авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:     | 1 || 3 | 4 |   ...   | 5 |

Технология исследования дна акваторий и подводных объектов гидролокационными методами

-- [ Страница 2 ] --

Практическая значимость работы состоит в разработке комплекса научно обоснованных конструкторских и методических решений по организации процесса исследования дна и подводных природных и техногенных объектов в разнообразных акваториях в океане, на шельфе и во внутренних водоемах гидролокационными методами. Практическое значение работы подтверждается: а) уникальными достижениями в области создания образцов глубоководной буксируемой техники в интересах ВМФ; б) новыми данными о местоположении и состоянии подводных потенциально опасных объектов в Карском, Балтийском и Черном морях, а также на озере Байкал, полученными в ходе их обследования гидролокационными методами при выполнении 11 контрактов МЧС России; в) новыми данными о морфологии руслового рельефа рек Волга и Кубань, а также геоэкологии эстуариев Белого моря, полученными при выполнении 12 проектов РФФИ с использованием разработанной технологии исследования дна акваторий; г) новыми данными о тектоническом строении таких геологических объектов, как хребет Рейкьянис и поднятие Горриндж в Северной Атлантике, хребет Барони в Средиземном море, подводная гора Афанасия Никитина в Индийском океане и целым рядом других уникальных результатов фундаментальных исследований дна океана, полученных с использованием технологии глубоководной гидролокационной съемки, разработанной автором.

Область применения результатов.

Область применения результатов включает:

  1. Проектирование и создание гидролокационных систем широкого спектра применения.
  2. Методическое и техническое обеспечение разноплановых работ исследованию дна акваторий, а также подводных объектов, в том числе потенциально опасных, подводных сооружений и трубопроводов океане, на шельфе и во внутренних водоемах.

Структура и объем диссертационной работы.

Объем диссертационной работы 249 стр.

Текст включает 184 рисунков и 14 таблиц.

Диссертационная работа состоит из введения, списка сокращений, 5 глав, заключения, списка цитируемой литературы из 206 наименований.

Основное содержание работы.

Во введении обосновывается актуальность диссертационной работы, формулируется цель исследования и задачи, которые решаются для достижения цели работы.

В первой главе исследуется структура и состав технологии изучения дна акваторий и подводных объектов с помощью гидролокационных средств, проведен сравнительный анализ существующих основных и вспомогательных технических средств и разработаны основные требования к построению технологии, включающие разработку методологии формирования аппаратурных комплексов и их использования.

Технология обследования дна с помощью гидроакустических средств состоит из двух частей: материальной и методической.

Материальная часть включает силы (обученный персонал) и средства, состоящие в свою очередь из аппаратуры и программного обеспечения. Аппаратура делится в свою очередь на исследовательскую и вспомогательную. Исследовательская аппаратура представляет собой гидролокационные приборы с помощью которых собирается исследовательская информация. К ней можно отнести также программно-аппаратные комплексы сбора, отображения и обработки получаемой информации в реальном времени и камеральном режиме. Вспомогательная аппаратура и оборудование обеспечивает работу аппаратурных комплексов в целом. Это прежде всего навигационные приборы, а также плавсредства, подводные носители, системы электропитания, линии связи, спускоподъемное и палубное оборудование.

Методическая часть технологии представляет собой научно-обоснованный способ и последовательность формирования и применения элементов материальной части. Она включает сбор предварительный сведений об исследуемых объектах, месте и условиях работ. На основе этих сведений и поставленных задач исследования выбираются гидролокационные и навигационные приборы, определяются параметры процесса съемки, а также сбора и обработки информации. В заключение подготавливаются результирующие материалы съемки: текстовый отчет, схемы, карты, гидролокационные изображения отдельных объектов, мозаики и т.п.

В главе проведен сравнительный анализ гидролокационных средств, которые используются для исследования дна акваторий и подводных объектов, в океане, на шельфе и во внутренних водоемах. В связи с возможностью решать эти задачи анализируются свойства и принцип действия основных технических средств: гидролокаторов бокового обзора (ГБО), в том числе батиметрических, акустических профилографов (АП), эхолотов (ЭХ), а также программно-аппаратных средств сбора, отображения и обработки получаемой информации. В связи с разнообразными способами использования, а также неизбежной интеграцией отдельных приборов в аппаратурные комплексы в главе рассматриваются и анализируются технические решения систем общего назначения, таких как подводные носители приборов и антенн, судовое спускоподъемное и буксировочное оборудование, кабели и буксирные линии связи, системы электропитания и вспомогательное электронное оборудование. Анализируется значение информационно-временной структуры технологий, которая определяется последовательностью действий и принятия решений по способу сбора гидролокационной информации.

Выводы по главе 1.

Основными составляющими частями технологии исследования дна акваторий и подводных объектов гидролокационными методами являются: гидроакустические средства; средства навигационной привязки данных; вспомогательное оборудование, в том числе плавсредства, а также методика формирования аппаратурно-программных комплексов сбора и обработки информации и методика их использования для проведения исследований.

Технология исследования дна акваторий и подводных объектов гидролокационным методами должна удовлетворять следующим требованиям:

- позволять решать широкий спектр задач, таких как геоморфологическое картирование, картирование глубин и мощности осадочного покрова, поиск и картирование мест расположения подводных объектов, их фрагментов и деталей, регистрация выделений газов и флюидов определение целостности, габаритов, ориентации и формы объектов, а также заглубления в грунте;

- позволять исследовать разнообразные подводные объекты природного и техногенного происхождения, такие как формы рельефа дна и их совокупности, береговые линии, осадочный покров дна, навигационные опасности, рифы, подводные части инженерных сооружений, подводные коммуникации, затопленные суда и подводные потенциально опасные объекты;

- позволять вести исследования дна и подводных объектов в условиях акваторий океана, шельфа, и во внутренних водоемах;

- содержать научно обоснованную методику формирования исследовательских аппаратурно-программных комплексов сбора и обработки информации о дне акваторий и подводных объектах, а также комплексов вспомогательного оборудования;

- содержать научно обоснованную методику использования аппаратурно-программных комплексов и определения параметров процесса исследований подводных объектов и дна акваторий гидролокационными методами;

- технология должна быть апробирована в процессе формирования образцов аппаратурно-программных комплексов и проведения с их использованием экспериментальных и плановых исследований дна и подводных объектов.

Основными средствами исследования дна акваторий и подводных объектов являются ГБО, АП и ЭХ. Для поиска и картирования подводных объектов применение АП и ЭХ менее эффективно, но играет важную роль при интерпретации данных, полученных с помощью ГБО.

Сравнительный анализ технических средств позволяет сделать вывод, что основной прогресс в части совершенствования аппаратуры связан с разработкой качественных гидроакустических антенн, в том числе многочастотных и параметрических, с применением тонких одножильных, в том числе оптических буксирных кабелей, минимизацией числа аналоговых компонентов и переходом на программируемую цифровую технику сбора и обработки информации. Улучшение основных тактико-технических показателей аппаратуры связано с применением сложных сигналов зондирования и их корреляционной обработкой, использованием параметрических эффектов и интерферометрической техники. Снижение стоимости аппаратуры связано в основном с использованием вычислительной техники и программного обеспечения массового производства. Повышение эффективности навигационного обеспечения связано с повсеместным использованием дифференциальных приемников КНС и применением гидроакустических систем с ультракороткой базой. Важен учет принципов модульности и компактности, что необходимо для оперативной сборки нужных конфигураций аппаратуры, в том числе для условий малых плавсредств.

Применение эффективной методики проведения работ и гибкой системы обработки получаемой информации для получения хороших результатов подчас дешевле совершенствования конструкции и электронных схем.

Во второй главе проведен сравнительный анализ технических средств навигационной привязки плавсредств и объектов на акваториях, и разработана научно обоснованная методика координатно-временной привязки данных, получаемых с помощью гидролокационных средств при исследовании дна акваторий и подводных объектов.

Каждая точка маршрута плавсредства, на котором лоцировались объекты, производилось измерение глубины или мощности осадочных отложений, должна быть привязана к географической или местной системе координат. Для определения местоположения обеспечивающих плавсредств в настоящее время, за редким исключением, используются космические радионавигационные системы (КНС). Точность определения места с помощью КНС составляет 12м в прямом режиме, 2-5 м - в дифференциальном режиме при использовании стационарных станций поправок и <1м при использовании космических поправок и локальных станций, привязанных геодезическими методами. Для определения местоположения подводных буксируемых носителей, используются гидроакустические навигационные системы (ГАНС). Точность ГАНС может достигать 0.1% от дальности действия. В случае, когда необходима привязка к географическим координатам, используется комбинация ГАНС и КНС. Применение КНС и ГАНС позволяет автоматизировать и синхронизировать процесс координирования и сбора гидролокационной информации. Для определения местоположения судна могут быть использованы оптические угломерные и дальномерные системы в случаях, при которых использование КНС невозможно, например, на акваториях без открытого неба.

Для определения местоположения подводных буксируемых носителей относительно судна-буксировщика в ряде случаев применяются системы, использующие теоретические модели конфигурации буксирной линии. В главе предложена упрощенная модель для расчета местоположения подводного буксируемого носителя (ПА). Основным теоретическим предположением расчета является то, что ПА и судно перемещаются по параллельным траекториям, что справедливо для случая равномерного устойчивого движения «системы ПА+судно» на прямолинейных галсах. Для расчета используются данные, получаемые в основном с помощью штатных устройств плавсредства и ПА. С помощью судовых устройств (компас, гирокомпас и GPS) определяется курсовой угол (ориентация) судна – Фкк. По серии обсерваций определяется направление пути - Фпк. С помощью глубомера ПА определяется - Н - глубина его погружения. При буксировках ПА вблизи дна можно считать Н равной глубине места.

К измеряемым параметрам состояния буксирной линии относятся ее длина L и угол схода с буксирного рола в горизонтальной плоскости Фкб. Длина L определяется по показанию датчика вытравленного троса буксирной лебедки. Измерение Фкб представляет собой наибольшую сложность. При отсутствии специальных датчиков, величина Фкб может оцениваться визуально с использованием угломерных устройств типа астролябии или теодолита. Важно, что измерение перечисленных параметров при установившемся движении системы «ПА+судно» требуется производить не более 2-3 раз на одном галсе, что в свою очередь не требует обязательной автоматизации измерений.

Местоположение ПА (Хпа;Упа) определяется на основе данных о местоположении судна буксировщика (Хс;Ус), и составит

Хпа = Хс - S sin(Фкк-Фкб) (1)

Упа = Ус - S cos(Фкк-Фкб) (2)

, где , а (Фкк - Фкб) - угол между направлением на север и проекцией буксирной линии в горизонтальной плоскости (S).

Предложенный способ и полученные соотношения легко используются в среде навигационных программных продуктов реального времени и постобработки гидролокационной информации. Отдельные экспериментальные измерения местоположения буксируемого аппарата «Звук-Комплекс» разными системами позволяют утверждать, что ошибка координирования с помощью рассмотренной схемы не хуже 3-4% от дальности.

При расчете координат подводных объектов, зарегистрированных с помощью гидролокатора бокового обзора (ГБО), используются известные координаты положения носителя антенн (x;y) и его ориентация в пространстве в горизонтальной плоскости – угол 1 между осью антенны и осью Y - направлением на север (0°). Координаты объекта(x0;y0), в момент регистрации его с помощью ГБО вычисляются из соотношения:

(3)

(4)

где r – дальность до объекта, регистрируемого ГБО в горизонтальной плоскости.

При разработке технологии исследования подводных объектов актуальным является исследование связи параметров процесса гидролокационного исследования и величины погрешности определения координат объектов или его элементов. Погрешность определения координат объекта (x0;y0) связана с погрешностью определения величин (x;y), r и 1. Горизонтальная дальность r определяется из наклонной дальности до объекта L.

Если для обследования поверхности дна используется так называемый батиметрический ГБО, позволяющий определять угол прихода эхо-сигнала () на основе измерений его фазы последнего, то ошибка в определении по наклонной дальности до объекта L составляет 1-2%.

При использовании обыкновенных ГБО горизонтальная дальность r до объекта рассчитывается из соотношения:

(5)

, где Н – расстояние антенны до дна по вертикали, а уклон дна. Среднее значение уклона дна материковой отмели составляет 1°, континентального склона - 3°-7° и редко достигает 20°-30°. При поперечных направлению перемещения антенны ГБО углах наклона поверхности дна, значения которых превышает 15-20°, изображения дна, получаемые с помощью ГБО, качественно ухудшаются. Как правило, съемку дна ведут по направлениям с меньшими поперечными углами. Таким образом угол не превышает 20°. Тогда соотношение (5) преобразуется к виду:

(6)

Оценим относительную погрешность определения дальности при разных типичных соотношениях L и H для =20°. Наилучшее качество гидролокационных изображений соответствует соотношению L=(510)H; часто на мелководье приходится работать при L=(1530)H; соотношений L=(23)H стараются не допускать и исключают путем заглубления носителя ГБО. На рис.1 приведены графики значения (L/H) для разных значений . Как видно из графиков в основной рабочей области относительная погрешность определения дальности не превышает 5%.

Вторая составляющая погрешности в определении r связана с тем, что фиксация цели в горизонтальной плоскости происходит в пределах угла раскрыва основного лепестка характеристики направленности антенны ГБО. Для подавляющего числа моделей ГБО этот угол составляет 1°, а максимальная погрешность соответственно – 1.7% от дальности до объекта.

Теперь рассмотрим точность определения координат объекта, обуславливаемую погрешностью 1 определения угла ориентации (1) антенны ГБО в горизонтальной плоскости. В соответствии с выражениями (3) и (4) координаты объекта примут вид:

(7)

(8)

Ошибка в определении координат составит . На рис.2 приведены графики значений xy для ряда значений 1 и r.

Приведенные на рис.2 зависимости xy(1,r) показывают, что ошибка в определении угла ориентации антенны ГБО существенно влияет на определение координат объектов. Угол же ориентации антенны ГБО может определяться непосредственно с помощью датчиков курса – магнитных (погрешность до 0.5°) и гироскопических (погрешность до 0.05°), а также вычисляться по координатам точек обсерваций (погрешность <5°). При этом используются космические навигационные системы (GPS, ГЛОНАСС), позволяющие автоматизировать процесс сбора навигационной информации.

Выводы по главе 2.

Космические навигационные системы GPS и ГЛОНАСС являются основным средством определения местоположения надводных плавсредств и реперов, обеспечивающих исследования дна акваторий и подводных объектов гидролокационными методами.

 Графики зависимости относительной погрешности определения дальности до-12 Рис.1. Графики зависимости относительной погрешности определения дальности до объекта с помощью гидролокатора бокового обзора в зависимости от отношения наклонной дальности к расстоянию до дна при различных значениях генерального уклонах дна в районе исследований.
 Величина отклонения координат объекта в зависимости от ошибки определения угла-13 Рис.2. Величина отклонения координат объекта в зависимости от ошибки определения угла ориентации антенны ГБО.
 Графики зависимости максимальной скорости движения носителя антенн ГБО, при-14 Рис.3. Графики зависимости максимальной скорости движения носителя антенн ГБО, при которой обследование поверхности дна происходит без пропусков: для дальней зоны антенны ГБО и - - - - - - для ближней зоны антенны ГБО с волновым размером 50; - область значений V, при которой обследование дна с помощью ГБО с рабочей частотой 100 кГц и волновым размером антенны 50 будет вестись без пропусков начиная с дистанции wо, составляющей 20% от выбранного диапазона дальности


Pages:     | 1 || 3 | 4 |   ...   | 5 |
 





 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.