大学 一种海洋工程环境水下机器人定位方法
WO2025183587A1 (ru) * 2024-02-26 2025-09-04 Общество с ограниченной ответственностью "Лаборатория подводной связи и навигации" Способ определения местоположения подводных объектов, излучающих звуки
CN120785710A (zh) * 2025-08-04 2025-10-14 自然资源部第二海洋研究所 基于fdma信号调制的水声通信定位一体信号设计与处理方法、介质和装置

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5331602A (en) * 1993-04-26 1994-07-19 Hughes Aircraft Company Acoustic navigation and diving information system and method
RU2303275C2 (ru) * 2004-08-12 2007-07-20 Северное государственное федеральное унитарное научно-производственное предприятие по морским геологоразведочным работам "СЕВМОРГЕО" Система определения координат подводных объектов
RU2437114C1 (ru) * 2010-03-29 2011-12-20 Государственное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования "Омский Государственный Технический Университет" Система определения координат подводных объектов
RO129075B1 (ro) * 2013-05-31 2015-05-29 Iulius Liviu Rusu Geamandură hidrografică cu protecţie la furtună
RU2561012C1 (ru) * 2014-04-23 2015-08-20 Открытое акционерное общество "Российский институт радионавигации и времени" Система определения и контроля местоположения подводного объекта

Family Cites Families (20)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4070671A (en) * 1975-09-18 1978-01-24 Rockwell International Corporation Navigation reference system
US5113341A (en) 1989-02-24 1992-05-12 International Business Machines Corporation Technique for creating and expanding element marks in a structured document
US5119341A (en) * 1991-07-17 1992-06-02 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Air Force Method for extending GPS to underwater applications
FR2699713B1 (fr) * 1992-12-17 1995-03-24 Hubert Thomas Procédé et dispositif de contrôle à distance d'un engin sous marin inhabité.
US7280842B2 (en) * 2001-12-17 2007-10-09 Marvell International Ltd. Wireless communication device and method for communicating in site selection diversity mode
US6657585B1 (en) * 2002-05-21 2003-12-02 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy System for generating GPS position of underwater vehicle
ITBO20040740A1 (it) * 2004-11-29 2005-02-28 Garofalo Pietro Unita' trasportabile per il rilievo della posizione rispetto ad un riferimento, particolarmente per ambienti sostanzialmente schermati
US7969822B2 (en) * 2005-07-15 2011-06-28 Estate Of Albert R. Basilico System and method for extending GPS to divers and underwater vehicles
US7272074B2 (en) * 2005-07-15 2007-09-18 Basilico Albert R System and method for extending GPS to divers and underwater vehicles
US7512036B2 (en) * 2005-08-16 2009-03-31 Ocean Server Technology, Inc. Underwater acoustic positioning system and method
US7760587B2 (en) * 2007-01-04 2010-07-20 Ocean Acoustical Services and Instrumentation Systems (OASIS), Inc. Methods of and systems for monitoring the acoustic transmission conditions in underwater areas using unmanned, mobile underwater vehicles
JP5076653B2 (ja) * 2007-06-07 2012-11-21 日本電気株式会社 通信システム、通信方法および基地局装置
GB2493912B (en) * 2011-08-18 2018-12-26 Atlas Elektronik Uk Ltd Communication buoy and method of deployment
GB201203669D0 (en) 2012-03-02 2012-04-18 Go Science Ltd Determining position of underwater node
GB201203671D0 (en) * 2012-03-02 2012-04-18 Go Science Ltd Communication with an underwater vehicle
FI124658B (en) * 2013-10-18 2014-11-28 Uwis Oy Underwater tracking system
US10656267B2 (en) * 2015-09-08 2020-05-19 Oceanserver Technology, Inc. Underwater acoustic tracking and two way messaging system
US10379218B1 (en) * 2016-04-19 2019-08-13 Scientific Innovations, Inc. Self-locating system and methods for multistatic active coherent sonar
WO2018231273A1 (en) * 2017-06-12 2018-12-20 Seatrepid International, Llc Multiple autonomous underwater vehicle system
US10597128B2 (en) * 2017-12-18 2020-03-24 United States Of America As Represented By The Secretary Of Te Navy Diver navigation, information and safety buoy

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5331602A (en) * 1993-04-26 1994-07-19 Hughes Aircraft Company Acoustic navigation and diving information system and method
RU2303275C2 (ru) * 2004-08-12 2007-07-20 Северное государственное федеральное унитарное научно-производственное предприятие по морским геологоразведочным работам "СЕВМОРГЕО" Система определения координат подводных объектов
RU2437114C1 (ru) * 2010-03-29 2011-12-20 Государственное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования "Омский Государственный Технический Университет" Система определения координат подводных объектов
RO129075B1 (ro) * 2013-05-31 2015-05-29 Iulius Liviu Rusu Geamandură hidrografică cu protecţie la furtună
RU2561012C1 (ru) * 2014-04-23 2015-08-20 Открытое акционерное общество "Российский институт радионавигации и времени" Система определения и контроля местоположения подводного объекта

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
See also references of EP3349040A4 *

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108318863A (zh) * 2017-12-28 2018-07-24 浙江大学 基于海底信标的水下无人设备无源定位方法及其系统
CN108445453A (zh) * 2018-03-15 2018-08-24 深圳市朗信浩通科技有限公司 定位方法、装置、系统及计算机存储介质
CN113296057A (zh) * 2021-05-19 2021-08-24 太原融盛科技有限公司 一种潜水器对水下不明物位置的测定方法

Also Published As

Publication number Publication date
US10989815B2 (en) 2021-04-27
EP3349040A4 (en) 2019-05-08
EP3349040C0 (en) 2024-04-10
EP3349040B1 (en) 2024-04-10
US20180252820A1 (en) 2018-09-06
RU2599902C1 (ru) 2016-10-20
EP3349040A1 (en) 2018-07-18

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2599902C1 (ru) Способ навигации подводных объектов и система для его осуществления
RU2691212C1 (ru) Способ позиционирования подводных объектов
US7512036B2 (en) Underwater acoustic positioning system and method
US6532192B1 (en) Subsea positioning system and apparatus
Kebkal et al. AUV acoustic positioning methods
Kussat et al. Absolute positioning of an autonomous underwater vehicle using GPS and acoustic measurements
US9791538B2 (en) Ocean-deployed subsurface sensor location positioning system
CN103823229B (zh) 一种基于dgps浮标的水下定位导航系统和方法
NO334597B1 (no) Fremgangsmåte og system for navigering under vann
RU2437114C1 (ru) Система определения координат подводных объектов
JP6987854B2 (ja) 水中装置を測位する装置及び方法
US10955523B1 (en) Deep ocean long range underwater navigation algorithm (UNA) for determining the geographic position of underwater vehicles
JP2018084445A (ja) 水中音響測位システム
RU2674404C1 (ru) Способ навигации и позиционирования подводных объектов в глубоководном канале на больших дальностях и система для его осуществления
RU2659299C1 (ru) Способ и система навигации подводных объектов
WO2020096495A1 (ru) Способ позиционирования подводных объектов
RU2529207C1 (ru) Система навигации буксируемого подводного аппарата
RU2568071C1 (ru) Гидроакустическая система для позиционирования
RU2624980C1 (ru) Гидроакустическая дальномерная система навигации
Tsuchiya et al. Velocity Estimation of an Underwater Vehicle Using Doppler Shift of Positioning Signals
JP7813487B1 (ja) 水中灯台システム及び水中灯台による位置計測方法
RU2794700C1 (ru) Способ позиционирования подводного объекта на больших дистанциях
Zheng et al. High Precise Ultra-Short Baseline Acoustic Positioning System for Deep Sea
RU2717578C1 (ru) Способ определения географических координат подводного объекта
Abrar et al. Robust Underwater Localization of Buoyancy Driven $\mu $ Floats Using Acoustic Time-of-Flight Measurements

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 16844796

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 2016844796

Country of ref document: EP

Ref document number: 15758418

Country of ref document: US