Навигационное обеспечение подводных аппаратов с применением акустических параметров дна Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

помощь в методической работе, в научных делах, принципиально, но доброжелательно рецензирует кандидатские и докторские диссертации.

Вся моя профессиональная деятельность проходит в отличных взаимоотношениях с Alma Mate и я горжусь тем, чте я являюсь выпускником электротехнического факультета ДВПИ-ДВГТУ

Титов Е. М., Шевкун С. А.

НАВИГАЦИОННОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ПОДВОДНЫХ АППАРАТОВ С ПРИМЕНЕНИЕМ АКУСТИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ДНА

При работе подводного аппарата необходимо знать его местоположение. Для решения данной задачи составляют карты рельефа дна, глубин. Недостатком таких карт является их малая эффективность в районах со слабовыраженным рельефом дна.

Создать карту, свободную от этого недостатка, можно с помощью измерения зависимости акустических параметров морского дна от географических координат участка дна. Для навигации подводного аппарата можно построить не карту рельефа дна, а псевдокарту - набор значений, сопоставленных с некоторыми областями дна океана.

Построение навигационных карт предполагает измерение аномалий физических полей различной природы и «привязке» к географическим координатам. Аномалии полей могут быть измерены различными датчиками: акустическими, магнитными, гравитационными, электрическими. В соответствии с измеренными аномалиями можно построить соответственно карты акустических, магнитных., гравитационных, электрических аномалий [1].

Для построения системы навигации целесообразно использовать структурную схему следующего вида - рис. 1 [1]. Основу системы составляет блок базовой навигационной системы, в качестве которой могут быть использованы инерциальная либо доплеровская навигационная система. Результатом работы базовой навигационной системы являются оценки текущего местоположения подводного аппарата, величин скорости, угла курса и других параметров с некоторыми погрешностями, определяющими область неопределенности параметров.

В заданной области коррекции текущие оценки местоположения используются для получения прогноза о величине измеряемого параметра геофизического поля по цифровой эталонной карте. Действительные показания датчика геофизического поля сравниваются с этим прогнозом, я их разность обрабатывается блоком фильтрации для формирования вектора ошибок базовой навигационной системы. Через контур обратной связи производится компенсация ошибок базовой навигационной системы. Данный процесс фильтр, вычисляющий гарантированную повторяется при движении аппарата по траектории, обеспечивая непрерывную корректировку. В блоке фильтрации используется минимаксный фильтр калмановского типа либо эллипсоидальный оценку параметров движения подводного аппарата [1].

Рис. 1. Структурная схема системы навигации по геофизическим полям: БНС - базовая навигационная система, ЦЭК - цифровая эталонная карта, ДТП — датчик геофизического поля, БФ -

блок фильтрации

Известно, что морское дно состоит из участков с разной плотностью и скоростью распространения акустических волн, следовательно, они будут иметь отличные друг от друга коэффициенты отражения акустических волн. Поэтому, в качестве информации для составления псевдокарты, возможно использовать коэффициент отражения от границы вода-грунт, излучая в

сторону дна акустический сигнал и принимая отраженный от дна сигнал.

Ввиду того, что акустические волны в среде распространяются по сферическому закону, карта коэффициентов отражения будет зависеть от высоты над дном, где она была измерена. Чтобы устранить эту зависимость, следует учитывать закон распространения акустических волн. Карта коэффициентов отражения будет иметь меньшую зависимость внешнего вида карты от сферического расхождения волн в среде, если рассчитывать коэффициенты отражения, используя модель, рассмотренную в [2].

Согласно данной модели, в случае излучения звука антенной, состоящей из точечных источников в присутствии границы раздела вода-грунт давление для первой среды запишется в виде [2]

.1к, К„ —1 к} К-отрп

+ ---- , (1)

ад-Ро-Е

я.

огрп

я

отрп

где Р]( Г ), Ро - давление отраженной и излученной волны соответственно, - расстояние между источником с номером п и точкой наблюдения, К^р „ - расстояние между мнимым источником отраженных волн с номером п и точкой наблюдения, Котр п - функция, зависящая только от угловых координат (имеет смысл коэффициента отражения волн, исходящих от п-ого источника, от границы раздела), к] — волновое число в первой среде.

Для случая нормального падения волны на грунт, если в качестве излучающей антенны используется линейная антенна из N элементов, на основании формулы (1), известного измеренного значения давления принятой (отраженной от грунта) волны и расстояния до дна, можно рассчитать значение коэффициента отражения:

К

пр

<лр

N-1

(2)

0).

п=1

где Рлр - принимаемое давление, Г - частота, на которой проводятся измерения, р^ — плотность первой среды, Н - расстояние между антенной и грунтом, N - число элементов антенной решетки, п -номер элемента излучающей антенной решетки, с! - расстояние между элементами антенной решетки Таким образом, коэффициент отражения для сферических волн, рассчитанный по формуле (2), исходя из измеренного значения акустического давления волны, отраженной от дна, и глубины, не зависит от высоты над дном и характеризует акустические свойства участка дна, где он был измерен На рис 2 приведен график коэффициента отражения акустических волн от дна, рассчитанного по формуле (2), на основании измерения глубины и давления отраженного от дна сигнала, по ходу движения катера в бухте Патрокл.

0 26 0 24

§ 0 22 I

^ 02 <п

о

И

¡г

Ч

50

100 150 200

Расстояние от начала галса, м

250

300

350

Рис. 2. График коэффициента отражения вдоль галса. Длина галса - 362 м

Сопоставляя коэффициенты отражения и координаты места, где они были измерены, можно составить цифровую карту дна, используемую для навигационного обеспечения подводных аппаратов.

ЛИТЕРАТУРА

1. Короченцев В.И., Розенбаум А.Н. Анализ и синтез систем связи, управления движением подводных объектов по аномалиям физических полей. — Владивосток: Дальнаука. 2007. - 188 с.

2, Короченцев В.И. Волновые задачи теории направленных и фокусирующих антенн. — Владивосток: "Дальнаука" ДВО РАН, 1998, - 192 с.

Гуменюк В.М.

ОЦЕНКА ЭКСПЛУАТАЦИОННОЙ НАДЁЖНОСТИ ТЕХНИЧЕСКИХ ОБЪЕКТОВ

Решение задачи повышения эффективности использования технических средств в наибольшей степени связано с необходимостью постоянного совершенствования организации их обслуживания и ремонта, обеспечивающей высокий уровень надёжности в процессе эксплуатации при оптимальном объёме экономических затрат.

В настоящее время в основу такой организации положен метод ресурса по фактическому техническому состоянию, что предполагает наличие постоянного и достоверного контроля состояния каждого изделия с целью оценки уровня их надёжности. При этом контроль заключается в непрерывном или периодическом измерении так называемых диагностических параметров и сравнении их с предельно допустимыми значениями, установленными технической документацией. В качестве диагностических параметров обычно используются выходные прямые и косвенные сигналы объекта в целом или его отдельных функциональных элементов.

Такой принцип контроля фактически обеспечивает оценку качества функционирования объекта, а не уровня его надёжности и даже работоспособности. Практика показывает, что зачастую при выходе из зоны допусков одного или даже нескольких диагностических параметров объект способен некоторое время выполнять все заданные функции, т.е. остаётся работоспособным. При этом некоторые его свойства, не характеризующие непосредственно способность выполнять заданные функции, могут изменяться настолько существенно, что дальнейшее использование объекта может оказаться недопустимым. К числу таких свойств, зачастую неконтролируемых особенно при эксплуатации электротехнических изделий, следует отнести механическую и диэлектрическую прочность, термо-и виброустойчивость, защищённость от внешних воздействий и др.

Необходимость повышения достоверности оценки надёжности технических объектов, возможно, потребует корректировки нормативно-технической базы по направлениям ''Надёжность в технике'" и "Техническая диагностика".

Предлагается для сложных объектов ответственного назначения устанавливать допусковый контроль по веем прочностным свойствам. По функциональным свойствам диагностические параметры и пределы их допустимых изменений целесообразно окончательно устанавливать по результатам исследования опытных образцов или их физических моделей. При этом для каждого функционального элемента и для объекта в целом должны быть определены основные показатели эксплуатационного ("потребительского") качества, установлены характеризующие их диагностические параметры и их связи с возможными изменениями свойств первичных элементов. С целью поддержания надлежащего качества функционирования в процессе эксплуатации должна быть предусмотрена возможность подрегулировки объекта, компенсирующей изменения свойств его элементов.

Фактом отказа при таких условиях следует считать либо выход за допустимые пределы хотя бы одного параметра из числа характеризующих прочностные свойства, либо невозможность восстановления показателей качества функционирования путем подрегулировки. Предлагаемые принципы оценки технического состояния могут существенно снизить вероятность внезапных отказов с аварийными последствиями и сократить расходы по проведению восстановительных операций.

Железняков Е.И., Ковылин A.A.