Разработка методов и средств оценки формы гибкой гидроакустической протяженной буксируемой антенны тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.11.16, кандидат наук Мальцева Светлана Анатольевна

• Мальцева Светлана Анатольевна
• кандидат наук
• 2018

Оглавление диссертации кандидат наук Мальцева Светлана Анатольевна

Оглавление

Стр.

Обозначения и сокращения

Введение

Глава 1. Анализ методов и средств оценки формы антенны

1.1 Обзор и анализ методов и средств оценки формы антенны

1.2 Характеристика направленности как основной параметр ГПБА, обоснование необходимости введения в состав ГПБА системы ориентации

1.3 Выводы по главе 1 39 Глава 2. Концепция построения системы ориентации ГПБА

2.1 Разработка концепции построения системы ориентации ГПБА

2.2 Разработка метода оценки формы антенны, исследование влияния 56 деформаций антенны на характеристику направленности

2.3 Вывод по главе 2 71 Глава 3 Исследование влияния погрешностей СО на оценку формы ГПБА

3.1 Исследование влияния погрешностей СО на оценку формы антенны

3.2 Разработка требований к точности и количеству СО в составе ГПБА

3.3 Разработка рекомендаций к режимам буксировки ГПБА

3.4 Выводы по главе 3 93 Глава 4. Экспериментальные исследования

4.1 Описание проведенного эксперимента

4.2 Анализ результатов экспериментальных исследований и 126 сопоставление результатов моделирования с экспериментальными данными

4.3 Выводы по главе 4 132 Выводы 134 Заключение 135 Список литературы

Обозначения и сокращения

АНПА - автономный необитаемый подводный аппарат

АЦП - аналого-цифровое преобразование

БВ - блок вычислителя

БИНС - бесплатформенная инерциальная навигационная система

БПД - блок первичных датчиков

БСС - блок съема сигналов

БУ - буксируемое устройство

БЧС - буксируемая часть станции

ВОЛС - волоконно-оптическая линия связи

ГАС - гидроакустическая станция

ГАНС - гидроакустические навигационные системы

ГЛ - гидролокация

ГЛОНАСС - глобальная навигационная спутниковая система

ГПБА - гидроакустические протяженные буксируемые антенны

ДБ - длинная база

ЗГК - заполнитель гелеобразный композиционный

ИНС - инерциальная навигационная система

КБ - короткая база

МО - маяк-ответчик

НЧ - низкочастотные

ПО - программное обеспечение

СКБ - сверхкороткая база

СКП - система контроля положения

СП - система позиционирования

СРНС - спутниковые радионавигационные системы

ШП - шумопеленгование

GPS - Global Positioning System

МКЭ - метод конечных элементов

Введение

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Разработка методов и средств оценки формы гибкой гидроакустической протяженной буксируемой антенны»

Актуальность темы.

В настоящее время широкое применение в областях морской сейсморазведки и гидроакустики нашли системы с протяженными буксируемыми гидроакустическими антеннами.

В морской сейсморазведке такие антенны получили название сейсмокос или стриммеров и их длина достигает несколько тысяч метров.

Длина гидроакустических буксируемых протяженных антенн (ГПБА), используемых в гидроакустических станциях (ГАС) в целях приема отраженных эхо-сигналов гидролокации и шумовых сигналов от целей при шумопеленговании, как правило, не превышает нескольких сотен метров.

Буксируемая гидроакустическая антенна представляет собой сочетание распределенных линейно на одинаковом расстоянии друг от друга (эквидистантно) электроакустических пьезоэлектрических преобразователей. Сочетание большого количества таких преобразователей позволяет сформировать антенну с протяженной апертурой 1. При этом обеспечивается возможность создания в горизонтальной плоскости остронаправленной диаграммы направленности на низких рабочих частотах. Однако указанные антенны при их достоинствах в части обнаружения сигналов от подводных и надводных целей обладают тем недостатком, что их положение при буксировке и маневрировании кораблей-носителей неопределенно, т.е. неизвестны параметры их движения (такие как курс, крен, дифферент, глубина), что ухудшает точность пеленгования (определения направления на цель). Поэтому для современных гидроакустических антенн необходима разработка методов и средств оценки формы антенны во время буксировки в режиме реального времени для улучшения качества алгоритмов пеленгования и обнаружения (повышения точности пеленгования целей).

1 М.Д. Смарышев, Ю.Ю. Добровольский. «Гидроакустические антенны». Справочник. Л.: «Судостроение». 1984г. с. 151.

Целью работы является разработка методов и средств оценки формы антенны во время буксировки в режиме реального времени для улучшения качества алгоритмов пеленгования и обнаружения.

Задачи исследований.

1. Разработка средства оценки формы антенны во время буксировки, включающая анализ существующих решений, концепцию построения системы ориентации (СО), требования к точности и количеству СО в составе ГПБА.

2. Разработка метода оценки формы антенны во время буксировки, включающая анализ существующих решений, используемых для описания различной формы ГПБА алгоритмы, компьютерное моделирование влияния деформации антенны на оценку пеленга, разработку рекомендаций к выбору режимов буксировки для устранения лево-правосторонней неоднозначности определения прихода сигнала и обеспечения заданной точности пеленгования.

3. Экспериментальная апробация предложенного метода и средства оценки формы антенны, подтверждение адекватности предложенного метода.

Методы исследований.

Решение поставленных задач основано на использовании фундаментальных положений теории бесплатформенных инерциальных навигационных систем, теоретической и аналитической механики, векторной и матричной алгебры, компьютерного моделирования, теории статистической обработки информации, а также на основных положениях теории направленности гидроакустических антенн.

На защиту выносятся:

1. Метод оценки формы ГПБА во время буксировки, учитывающий особенности движения корабля-носителя и не требующий установки систем ориентации в каждом приемнике антенны, позволяет повысить точность пеленгования целей.

2. Метод учета малых отклонений формы антенны от линейной позволяет решить проблему устранения лево-правосторонней неоднозначности определения прихода сигнала при пеленговании целей.

3. Выполнение рекомендаций по режимам буксировки, при условии использования предложенного метода и средства оценки формы антенны, позволяет решить задачу неоднозначности прихода сигнала от целей и минимизации ошибок пеленгования.

Научная новизна.

В процессе проведения исследований получены новые научные результаты:

1. Структура СО и ее внедрение в состав ГПБА обладают новизной подтвержденной тремя патентами.

2. Разработан и экспериментально подтвержден метод оценки формы антенны по данным системы ориентации, позволяющий вносить поправки в формирование характеристики направленности, что повышает точность пеленгования целей.

3. По результатам компьютерного моделирования разработаны рекомендации к выбору режимов буксировки для решения задачи неоднозначности прихода сигнала от целей и повышения точности пеленгования.

4. Обосновано необходимое количество СО в составе антенны для обеспечения требуемой точности пеленгования при линейных и нелинейных деформациях ГПБА.

Практическая ценность работы.

Для оценки нелинейных деформаций антенны длиной 100 метров необходимым условием является использование не менее 8 СО с СКО выработки курса не хуже 1.5°, равномерно распределенных по длине антенны.

Применение метода оценки формы ГПБА по данным СО, позволяет обеспечить оценку пеленга не хуже 3° при этом величина отношения текущего значения ХН к максимальному не превышает 1дБ.

Выполнение рекомендаций по режимам буксировки, при условии использования предложенных метода и средства оценки формы антенны, позволяет решить задачу неоднозначности прихода сигнала от целей и обеспечить заданную точность пеленгования.

Подтверждена необходимость введения в состав ГПБА СО и необходимость оценки формы антенны во время буксировки в режиме реального времени, поскольку даже на прямом галсе антенна отклоняется от прямолинейной формы, что видно по результатам проведенных экспериментов на Ладожском испытательном полигоне.

Подтверждена адекватность предложенного метода оценки формы антенны.

Реализация и внедрение результатов работы.

Результаты исследований использовались при выполнении работ - НИР «Шот-Океан», ОКР «Барракуда», выполненные в ОАО «Концерн «Океанприбор».

При выполнении НИР по теме: «Разработка и исследование системы ориентации гибкой гидроакустической протяженной буксируемой антенны» в рамках федеральной целевой программы «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009-2013 годы.

Система ориентации внедрена в приемный тракт гидроакустической станции с буксируемой антенной, что подтверждено патентом РФ №58728.

Результаты, полученные в работе, использовались при выполнении гранта Президента Российской Федерации по государственной поддержке ведущих научных школ Российской Федерации НШ-4165.2018.8.

Результаты, полученные в работе, могут быть также использованы в Санкт-Петербургском государственном электротехническом университете в при проведении научно-исследовательских работ и в учебном процессе, в частности в научно-образовательных процессах по направлению «Приборостроение».

Апробация.

Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на следующих конференциях:

- Научно-техническая конференция профессорско-преподавательского состава Санкт-Петербургского государственного электротехнического университета «ЛЭТИ» им. В.И. Ульянова (Ленина), (2011-2014), Санкт-Петербург, Россия.

- Объединенная конференция молодых ученых и специалистов «Прикладные технологии гидроакустики и гидрофизики», (2009, 2011, 2013), Санкт-Петербург, Россия.

- XVI Всероссийская научно-техническая конференция молодых ученых «Навигация и управление движением», (2014), Санкт-Петербург, Россия.

- XVIII Всероссийская научно-техническая конференция молодых ученых "Навигация и управление движением" 2016, Санкт-Петербург, Россия.

Публикации.

Основные теоретические и практические результаты диссертации изложены в 1 5 научных публикациях, в том числе 8 - научные статьи в ведущих рецензируемых изданиях, рекомендованных в действующем перечне ВАК, 7 - в научных сборниках и трудах российских конференций, а также патенты РФ в количестве 3 шт.

Структура и объем диссертации.

Диссертация состоит из введения, четырех глав с выводами, заключения, изложена на 142 страницах машинописного текста, включает 79 рисунков, 6 таблиц и содержит список литературы из 58 наименований.

Глава 1. Анализ существующих методов и средств оценки формы антенны

1.1 Обзор и анализ существующих методов и средств оценки формы антенны

В ходе исследования был проведен аналитический обзор и анализ существующих методов определения пространственной ориентации активных элементов ГПБА. Существует несколько методов определения пространственной ориентации активных элементов протяженных антенн с использованием различных навигационных средств:

- метод с использованием гидроакустических навигационных средств (ГАНС);

- метод с использованием спутниковых радионавигационных систем (СРНС);

- метод с использованием инерциальных навигационных систем (ИНС);

- метод с использованием волоконно-оптических систем (ВОС).

Рассмотрим приведенные методы подробнее и возможность их использования для ГПБА различного назначения.

Метод с использованием гидроакустических навигационных средств Существуют гидроакустические навигационные системы (ГАНС) с гидроакустическими маяками для определения координат подводных и надводных объектов относительно установленных на дне гидроакустических

2 3

маяков-ответчиков (МО) , . Гидроакустический МО представляет собой автономное устройство, излучающее сигналы в окружающую водную среду в результате приема запросного сигнала или по заранее заданной программе. Координаты объекта определяются путем измерения расстояний от объекта до МО, а также их угловых координат. Такие ГАНС делят на следующие классы:

1) Дальномерные системы, в которых путем измерения времени распространения сигнала определяются расстояния до двух или более маяков. Эти системы также получили название систем с длинной базой (ДБ). Под базой подразумевается расстояние между маяками, установленными на дне.

2 П.Х. Милн. Гидроакустические системы позиционирования. - Л., Судостроение, 1989.

3 В.И. Бородин. Гидроакустические навигационные средства. - Л., Судостроение, 1983.

2) Разностно-дальномерные системы, в которых определяются разности расстояний от трех или более маяков до объекта. К разностно-дальномерным системам могут быть отнесены и так называемые системы с короткой (КБ) или сверхкороткой базой (СКБ), в которых исходными для определения координат являются измеренные разности расстояний между донным маяком и пространственно разнесенными приемниками, установленными под днищем судна. В системах такого типа используют также информацию о глубине установки маяка, либо о наклонном расстоянии от маяка до одного из приемников, расположенных на судне. В этом случае базовыми называют расстояния между упомянутыми приемниками. Значения базовых расстояний значительно меньше расстояния до маяка, отчего и возник термин «короткая база». Для функционирования таких систем необходимы два маяка и более, относительное положение которых должно быть определено с высокой точностью.

3) Дальномерно-пеленгационные системы, в которых определяют расстояние до маяка и направление на него (как правило, только в горизонтальной плоскости, т.е. измеряют пеленг или курсовой угол маяка). Дальномерно-пеленгационные системы, как и системы с КБ и СКБ, позволяют определить координаты объекта при использовании только одного донного маяка.

4) Пеленгационные системы, в которых определяются пеленги на один маяк и более. Пеленгационные системы обладают сравнительно малой точностью и используются в тех случаях, когда излучение сигнала запроса с объекта нежелательно, а синхронизация работы маяков с достаточной точностью невозможна, или когда уровень акустических помех в точках установки маяков велик.

5) Доплеровские системы, в которых наряду с измерением координат объекта относительно маяков определяют его абсолютную скорость путем измерения доплеровского сдвига частоты принимаемых сигналов донных маяков на движущемся объекте.

Метод с использованием спутниковых радионавигационных систем

(СРНС)

Спутниковые навигационные системы (СНС) ГЛОНАСС и GPS все активнее вторгаются в различные сферы человеческой деятельности. Системы продемонстрировали высокие точностные характеристики определения координат, скорости и времени воздушных, космических, морских и наземных подвижных средств. Они в состоянии обеспечить существенное повышение безопасности движения транспортных средств, наиболее экономичное решение задач картографирования и геодезии, землеустройства, освоения удаленных, слабо изученных территорий и акваторий морей и океанов, обеспечения регулярности функционирования буровых и добывающих платформ на шельфе и в открытом море, горных, строительных и сельскохозяйственных работ, быстрого поиска и спасения терпящих бедствие, точной синхронизации разнесенных в пространстве объектов и др. Сами СНС или, как их еще называют, спутниковые радионавигационные системы (СРНС), не стоят на месте и относятся к одной из наиболее динамично развивающихся областей радиотехники 4.

Основной операцией, выполняемой в СРНС, является определение пространственных координат местоположения потребителей и времени, т.е. пространственно-временных координат. Эту операцию осуществляют в соответствии с концепцией независимой навигации, предусматривающей вычисление искомых навигационных параметров непосредственно в аппаратуре потребителя. В рамках этой концепции в СРНС выбран позиционный способ определения местонахождения потребителей на основе беззапросных (пассивных) дальномерных измерений по сигналам нескольких навигационных спутников земли с известными координатами. Выбор концепции независимой навигации и использования беззапросных измерений обеспечили возможность достижения неограниченной пропускной способности СРНС. Высокая точность определения местоположения потребителей обусловлена многими факторами, включая

4 Ю. А. Соловьев. Системы спутниковой навигации. ЭКО-ТРЕНЗ. Москва, 2000.

взаимное расположение спутников и параметры их навигационных сигналов. Структура космического сегмента обеспечивает для потребителей постоянную видимость требуемого числа спутников. С приемоиндикатора спутниковой навигационной системы поступает навигационная информация после соответствующей обработки радиосигналов глобальных навигационных систем ГЛОНАСС и GPS NAVSTAR.

Метод с использованием средств инерциальной навигации

Инерциальная навигационная система (ИНС) обеспечивает непрерывную выработку информации о курсе, координатах, скорости движения (для ИНС построенных на основе гироскопов) и параметрах угловой ориентации платформы, на которой установлена ИНС. Следует отметить такие особенности ИНС как автономность и отсутствие демаскирующих признаков работы, определяющее широкое использование ИНС на кораблях ВМФ.

Теория ИНС основывается на решении двух классических задач теоретической механики: интегрировании динамических уравнений Ньютона в подвижных осях и решении кинематических уравнений Пуассона, определяющих изменение взаимной ориентации подвижной и инерциальной систем. На этой основе получены уравнения идеальной (невозмущенной) работы ИНС, позволившие сформулировать основные принципы инерциальной навигации. В последнее десятилетие наиболее распространенным типом ИНС стали бесплатформенные инерциальные навигационные системы (БИНС). Они широко применяются в аэрокосмической технике и начали применяться в морских и наземных системах.

Также достоинствами ИНС являются малые габариты и масса, большая надежность, малое потребление энергии, невысокая стоимость, простота ремонта. Более подробно можно ознакомиться с ИНС в работах 5,6.

5 Анучин О.Н., Емельянцев Г.И. Интегрированные системы ориентации и навигации для морских подвижных объектов.- СПб.: изд. ЦНИИ «Электроприбор», 2003г.-389 с.

6 Гироскопические приборы и системы. п/ред. Д.С. Пельпора. Москва. Высшая школа, 1988.

Определение ориентации ГПБА в задаче подводной навигации заключается в определении информации об углах положения оси антенны относительно плоскости горизонта - дифферент и крен, а также относительно плоскости меридиана - курс.

Если рассматривать задачу определения ориентации антенны с теоретических позиций, то для ее решения необходимо измерение или моделирование некоторых векторных величин, которые могут иметь самую различную физическую природу. Учитывая объект ориентации в настоящее время возможно использование комбинаций из двух векторов: вектора силы тяжести, вектора напряженности магнитного поля Земли.

Метод, основанный на использовании волоконно-оптических

датчиков

Последние два десятилетия отмечены быстрым развитием такой области техники как волоконно-оптические датчики, которая стимулировалась интенсивным развитием телекоммуникационных систем на базе волоконно-оптических технологий.

В настоящее время наибольший интерес для разработчиков приобретают волоконно-оптические системы, в которых волоконные световоды используются одновременно и как линии передачи данных, и как чувствительные элементы.

Ожидается, что стоимость их изготовления по мере усовершенствования техпроцессов, будет меньше, чем у датчиков на традиционных принципах, а их параметры, как по чувствительности, так и по надежности, будут выше. Поэтому предполагается, что волоконно-оптические датчики и системы на их основе найдут широкое применение в гражданской промышленности, в том числе, в моргеологоразведке в части сейсмоакустических ГПБА , предназначенных для разведки полезных ископаемых на шельфе, а также контроля параметров

о

(температура, давление) нефтяных и газовых скважин .

7 Pat. US4525818 Stable fiber-optic hydrophone

8 Alan D. Kersey, Optical Fiber Sensors for Downwell Monitoring Applications in the Oil & Gas Industry, OFS 13, p.p.326-331.

Как правило, системы ориентации волоконно-оптических ГПБА строятся на основе волоконно-оптических датчиков деформации на основе волоконно-оптических решеток Брэгга (ВБР). В зависимости от конструкции они могут исполнять функции, как датчиков давления, так и датчиков изгиба, являющихся основой систем ориентации волоконнооптических ГПБА.

Решетка Брэгга, являясь аналогом тензорезистора, представляет собой некую периодическую структуру с переменным показателем преломления (Дп), как показано на рисунке 1.1, записанную в световедущей жиле волоконного световода.

При прохождении светового луча через волокно, часть его излучения на определенной длине волны отражается от решетки. Этот пик отраженного излучения регистрируется измерительной аппаратурой. В результате деформации изменяется интервал между узлами решетки Брэгга (Л), а также коэффициент преломления волокна (п). Соответственно, изменяется длина волны излучения, отраженного от решетки. По изменению длины волны можно определить величину деформации.

Рисунок 1. 1 Условное обозначение решетки Брэгга, записанное на

волоконном световоде. Также в ходе работы были проведены патентные исследования существующих методов и средств оценки формы антенны.

Основной целью патентных исследований на данном этапе является определение технического уровня и тенденций развития объекта техники -

системы ориентации гидроакустических протяженных буксируемых антенн, а также обзор существующих систем и методов, предназначенных для определения пространственной ориентации ГПБА.

При проведении патентного исследования были рассмотрены следующие работы, близкие по теме.

Устройство для контроля положения подводного кабеля (Devices for controlling the position of an underwater cable) US 6525992 B1 от 25.02.2003г.

Устройство для контроля положения подводного кабеля (рисунок 1.2) состоит из корпуса, первого и второго привода и пары крыльев. Корпус стационарно монтируется к подводному кабелю, а первый и второй привод располагаются внутри корпуса. Каждое крыло имеет ось вращения и связаны с первым и вторым приводами для контроля глубины и горизонтального положения подводного кабеля в воде.

Рисунок 1.2. Устройство для контроля положения подводного кабеля

Метод и устройство для контроля навигации буксируемой линейной акустической антенны (Method for controlling the navigation of a towed linear acoustic antenna, and devices therefor) US 6144342A от 7.11.2000г.

Устройство (рисунок 1.3), оснащенное регулируемыми крыльями, фиксируется на антенну. При помощи крыльев устройство можно разворачивать вдоль продольной оси антенны и ориентировать в некотором заданном положении. Питание и контроль сигналов, передающиеся между антенной и устройством, происходит через вращающийся переход. Устройство герметично фиксируется к антенне. Устройство может автоматически отделяться при

поднятии антенны, так, что антенна свободно наматываться на барабан. Этот метод позволяет полностью контролировать деформации, погружение и курс антенны.

Рисунок 1.3. Устройство навигации буксируемой линейной акустической антенны

Устройство контроля положения для буксируемой антенны (Position controller for a towed array) US 7793606 B2 от 14.09.2010г.

Устройство контроля положения (рисунок 1.4) способно контролировать глубину или поперечное положение буксируемой антенны. Устройство контроля положения состоит из цилиндрического корпуса, на котором присутствует пара крыльев, которые могут изменять свое угловое положение от полностью открытого до сложенного положения. В полностью или частично открытой позиции, пара крыльев создает положительный угол атаки относительно оси корпуса. В сложенной позиции, крылья полностью втянуты в ложе на корпусе для свободного прохождения внутрь и наружу подводной ложки на системе управления постановкой-выборкой.

Рисунок 1.4. Устройство контроля положения для буксируемой антенны Система для контроля морской сейсмической антенны (System for controlling a marine seismic array) US 6681710 B2 от 27.01.2004г.

Система для контроля морской сейсмической антенны (рисунок 1.5) включает, по крайней мере один отклонитель, привязанный к одной стороне корабля-буксировщика через один кабель. Отклонитель располагается на дистанции перпендикулярно направлению движения корабля, корабль оснащен навигационной системой для измерения положения корабля. Навигационная система корабля вычисляет отклонение движения корабля от заданного (в базисе корабля). Кабель с отклонителем связан с кораблем через управляющее устройство, например лебедку, таким образом, длина кабеля от корабля до отклонителя варьируется. Управляющий орган, включающий вычисление среднего для регулировки длины кабеля, основывается на отклонениях в положении корабля-буксировщика. Таким образом избегают соответствующих отклонений в движении отклонителя.

Рисунок 1.5. Система для контроля морской сейсмической антенны 1 - корабль-буксировщик; 2 - кабель для отклонителя на лебедке; 3 - отклонитель; 4 -сейсмокосы; 5 - излучатели; 6 - генеральный курс корабля-буксировщика; 7 - реальное

траектория движения корабля-буксировщика Система датчиков, определяющая динамическую позицию и ориентацию антенны в пространстве (Sensor array dynamic position and orientation determination system) US 5640325 от 15.06.1997г.

Система, которая использует инерциальные измерительные модули, для определения положения и ориентации активных элементов буксируемой антенны, необходимой для обнаружения целей. Система использует бортовые главные инерциальные навигационные системы и механизм относительного определения

положения для выработки первичных ошибок положения для каждого инерциального измерительного модуля и антенны в целом. Каждый инерциальный измерительный модуль измеряет информацию об ускорениях и изменении угла, используя бортовой компьютер для формирования вторичной ошибки положения известными методами для каждого инерциального модуля. Ошибка сигнала представляет собой разность между двумя оценками позиции для каждого инерциального модуля, обрабатываемой в течение всего времени фильтром Калмана для уменьшения ошибки в курсе и положении определяемого для каждого инерциального модуля для установления их точного положения и таким образом элементов буксируемой антенны (рисунок 1.6, 1.7).

Рисунок 1.6. Диаграмма потока сигналов для оптимизации определения положения и ориентации для инерциальных датчиков в буксируемой антенне

Рисунок 1.7. Схематическое представление корабля-буксировщика и буксируемой антенны, на котором показано распределение инерциальных измерительных модулей вдоль антенны, каждый модуль имеет вектор направления е

Управляемый отклонитель для буксируемых сейсмических протяженных антенн (Steerable diverter for towed seismic streamer arrays) US 7404370 B2 от 29.07.2008г.

Параван для морских систем сейсморазведки включает как минимум один плавающий отклонитель, который обучают плавать. Отклонитель задает конфигурацию при перенаправлении потоков воды минувших параван относительно движения паравана в воде. Параван также включает управляющее устройство. Управляющее устройство включает управление перенаправлением потока в воде, такое как контроль величины боковых сил генерируемых параваном.

Система и метод для контроля положения буксируемого кабеля в воде (System and method for controlling the position of a instrument cable towed in water) US 2012/0095629 A1 от 19.04.2012.

Система и метод для контроля оборудованного кабеля, буксируемого в воде (рисунок 1.8), такого как сейсмоприемная коса или антенна. К судну пристыкован как минимум один кабель, управляющие устройства (рисунок 1.9), располагающие в определенном порядке кабели (антенны) для контроля по форме и положении относительно других кабелей (антенн) и препятствующие поперечным течениям и другим динамическим силам, действующим на буксируемую кабельно-антенную систему, движущуюся за сейсморазведывательным судном. Крылья управляющего устройства связаны с приемо-передающими средствами и электроникой для расчета дальности, и корабль и один или более хвостовых буев связаны с акустическими приемопередающими средствами и электроникой для расчета дальности и обеспечивает инструментально измерение абсолютного положения и скорости.

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Мальцева Светлана Анатольевна, 2018 год

Цитированная литература:

1. М.Д. Смарышев, Ю.Ю. Добровольский. «Гидроакустические антенны». Справочник. Л.: «Судостроение». 1984г. с. 151.

2. П.Х. Милн. Гидроакустические системы позиционирования. - Л., Судостроение, 1989.

3. В.И. Бородин. Гидроакустические навигационные средства. - Л., Судостроение, 1983.

4. Ю. А. Соловьев. Системы спутниковой навигации. ЭКО-ТРЕНЗ. Москва, 2000.

5. Анучин О.Н., Емельянцев Г.И. Интегрированные системы ориентации и навигации для морских подвижных объектов.- СПб.: изд. ЦНИИ «Электроприбор», 2003г.-389 с.

6. Гироскопические приборы и системы. п/ред. Д.С. Пельпора. Москва. Высшая школа, 1988.

7. Pat. US4525818 Stable fiber-optic hydrophone

8. Alan D. Kersey, Optical Fiber Sensors for Downwell Monitoring Applications in the Oil & Gas Industry, OFS 13, p.p.326-331.

9. Shigang ZHAO, Xue WANG, Libo YUAN. Four-core fiber-based bending sensor

10. Multi core Fiber Curvature Sensor-NRL, Technology Transfer Office, Code 1004

11. Jane's Underwater Warfare Systems, 1999-2000, p.88

12. Андреев М.Я., Гаспаров П.М., Геркус А.А., Клюшкин П.А., Охрименко С.Н., Рубанов И.Л., Семенова С.А., Шифман Ф.Н. Патент на полезную модель №52197. Система контроля положения погружаемого объекта морской техники.

13. Rockah Y., Schultheiss P. Array shape calibration using sources in unknown locations - Part I: Far-field sources. IEEE Transactions on Acoustics, Speech, and Signal Processing, vol. 35(3), pp. 286-299, 1987

14. Rockah Y., Schultheiss P. Array shape calibration using sources in unknown locations - Part II: Near-field sources and estimator implementation. IEEE Transactions on Acoustics, Speech, and Signal Processing, vol. 35(6), pp. 724-735, 1987

15. Ballegooijen E.C., Mierlo G.W.M., Schooneveld C., Zalm P.P.M., Parsons A.T., Field A.T. Measurement of towed array position. IEEE Journal of Oceanic Engineering, vol. 14(4), pp. 375-383, 1989

16. Park H., Oh W., Youn D., Lee C. A subspace based array shape estimation method using a single reference source in nearfield. OCEANS '02 MTS/IEEE, 2002

17. Park H., Lee C., Kang W., Youn D. Generalization of the subspace-based array shape estimations. IEEE Journal of Oceanic Engineering, vol. 29(3), pp. 847-856, 2004

18. Park. A simplified subspace fitting method for estimating shape of a towed array. IEEE Journal of Oceanic Engineering, vol. 33(2), pp. 215-223, 2008

19. Bucker H.P. Beamforming a towed line-array of unknown shape. J. Acoust. Soc. Am. 63(5), pp. 1451-1454, 1978

20. Ferguson B.G. Sharpness applied to the adaptive beamforming of acoustic data from a towed array of unknown shape. J. Acoust. Soc. of Am. 88(6), pp. 2695-2701, 1990

21. Ferguson B.G. Remedying the effects of array shape distortion on the spatial filtering of acoustic data from a line array of hydrophones. IEEE Journal of Oceanic Engineering, vol. 18(4), pp. 565-571, 1993

22. Kaouri. Left-right ambiguity resolution of a towed array sonar. Masters thesis, University of Oxford, 2000

23. Gray D.A. Models for The Application of Kalman Filtering to the Estimation of the Shape of a Towed Array. NATO ASI Series, Underwater Acoustic Data Processing, pp 491-495, 1989

24. Smith J.J., Leung Y.H., Cantoni A. Broadband eugenvector methods for towed array shape estimation with a single source. IEEE International Conference on Acoustics, Speech, and Signal Processing, 1996

25. Smith J.J., Leung Y.H., Cantoni A. The partitioned euigenvector method for towed array shape estimation. International Conference on Acoustics, Speech, and Signal Processing, 1995

26. Wahl D.E. Towed array shape estimation using frequency-wavenumber data. IEEE Journal of Oceanic Engineering, vol. 18(4), pp. 582-590, 1993

27. Dosso S.E. Estimation of towed array curvature. Defence Research Establishment Atlantic, 1999

28. Varadarajan V., Krolik J. Array shape estimation and tracking using active sonar reverberation. IEEE Transactions on Aerospace and Electronic Systems, vol. 40(3), pp. 1073-1086, 2004

29. Rogers J., Krolik J. An online method for time-varying spatial spectrum estimation using a towed acoustic array, IEEE Forty Fourth Asilomar Conference on Signals, Systems and Computers, 2010

30. Odom J., Krolik J. Time-varying array shape estimation by mapping acoustic field directionality. IEEE Oceans, 2012

31. Goldberg J.M. Joint direction of arrival and array shape tracking for multiple moving targets. IEEE Journal of Oceanic Engineering, vol. 23(2), pp. 118-126, 1998

32. Odom J., Krolik J. Heading and hydrophone data fusion for towed array shape estimation. Proc. Mtgs. Acoust. vol. 19, 2013

33. Odom J., Krolik J. Passive towed array shape estimation using heading and acoustic data. IEEE Journal of Oceanic Engineering, vol. 40(2), 465-474, pp. 2015

34. Gilbert D. Seismic streamer position and shape estimation. IEEE OCEANS, 1981

35. Wyeth N.C. Methods of array element localization for a towed underwater acoustic array. IEEE Journal of Oceanic Engineering, vol. 19(1), pp. 128-133, 1994

36. Howard B.E., Syck J.M. Calculation of the shape of a towed underwater acoustic array. IEEE Journal of Oceanic Engineering, vol. 17(2), pp. 193-203, 1992

37. Owsley N.L. Fitting Polynomials to Data in the Presence of Noise. NUSC Tech. Rpt., 1981

38. Park H., Youn D., Lee C., Kang W., Kim K., Dho K. Evaluation of the calibration method using iterative spline interpolation for array shape estimation. Oceans '04 MTS/IEEE Techno-Ocean '04, 2004

39. Gray D.A., Anderson B.D.O., Bitmead R.R. Towed array shape estimation using kalman filters - theoretical models. IEEE Journal of Oceanic Engineering, vol. 18(4), pp. 543-556, 1993

40. Gray D.A., Riley J.L. Towed array shape estimation using Kalman filters -experimental investigations. IEEE Journal of Oceanic Engineering, vol. 18(4), pp. 572581, 1993

41. Feng Lu, Milios E., Stergiopoulos S., Dhanantwari A. New towed-array shape-estimation scheme for real-time sonar systems. IEEE Journal of Oceanic Engineering, vol. 28(3), pp. 552-563, 2003

42. Nikitakos N.V., Leros A.K., Katsikas S.K. Towed array shape estimation using multimodel partitioning filters. IEEE Journal of Oceanic Engineering, vol. 23(4), pp. 380-384, 1998

43. Newhall B.K., Jenkins J.W., Dietz J.E.G. Improved estimation of the shape of towed sonar arrays, Proc. of the 21st IEEE Instrumentation and Measurement Technology Conference, 2004

44. Каплун А.Б., Морозов Е.М., Олферьева М.А. ANSYS в руках инженера: Практическое руководство. -Едиториал УРСС, 2003. с.20

45. Андреев М.Я., Охрименко С.Н., Рубанов И.Л., Шифман Ф.Н. Система позиционирования гибкой протяженной буксируемой антенны. //Научн.-техн. сб. Гидроакустика, 2007, вып.7, с.30-32.

46. Желтаков А.В. Семенова С.А. Система ориентации гибкой протяженной буксируемой антенны (ГПБА) \Подводные исследования и робототехника, 2011, №2(12)

47. Андреев М.Я., Гаспаров П.М., Геркус А.А., Клюшкин П.А., Охрименко С.Н., Рубанов И.Л., Семенова С.А., Шифман Ф.Н. Патент на полезную модель №52197. Система контроля положения погружаемого объекта морской техники.

48. Светлицкий В.А. Механика стержней. М.: Высшая школа, 1987.

49. Поддубный В.И., Шамарин Ю.Е., Черненко Д.А., Астахов Л.С. Динамика подводных буксируемых систем. СПб: Судостроение, 1995.

50. Луком^ий Ю.А., Корчанов В.М. Управление морскими подвижными объектами. СПб: Элмор, 1996.

51. M.P.Paidoussis. Fluid Structuere Interations. Slender structures and axial flow. Volume 2. Academic Press. Elsevier Ltd. 2004.

52. Triantafyllou G.S., Chrryssostomidis C. Stability of a string in axia1 flow. ASME Journal oj Energy Resources Technology 107, 421-425, 1985.

53. Семенова С.А., Мальцев А.М. Оценка формы гибкой протяженной буксируемой антенны при помощи данных, вырабатываемых блоком системы ориентации // «Гидроакустика» №19(1), 2014 . С. 55-67.

54. Feng Lu, Evangelos Milios, Stergios Stergiopoulos, Amar Dhanantwari. New towed-array shape-estimation scheme for real-time sonar systems. IEEE Journal of oceanic engineering, vol.28, No.3, July 2003.

55. Harry. L. Van Trees. Optimum array processing. Part IV of Detection, estimation and modulation theory. Willey interscience. 2002.

56. Gray D.A., Anderson B.D.O., Bitmead R.R. Towed array shape estimation using Kalman filters - theoretical models. IEEE Journal of oceanic engineering, vol.18, pp. 543-556, Oct. 1993.

57. Э.Айфичер, Б.Джервис. Цифровая обработка сигналов. Практический подход. - М., Вильямс, 2008. С. 287.

58. С.Л. Марпл-мл. Цифровой спектральный анализ и его приложение . - М., Мир, 1990. С. 185.

ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЫ Публикации в изданиях, рекомендуемых ВАК России:

1. Семенова С.А., Андреев М.Я., Гаспаров П.М., Геркус А.А., Клюшкин П.А., Рубанов И.Л., Шифман Ф.Н.. Малогабаритная система контроля положения буксируемых объектов морской техники // Датчики и системы. №5, 2006. С. 34-37.

2. Семенова С.А., Горлин А.В., Желтаков А.В., Рубанов И.Л. Некоторые результаты измерений характеристик кабеля грузонесущего КГ-200 // «Гидроакустика» №14 (2), 2011. С. 91-99.

3. Семенова С.А., Желтаков А.В.. Система ориентации гидроакустической гибкой протяженной буксируемой антенны // научно-технический журнал о проблемах освоения мирового океана «Подводные исследования и робототехника» № 2 (12), 2011. С. 56-63.

4. Семенова С.А., Желтаков А.В. Мобильный комплект оборудования для проведения работ с системами контроля положения и блоками систем ориентации различных модификаций ГПБА // «Гидроакустика», №16 (2), 2012. С. 104-109.

5. Семенова С.А., Виноградов А.В., Желтаков А.В., Коровин А.Н., Рубанов И.Л. Некоторые результаты буксировки блока секции ориентации гибкой протяженной буксируемой антенны на Ладожском испытательном полигоне. // «Гидроакустика» №17(1), 2013. С. 99-104.

6. Семенова С.А., Мальцев А.М. Оценка формы гибкой протяженной буксируемой антенны при помощи данных, вырабатываемых блоком системы ориентации // «Гидроакустика» №19(1), 2014 . С. 55-67.

7. Семенова С.А., Борисов А.В., Желтаков А.В., Зархин В.И., Рубанов И.Л. Инструментальное исследование поведения гибкой протяженной буксируемой антенны в условиях мелководья // «Гидроакустика» №21(1), 2015. С. 82-89.

8. Семенова С.А., Желтаков А.В., Кокорин Д.В., Рубанов И.Л. Исследование поведения ГПБА в составе штатной буксируемой части гидроакустической станции для надводных кораблей в акватории Балтийского моря // «Гидроакустика», №24, 2015. С. 84-90.

Другие статьи и материалы конференций:

9. Семенова С.А. Некоторые результаты исследований температурных зависимостей блока системы ориентации протяженных антенн. Материалы конференции. III научно-техническая конференция молодых специалистов НТК МС-2009, ОАО «Концерн «Океанприбор», Санкт-Петербург, 2009г. С. 69-72.

10. Семенова С.А., Желтаков А.В. Некоторые результаты буксировки блока системы ориентации гибкой протяженной буксируемой антенны на Ладожском испытательном полигоне. // Сборник трудов второй молодежной конференции «Прикладные технологии гидроакустики и гидрофизики» МАГ-2011, С. 72-76.

11. Семенова С.А., Желтаков А.В. Результаты испытаний блока системы ориентации (СО) на устойчивость к синусоидальной вибрации. // Сборник трудов второй молодежной конференции «Прикладные технологии гидроакустики и гидрофизики» МАГ-2011, С. 69-72.

12. Семенова С.А., Мальцев А.М. Оценка формы гибкой протяженной буксируемой антенны при помощи данных, вырабатываемых блоком системы ориентации // Сборник докладов третьей объединенной конференции молодых ученых и специалистов «Прикладные технологии гидроакустики и гидрофизики» МАГ-2013. С. 75-83.

13. Семенова С.А., Пашинов А.И. Оценка погрешностей системы ориентации гибкой протяженной буксируемой антенны в условиях

трехкоординатного углозадающего стенда. // Сборник докладов третьей объединенной конференции молодых ученых и специалистов «Прикладные технологии гидроакустики и гидрофизики» МАГ-2013. С. 83-87.

14. Семенова С.А. Некоторые результаты буксировки блока системы ориентации гибкой протяженной буксируемой антенны на Ладожском испытательном полигоне. // Сборник трудов XVI конференции молодых ученых "Навигация и управление движением" 2014., С.152-157.

15. Семенова С.А. Разработка и исследование системы ориентации гибкой протяженной буксируемой антенны //Сборник трудов XVIII конференции молодых ученых "Навигация и управление движением" 2016., С. 600-608.

Патенты РФ:

16. Пат. РФ №52197 / М.Я. Андреев, П.М. Гаспаров, А.А. Геркус, П.А. Клюшкин, С.Н. Охрименко И.Л. Рубанов, С.А. Семенова, Ф.Н. Шифман. Система контроля положения погружаемого объекта морской техники. Приоритет полезной модели 20.09.2005г., зарегестрировано в в Гос. реестре поолезных моделей РФ 10.03.2006г, срок действия патента истекает 20.09.2010г.

17. Пат. РФ №58728 / М.Я. Андреев, В.В. Клюшин, С.Н. Охрименко, В.С. Перелыгин, И.Л. Рубанов, С.А. Семенова, Ф.Н. Шифман. Приемный тракт гидроакустической станции с буксируемой антенной. Приоритет полезной модели 25.04.2006г., зарегестрировано в в Гос. реестре поолезных моделей РФ 27.11.2006г, срок действия патента истекает 25.04.2011г.

18. Пат. РФ №102814 / М.Я. Андреев, А.В. Желтаков, И.Л. Рубанов, С.А. Семенова. Система контроля положения погружаемого объекта морской техники. Приоритет полезной модели 31.08.2010г., зарегестрировано в в Гос. реестре поолезных моделей РФ 10.03.2011г, срок действия патента истекает 31.08.2020г.

Работы Семеновой С.А. - читать Мальцевой С.А. (смена фамилии при вступлении в брак)