система для определения местоположения подводного аппарата

Формула изобретения

Система для определения местоположения подводного аппарата относительно судна, содержащая установленную на днище судна систему передающих акустических антенн, размещенные на судне передающие устройства, генератор частот, опорный генератор, вычислитель координат, дешифратор, датчик вертикальной ориентации судна, гирокомпас и индикатор местоположения, размещенные на подводном аппарате приемную акустическую антенну, приемник, измеритель временных интервалов, фазоизмеритель, опорный генератор и шифратор, причем входы передающих антенн подключены к выходам соответствующих передающих устройств, входы которых подключены к выходам генератора частот, первый вход генератора частот подключен к выходу опорного генератора, второй вход генератора частот подключен к первому выходу вычислителя координат, первый вход вычислителя координат подключен к выходу дешифратора, второй и третий входы вычислителя координат подключены соответственно к выходу датчика вертикальной ориентации судна и выходу гирокомпаса, второй выход вычислителя координат подключен к входу индикатора местоположения, выход приемной акустической антенны подводного аппарата подключен к входу приемника, первый и второй выходы приемника подключены соответственно к первым входам измерителя временных интервалов и фазоизмерителя, первый и второй выходы опорного генератора подключены соответственно к вторым входам измерителя временных интервалов и фазовращателя, выходы измерителя временных интервалов и фазоизмерителя подключены соответственно к первому и второму входам шифратора, отличающаяся тем, что установленная на днище судна система передающих акустических антенн, размещенных на расстояниях, кратных половине длины волны излучаемого сигнала, выполнена в виде единого антенного блока, размещенная на подводном аппарате аппаратура дополнительно содержит последовательно соединенные передатчик телеметрической информации, вход которого подключен к выходу шифратора, и передающую акустическую антенну, а система определения местоположения дополнительно содержит вынесенный относительно судна гидроакустический приемный блок, включающий последовательно соединенные приемную антенну и приемник телеметрической информации, выход которого через кабель-трос подключен к входу дешифратора.

2. Система по п.1, отличающаяся тем, что вычислитель координат выполнен в виде десяти регистров памяти, восьми умножителей, пяти делителей, двух сумматоров, двух вычитателей, двух устройств возведения в квадрат, устройства извлечения квадратного корня, двух устройств вычисления целой части численного значения, а также устройства коррекции крена и дифферента, преобразователя координат и таймера, причем входы первого, второго, третьего, четвертого и пятого регистров памяти являются первым входом вычислителя координат, первый и второй входы устройства коррекции крена и дифферента являются вторым входом вычислителя координат, первый вход преобразователя координат является третьим входом вычислителя координат, первый и второй входы первого умножителя подключены соответственно к выходам первого и шестого регистров памяти, первый и второй входы второго умножителя подключены соответственно к выходам второго и седьмого регистров памяти, первый и второй входы третьего умножителя подключены соответственно к выходам третьего и седьмого регистров памяти, входы первого и второго устройств вычисления целой части численного значения подключены соответственно к выходам второго и третьего умножителей, первый и второй входы первого сумматора подключены соответственно к выходу первого устройства вычисления целой части численного значения и к выходу четвертого регистра памяти, первый и второй входы второго сумматора подключены соответственно к выходу второго устройства вычисления целой части численного значения и выходу пятого регистра памяти, первый и второй входы четвертого умножителя подключены соответственно к выходу первого сумматора и к выходу шестого регистра памяти, первый и второй входы пятого умножителя подключены соответственно к выходу второго сумматора и к выходу шестого регистра памяти, первые входы первого и второго делителей подключены соответственно к выходам четвертого и пятого умножителей, вторые входы первого и второго делителей подключены соответственно к выходам восьмого и девятого регистров памяти, первые входы третьего и четвертого делителей подключены соответственно к выходам первого и второго делителей, вторые входы третьего и четвертого делителей подключены к выходу седьмого регистра памяти, выход третьего делителя подключен к первому входу шестого умножителя и входу первого устройства возведения в квадрат, второй вход шестого умножителя подключен к выходу первого умножителя, выход четвертого делителя подключен к входу второго устройства возведения в квадрат и первому входу восьмого умножителя, выход первого устройства возведения и квадрат подключен к входу первого вычитателя, выход первого вычитателя подключен к первому входу второго вычитателя, выход второго устройства возведения в квадрат подключен к второму входу второго вычитателя, выход второго вычитателя подключен к входу устройства извлечения квадратного корня, выход которого подключен к первому входу седьмого умножителя, второй вход седьмого умножителя подключен к выходу шестого умножителя, выход седьмого умножителя подключен к второму входу восьмого умножителя, первый и второй входы пятого делителя подключены соответственно к выходу восьмого умножителя и выходу третьего делителя, третий, четвертый и пятый входы устройства коррекции крена и дифферента подключены соответственно к выходам седьмого умножителя, пятого делителя и первого умножителя, первый и второй выходы устройства коррекции крена и дифферента подключены соответственно к второму и третьему входам преобразователя координат, вход таймера подключен к выходу десятого регистра памяти, выход таймера является первым выходом вычислителя координат, первый и второй выходы преобразователя координат и выход первого умножителя являются вторым выходом вычислителя координат.

3. Система по пп. 1 и 2, отличающаяся тем, что устройство коррекции крена и дифферента выполнено в виде двух параллельных каналов обработки, каждый из которых включает последовательно соединенные делитель, устройство вычисления обратной тригонометрической функции arctg, сумматор, устройство вычисления тригонометрической функции tg и умножитель, причем вторые входы сумматоров первого и второго каналов являются соответственно первым и вторым входами устройства коррекции, первые входы делителей первого и второго каналов являются соответственно третьим и четвертым входами устройства коррекции, вторые входы делителей и вторые входы умножителей объединены и являются третьим входом устройства коррекции, а выходы умножителей первого и второго каналов являются соответственно первым и вторым выходами устройства коррекции крена и дифферента.

4. Система по пп.1 и 2, отличающаяся тем, что преобразователь координат выполнен в виде устройства вычисления тригонометрической функции sin, устройства вычисления тригонометрической функции cos, четырех умножителей, сумматора и вычитателя, причем входы устройств вычисления тригонометрических функций объединены и являются первым входом преобразователя координат, первые входы первого и третьего умножителей объединены и являются вторым входом преобразователя координат, первые входы второго и четвертого умножителей объединены и являются третьим входом преобразователя координат, вторые входы первого и второго умножителей подключены к выходу устройства вычисления тригонометрической функции sin, вторые входы третьего и четвертого умножителей подключены к выходу устройства вычисления тригонометрической функции cos, первый и второй входы сумматора подключены соответственно к выходам второго и третьего умножителей, первый и второй входы вычитателя подключены соответственно к выходам четвертого и первого умножителей, а выходы сумматора и вычитателя являются соответственно первым и вторым выходами преобразователя координат.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к гидроакустическим навигационным средствам, а именно к гидроакустическим системам навигации (ГСН) подводных аппаратов (ПА) относительно судна обеспечения (СО).

Известны ГСН с длинной базовой линией (ДБЛ), в которых местоположение ПА и СО определяется относительно установленных на морском дне маяков-ответчиков (МО). Такие системы имеют достаточно высокую точность (0,3% от дальности до МО); однако зона их действия ограничена ( примерно до 15 км от МО), расстановка ряда МО требует трудоемкой и дорогостоящей процедуры их калибровки (определения координат), а точность таких систем снижается с увеличением дальности от МО из-за двунаправленной передачи гидроакустического сигнала ( в направлениях СО МО и обратно) и вследствие низкой помехозащищенности приемных антенн СО.

Известны также системы определения местоположения ПА относительно СО, использующие метод короткой базовой линии (КБЛ) или сверхкороткой базовой линии (СКБЛ). Такие ГСН не требуют расстановки МО на дне моря и их калибровки, их зона действия не является ограниченной, поэтому КБЛ и СКБЛ системы повсеместно используются для навигации ПА (как буксируемых, так и автономных) относительно СО. Однако точность КБЛ и СКБЛ систем, обусловленная длиной базовой линии (геометрическим фактором) ниже точности ГСП с ДБЛ, а традиционные ГСН с КБЛ требуют весьма точного геометрического размещения нескольких антенн на днище судна. Кроме того, КБЛ системы обладают недостаточной помехозащищенностью из-за сильного влияния шумов судна на измерения судовых приемных антенн. Поэтому КБЛ системы устанавливают главным образом на специальные суда.

Известные ГСН с СКБЛ, обладая точностью, сравнимой с КБЛ системами (0,5-1,0% от наклонной дальности до ПА), являются более простыми и дешевыми, поскольку не требуют сложных спуско-подъемных устройств с жестко определенной геометрией, а антенная система СКБЛ выполняется в виде единого антенного блока. Однако весьма близкое (половина длины волны гидроакустического сигнала) расположение гидрофонов в антенном блока является серьезным недостатком, не обеспечивая достаточной помехозащищенности и геометрической точности определения местоположения ПА.

Недостаточная точность известных КБЛ и СКБЛ систем обусловлена в основном двумя методическими причинами: двусторонней передачей гидроакустических сигналов, требующей приема сигналов в условиях сильных шумов движущегося судна; недостаточной геометрической точностью, обусловленной малыми значениями длин баз по сравнению с ДБЛ.

Известно устройство для определения местоположения подводного аппарата, которое является наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к техническому решению и принято за прототип.

Устройство для определения местоположения подводного аппарата содержит установленную на днище СО систему передающих антенн, размещенные на СО передающие устройства, генератор частот, опорный генератор, вычислитель координат, дешифратор, датчик вертикальной ориентация СО, гирокомпас и индикатор местоположения, размещенные на ПА приемную антенну, приемник, измеритель временных интервалов, фазоизмеритель, опорный генератор и шифратор, причем входы передающих антенн подключены к выходам соответствующих передающих устройств, входы которых подключены к выходам генератора частот, первый вход генератора частот подключен к выходу опорного генератора, второй вход генератора частот подключен к первому выходу вычислителя координат, первый вход вычислителя координат подключен к выходу дешифратора, второй и третий входы вычислителя координат подключены соответственно к выходу датчика вертикальной ориентации ОС и к выходу гирокомпаса, второй выход вычислителя координат подключен к входу индикатора местоположения, выход приемной антенны ПА подключен к входу приемника, первый и второй выходы приемника подключены соответственно к первым входам измерителя временных интервалов и фазоизмерителя, первый и второй выходы опорного генератора подключены соответственно к вторым входам измерителя временных интервалов и фазоизмерителя, выходы измерителя временных интервалов и фазоизмерителя подключены соответственно к первому и второму входам шифратора, а выход шифратора соединен (посредством кабеля) с входом дешифратора. При этом судовые передающие антенны размещены на днище СО на максимально возможных (определяемых размерами СО) расстояниях друг от друга, реализуя традиционную антенную систему гидроакустической навигации с КБЛ.

Однако известное устройство обладает недостаточной точностью определения местоположения, принципиально обусловленной особенностями построения ГСН с КБЛ: необходимостью максимального разнесения антенн и их точного и жесткого геометрического размещения на днище судна. Спуско-подъемные устройства судовых антенн известной ГСН достаточно сложны и громоздки. Кроме того, известная ГСН не предназначена для навигации автономных ПА, что ограничивает возможности ее функционирования. Устройство, принятое за прототип, как и другие известные ГСН, не могут разрешить принципиального противоречия КБЛ и СКБЛ систем, заключающегося в том, что точность определения местоположения повышается с увеличением длины базы ГСН, однако увеличение длины базы ведет к технологически сложной установке антенной системы и ее калибровке. Кроме того, при традиционном использовании СКБЛ системы многозначность фазовых измерений не позволяет увеличивать базовую линию (расстояние между гидрофонами) более половины длины волны используемого гидроакустического сигнала, а малое расстояние между элементами СКБЛ, в свою очередь, является причиной высокой восприимчивости к помехам.

С этой точки зрения "идеальной" системой подводной навигации можно считать такую ГСН, которая совмещает достоинства КБЛ и СКБЛ систем, достигая компромисса между практически необходимой точностью и сложностью антенной системы. "Идеальная" ГСН, разрешая противоречие между увеличением точности и усложнением антенной системы и ее спуско-подъемных устройств, кроме того, должна использовать преимущества однонаправленной передачи гидроакустического сигнала (только в направлении СО МО) с передачей информации по гидроакустическому каналу связи ( в направлении ПА СО) на вынесенную по отношению к СО антенну, предлагаемое изобретение является определенным шагом в направлении создания "идеальной" ГСН, разрешающей существующие противоречия "точность-сложность-помехозащищенность", т. е. позволяет получить значения точности, близкие к потенциальным, при минимальной конструктивной сложности антенной системы и ее спуско-подъемных устройств.

Технический результат изобретения повышение точности определения местоположения путем комплексного использования временных и фазовых измерений при одновременном расширении функциональных возможностей за счет определения местоположения автономных подводных аппаратов и при упрощении спуско - подъемных устройств судовых акустических антенн.

В системе определения местоположения ПА, содержащей установленную на днище судна систему передающих акустических антенн, размещенные на СО передающие устройства, генератор частот, опорный генератор, вычислитель координат, дешифратор, датчик вертикальной ориентации судна, гирокомпас и индикатор местоположения, размещенные на ПА приемную акустическую антенну, приемник, измеритель временных интервалов, фазоизмеритель, опорный генератор и шифратор, реализуются следующие отличительные признаки:

1) установленная на днище СО система передающих акустических антенн, размещенных на расстояниях, кратных половине длины волны излучаемого сигнала, выполнена в виде единого антенного блока;

2) размещенная на ПА аппаратура дополнительно содержит последовательно соединенные передатчик телеметрической информации и передающую акустическую антенну;

3) система определения местоположения дополнительно содержит вынесенный относительно СО гидроакустический приемный блок, включающий последовательно соединенные приемную антенну и приемник телеметрической информации.

Введение новых узлов, являющихся существенными отличительными признаками, обусловливает введение новых связей: к существующим в прототипе связям, заключающимся в том, что входы передающих антенн подключены к выходам соответствующих передающих устройств, входы которых подключены к выходам генератора частот, первый вход генератора частот подключен к выходу опорного генератора, второй вход генератора частот подключен к первому выходу вычислителя координат, первый вход вычислителя координат подключен к выходу дешифратора, второй и третий входы вычислителя координат подключены соответственно к выходу датчика вертикальной ориентации судна и к выходу гирокомпаса, второй выход вычислителя координат подключен к входу индикатора местоположения, выход приемной антенны ПА подключен к входу приемника, первый и второй выходы приемника подключены соответственно к первый входам измерителя временных интервалов и фазоизмерителя, первый и второй выходы опорного генератора подключены соответственно к вторым входам измерителя временных интервалов и фазоизмерителя, выходы измерителя временных интервалов и фазоизмерителя подключены соответственно к первому и второму входу шифратора, реализуются новые связи: вход передатчика ПА подключен к выходу шифратора, а выход приемника телеметрической информации через кабельтрос подключен к входу дешифратора.

Новые признаки системы обусловливают существенные отличия входящего в ГСН вычислителя координат. Вычислитель координат заявляемой системы выполнен в виде десяти регистров памяти, восьми умножителей, пяти делителей, двух сумматоров, двух вычитателей, двух устройств возведения в квадрат, устройства извлечения квадратного корня, двух устройств вычисления целой части численного значения, а также устройства коррекции крена и дифферента (УККД), преобразователя координат (ПК) и таймера. Входы первого-пятого регистров памяти являются первым входом вычислителя координат, первый и второй входы УККД являются вторым входом вычислителя координат, первый вход ПК является третьим входом вычислителя координат. Первый и второй входы первого умножителя подключены соответственно к входам первого и шестого регистров памяти, первый и второй входы второго умножителя подключены соответственно к выходам второго и седьмого регистров памяти, первый и второй входы третьего умножителя подключены соответственно к выходам третьего и седьмого регистров памяти, входы первого и второго устройств вычисления целой части численного значения подключены соответственно к выходам второго и третьего умножителей, первый и второй входы первого сумматора подключены соответственно к выходу первого устройства вычислений целой части численного значения и к выходу четвертого регистра памяти, первый и второй входы второго сумматора подключены соответственно к выходу второго устройства вычисления целой части численного значения и к выходу пятого регистра памяти, первый и второй входы четвертого умножителя подключены соответственно к выходу первого сумматора и к выходу шестого регистра памяти, первый и второй входы пятого умножителя подключены соответственно к выходу второго сумматора и к выходу шестого регистра памяти, первые входы первого и второго делителей подключены соответственно к выходам четвертого и пятого умножителей, вторые входы первого и второго делителей подключены соответственно к выходами восьмого и девятого регистров памяти, первые входы третьего и четвертого делителей подключены соответственно к выходам первого и второго делителей, вторые входы третьего и четвертого делителей подключены к выходу седьмого регистра памяти, выход третьего делителя подключен к первому входу шестого умножителя и к входу первого устройства возведения в квадрат, второй вход шестого умножителя подключен к выходу первого умножителя, выход четвертого делителя подключен к выходу второго устройстве возведения в квадрат и к первому входу восьмого умножителя, выход первого устройстве возведения в квадрат подключен к входу первого вычитателя, выход первого вычитателя подключен к первому входу второго вычитателя, выход второго устройства возведения в квадрат подключен к второму входу второго вычитателя, выход второго вычитателя подключен к входу устройства извлечения квадратного корня, выход которого подключен к первому входу седьмого умножителя, второй вход седьмого умножителя подключен к выходу шестого умножителя, выход седьмого умножителя подключен к второму входу восьмого умножителя, первый и второй входы пятого делителя подключены соответственно к выходу восьмого умножителя и к выходу третьего делителя, третий, четвертый и пятый входы УККД подключены соответственно к выходам седьмого умножителя, пятого делителя и первого умножителя, первый и второй выходы УККД подключены соответственно к второму и третьему входам преобразователя координат, вход таймера подключен к выходу девятого регистра памяти. Выход таймера является первым выходом вычислителя координат, первый и второй выходы ПК и выход первого умножителя являются вторым выходом вычислителя координат.

УККД выполнено в виде двух параллельных каналов обработки, каждый из которых включает последовательно соединенные делитель, устройство вычисления обратной тригонометрической функции arctg сумматор, устройство вычисления тригонометрической функции tg и умножитель. В УККД вторые входы сумматоров первого и второго каналов являются соответственно первым и вторым входами устройства коррекции, первые входы делителей первого и второго каналов являются соответственно третьим и четвертым входами устройства коррекции, вторые входы делителей и вторые входы умножителей объединены и являются третьим входом УККД, и выходы умножителей первого и второго каналов являются соответственно первым и вторым выходами УККД.

ПК выполнен в виде устройства вычисления тригонометрической функции sin, устройства вычисления тригонометрической функции cos, четырех умножителей, сумматора и вычитателя. Входы устройств вычисления тригонометрических функций объединены и являются первым входом ПК, первые входы первого и третьего умножителей объединены и являются вторым входом ПК, первые входы второго и четвертого умножителей объединены и являются третьим входом ПК. Вторые входы первого и второго умножителей подключены к выходу устройства вычисления тригонометрической функции sin, вторые входы третьего и четвертого умножителей подключены к выходу устройства вычисления тригонометрической функции cos, первый и второй входы сумматора подключены соответственно к выходам второго и третьего умножителей, первый и второй входы вычитателя подключены соответственно к выходам четвертого и первого умножителей. Выходы сумматора и вычитателя являются соответственно первым и вторым выходами ПК.

На фиг. 1 представлена иллюстрация выполнения метода определения местоположения ПА; на фиг.2 показано положение системы координат X, Y, Z связанной с судном; на фиг.3 представлена структурная схема системы навигации ПА, на фиг. 4 структурная схема вычислителя координат; на фиг. 5 - структурная схема УККД; на фиг.6 структурная схема ПК фиг.7 иллюстрирует работу предложенной системы навигации ПА.

Система подводной навигации содержит (фиг.1,3) установленную на днище СО систему 1 передающих акустических антенн 6, 7 и 8, размещенную на СО аппаратуру 2, включающую передающие устройства 9, 10 и 11, генератор 12 частот, опорный генератор 13, вычислитель 14 координат, дешифратор 15, датчик 16 вертикальной ориентации судна, гирокомпас 17 и индикатор 18 местоположения, размещенные на подводном аппарате 3 приемную акустическую антенну 19, приемник 20, измеритель 21 временных интервалов, фазоизмеритель 22, опорный генератор 23, шифратор 24, передатчик 25 телеметрической информации, передающую акустическую антенну 26, а также вынесенный относительно судна гидроакустический приемный блок 4, включающий приемную антенну 27 и приемник 28 телеметрической информации, соединенный через кабель-трос 5 с аппаратурой 2 СО.

Вычислитель 14 координат содержит (фиг. 4) десять регистров 29-38 памяти, восемь умножителей 39-41, 46, 47, 52, 58 и 59, пять делителей 48-31 и 60, два сумматора 44 и 45, два вычислителя 55 и 56, два устройства 53 и 54 возведения в квадрат, устройство 57 извлечения квадратного корня, два устройства 42 и 43 вычисления целой части численного значения, УККД 61, ПК 62 и таймер 63.

УККД 61 (фиг. 5) содержит два параллельных канала обработки, каждый из которых включает делитель 64 (69 во втором канале), устройство 65 (70) вычисления функции arctg, сумматор 66 (71), устройство 67 (72) вычисления функции tg и умножитель 68 (73). ПК 62 (фиг.6) содержит устройства 74 и 75 вычисления функций sin и cos, четыре умножителя 76-79, сумматор 80 и вычитатель 81.

Система для определения местоположения подводного аппарата работает следующим образом. Установленные на днище судна в едином антенном блоке 1 передающие акустические антенны 6, 7 и 8 (фиг.1-3), размещенные соответственно на расстояниях d₁ и d₂ кратных половине длины волны излучаемого сигнала ( n₁ n₂ целые числа), излучают (фиг.7) акустические сигналы частотой f₀ ) в моменты времени t₁, t₂, t₃. Эти сигналы принимаются размещенной на ПАЗ приемной антенной 19 в моменты времени соответственно t₄, t₅ и t₆. С выхода приемника 20 сигналы поступают на входы измерителя 21 временных интервалов и фазоизмерителя 22, в которых относительно сигналов опорного генератора 23 измеряются соответственно временные интервалы распространения сигналов t₁= T_x-T₄, и t₂= T_y-T₄ где T_x t₅ t₄, T_y t₆ t₅, T₄ t₂ t₁ t₃

t₄ (фиг.7), и разности фаз ₁ и ₂ акустических сигналов, излучаемых соответственно первой 7, 8 и второй 7, 6 парами судовых передающих антенн. В момент t₇ антенна 26 излучает стартимпульс длительностью , который, отразившись от дна и от поверхности моря, принимается антенной 19 соответственно в моменты времени t₈ и t₉.Измеренный измерителем 21 интервал времени распространения стартимпульса до поверхности воды T_с (t₉ t₇)/2, а также измеренные одновременно значения интервалов времени и разностей фаз Dt₁, ₁ и t_{2 2} преобразуются в цифровую форму в шифраторе 24. Цифровые данные о значениях ₁, t_{1 2}, t₂ и Т_с поступают на вход передатчика 25 и далее в интервал времени ( t₁₁, t₁₂ ) через время T_р t₁₁ t₇ после начала излучения старт-импульса передаются антенной 26 по гидроакустическому каналу связи путем кодирования акустического сигнала. Кодированный сигнал в течение интервала времени (t₁₃, t₁₄) через время T_р t₁₃ t₁₀ после приема старт-импульса принимается антенной 27 (фиг.7) и с выхода приемника 28 подается на вход дешифратора 15. С выхода дешифратора 15 значения T_с, ₁, ₂, t₁, t₂ поступают на первый вход вычислителя 14 координат, на второй и третий входы которого поступают сигналы (значения) крена , дифферента g и курса К с датчика 16 вертикальной ориентации судна и гирокомпаса 17.

По входным данным T_c, Dt₁, t₂, ₁, ₂, а также исходным данным C, f₀, d₁, d₂, вводимым оператором, вычислитель 14 координат вычисляет координаты Х₀, Y₀, Z₀ ПА3 относительно судна, которые поступают на вход индикатора 18 местоположения. Работа генератора 12 частот регламентируется сигналами таймера 63, входящего в состав вычислителя 14 координат в соответствии с установленным оператором исходным интервалом t_p определения координат. Генератор 12 частот через интервалы времени t_p генерирует из сигналов опорного генератора 13 сигналы, поступающие на входы передающих устройств 9, 10 и 11 и далее на входы соответствующих передающих антенн 6, 7 и 8.

Вычислитель 14 координат (фиг. 14) работает как специализированный вычислитель по аппаратурной реализации алгоритма (1) (5).

Z = CT_c (1)

X = ZU/(1-U²-V²)^1/2, (2)

Y = XV/U (3)

U = C[₁+ent(f_ot₁)]/d₁f_o, (4),

V = C[₂+ent(f_ot₂)]/d₂f_o (5),

где С скорость звука

Т_c время распространения старт-импульса, излучаемого ПА З, до поверхности воды,

f₀ частота акустического сигнала;

₁, ₂- измеренные на ПА З значения разности фаз акустических сигналов, излучаемых соответственно первой 7, 8 и второй 7, 6 парами судовых передающих антенн;

t₁, t₂ изморенные на подводном аппарате 3 временные интервалы для акустических сигналов, излучаемых соответственно первой 7, 8 и второй 7, 6 парами судовых передающих антенн;

d₁, d₂ расстояния между антеннами 7 и 8 первой и 7, 6 второй пар передающих антенн;

ent символ целой части численного значения.

В регистрах 29-38 памяти хранятся соответственно значения Т_с (регистр 29), t₁(30), t₂(31) ₁(32), ₂(33), С (34), f₀ (35), d₁ (36), d₂ (37) и t_p(38). Значения Т_с, t₁, t₂ перемножаются соответственно в умножителях 39, 40 и 41 со значениями С и f₀. Сигналы f_ot и f_ot₂ с выходов второго и третьего умножителей 40 и 41 через устройства 42 и 43 вычисления целой части численного значения ent f_ot₁) и ent f_ot₂ подаются на входы первого и второго сумматоров 44 и 45, где суммируются со значениями ₁ и ₂. Четвертый и пятый умножители 46 и 47 формируют сигналы c[₁+ent(f_ot₁)] и c[₂+ent(f_ot₂)]. Первый и второй делители 48 и 49, а далее третий и четвертый делители 50 и 51 формируют сигналы U и V в соответствии с выражениями (4) и (5). Шестой умножитель 52 вырабатывает сигнал ( ZU), первое и второе устройства 53 и 54 возведения в квадрат сигналы U² и V² соответственно. Первый и второй вычислители 55 и 56, устройство 57 извлечения квадратного корня и седьмой умножитель 58 формируют сигнал Х₁ в соответствии с выражением (2), который поступает на третий вход УККД и на вход восьмого умножителя 59. Восьмой умножитель 59 и пятый делитель 60 формируют сигнал Y₁ в соответствии с выражением (3), поступающий на 4-й вход УККД. Сигнал Z в соответствии с выражениям (1) поступает на пятый вход УККД.

В УККД производится коррекция крена и дифферента g, измeренных датчиком 16 вертикальной ориентации судна. Сигналы Х₂, Y₂ с выходов УККД подаются на второй и третий входы ПК 62, а с выходов ПК 62 и выхода первого умножителя 39 сигналы Х₀, Y₀, Z поступают на второй выход вычислителя 14 координат и далее на вход индикатора 18 местоположения. Таймер 63 формирует управляющие работой генератора 12 частот сигналы, поступающие на первый выход вычислителя 14 координат в соответствии с заданным интервалом времени Dt_p, хранящимся в регистре 10 памяти.

Вычислитель 14 координат может быть реализован на основе типовых устройств вычислительной техники.

Коррекция крена и дифферента g, измеренных датчиком 16 вертикальной ориентации судна, производится согласно алгоритму

X₂= Ztg(arctgX₁/Z+), (6),

Y₂= Ztg(arctgY₁/Z+), (7)

УККД (фиг. 5) может быть реализован на базе типовых вычислительных устройств и в двух параллельных каналах выполняет следующие операции: деление X₁/Z и Y₁/Z в делителях 64 и 69, выполнение функции arctg устройствами 65 и 70, суммирование сигналов в сумматорах 66 и 71, вычисление функции tg устройствами 67 и 72 и формирование исправленных координат X₂ и Y₂ в умножителях 68 и 73. Сигналы X₂ и Y₂ в соответствии с выражениями (6) и (7) с выходов УККД поступают на второй и третий входы ПК 62.

ПК 62 выполняется на основе совокупности типовых вычислительных устройств и реализует алгоритм преобразования координат в соответствии с курсом К судна:

X₀= X₂cosK+Y₂sinK, (8),

Y₀= -X₂sinK+Y₂cosK. (9)

Устройства 74 и 75 вычисления функций sin и cos формируют сигналы sin K и cos K из сигналов К, поступающих на их вход. Первый умножитель 76 ПК вырабатывает сигнал X₂sin K, второй умножитель 77 ПК сигнал Y₂sin K, третий умножитель 78 сигнал X₂cos K и четвертый умножитель 79 сигнал Y₂cos K. Сформированные сумматором 80 и вычитателем 81 сигналы в соответствии с выражениями (8) и (9) поступают на первый и второй выходы ПК 62 и далее на второй выход вычислителя 14 координат.

Система для определения местоположения ПА относительно СО позволяет (по сравнению с известными ГНС, включая прототип) путем комплексного использования временных и фазовых измерений повысить точность определения местоположения ПА при использовании единого антенного блока, не требующего сложных спуско-подъемных устройств и точного геометрического размещения на днище судна, а также расширить функциональные возможности за счет определения местоположения автономных ПА. 2