способ слежения за ходом соревнований подводных пловцов (варианты)

Формула изобретения

1. Способ слежения за ходом соревнований подводных пловцов с помощью акустического тонального излучателя и акустического приемника, заключающийся в том, что акустический приемник располагают напротив финишной прямой вне трассы следования пловцов и регистрируют время пересечения пловцами финишной прямой с дальнейшей обработкой выходных сигналов акустического приемника электронным блоком обработки информации и компьютером, отличающийся тем, что акустический тональный излучатель на частоте f₀ устанавливают на каждом из n пловцов, при этом акустические тональные излучатели и акустический приемник выполнены ненаправленными и с помощью акустического приемника, электронного блока обработки информации и компьютера прослеживают за изменениями доплеровских частот f_i(t) во времени t на тональной частотной составляющей f₀ и для времен t много меньших времен t_0i пересечения пловцами финишной прямой, в которые с точностью до погрешностей измерений наблюдается постоянство значений доплеровской частоты f_i(t), определяют скорости V_i каждого пловца из математических зависимостей

где С - скорость звука в воде, i=1, 2,..., n, при этом время t_0i пересечения пловцами финишной прямой определяют в моменты времени, когда значения мгновенных доплеровских частот равно нулю, а траверзное расстояние d_0i между акустическим приемником и каждым из финиширующих пловцов определяют исходя из математических соотношений

2. Способ слежения за ходом соревнований подводных пловцов с помощью акустического тонального излучателя и акустического приемника, заключающийся в том, что акустический приемник располагают напротив финишной прямой вне трассы следования пловцов и регистрируют время пересечения пловцами финишной прямой с дальнейшей обработкой выходных сигналов акустического приемника электронным блоком обработки информации и компьютером, отличающийся тем, что акустический тональный излучатель на различные частоты f_0i, (Гц) устанавливают на каждом из n пловцов, причем на каждом из пловцов устанавливают акустический тональный излучатель своей частоты, а акустические тональные излучатели и акустический приемник выполняют ненаправленными и с помощью акустического приемника, электронного блока обработки информации и компьютера прослеживают за изменением доплеровских частот f_i(t) во времени t на тональных составляющих f_0i и для времен t много меньших времен t_0i пересечения пловцами финишной прямой, в которые с точностью до погрешностей измерений наблюдается постоянство значений доплеровских частот, определяют скорости V_i каждого пловца из математических зависимостей

где i=1, 2,..., n, С - скорость звука в воде, при этом времена t_0i, пересечения пловцами финишной прямой определяют в моменты времени, когда значения мгновенных доплеровских частот равно нулю, а траверзные расстояния d_0i между акустическим приемником и каждым из финиширующих пловцов определяют исходя из математических соотношений:

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области измерительной техники и гидроакустики и может быть использовано судейской бригадой для слежения за ходом соревнований подводных пловцов и других самодвижущихся подводных объектов в натурных и искусственных водоемах.

Известен способ аналогичного назначения, пригодный для решения поставленной в заявке задачи, заключающийся в том, что акустический приемник располагают напротив финишной прямой вне трассы следования пловцов и регистрируют времена пересечения пловцами финишной прямой с дальнейшей обработкой выходных сигналов акустического приемника электронным блоком обработки информации (БОИ) и компьютером. /Патент США №4752764, кл. 340-323R (G 03 B 23/00), 1988/.

Данный способ принят за прототип. В прототипе акустический приемник и акустический тональный излучатель установлены напротив друг друга вдоль финишной прямой. Это позволяет определить время пересечения пловцом финишной прямой.

Кроме того, в ходе соревнований применяется видеокамера, позволяющая следить за траекторией движения соревнующихся пловцов (например, их поперечных перемещений).

Недостатком прототипа являются погрешности определения времени пересечения пловцами финишной прямой, связанной с конечными размерами пловца и погрешности визуального определения траектории и скорости движения подводного объекта на телевизионном экране.

Кроме того, на больших расстояниях телевизионная камера не воспринимает изображения пловцов в видимом свете ввиду большого поглощения света водой, что затрудняет проведение временного и пространственного мониторинга поведения пловцов.

Техническим результатом, появляющимся от внедрения изобретения, является повышение точности измерений времени пересечения пловцами финишной прямой и осуществление временного и пространственного мониторингов поведения пловцов при проведении соревнований на больших глубинах и больших расстояниях между стартом и финишем трассы соревнований.

Данный технический результат в первом варианте способа достигают за счет того, что в известном способе слежения за ходом соревнований подводных пловцов с помощью акустического тонального излучателя и акустического приемника, заключающемся в том, что акустический приемник (АП) располагают напротив финишной прямой (ФП) вне трассы следования пловцов и регистрируют времена пересечения пловцами ФП с дальнейшей обработкой выходных сигналов АП электронным БОИ и компьютере, акустический излучатель (АИ) тональный на частоте f₀ устанавливают на каждом из n пловцов, при этом АИ и АП выполнены ненаправленными и с помощью АП, электронного БОИ и компьютера прослеживают за изменениями доплеровских частот f_i(t) во времени t на тональной частотной составляющей f₀ и для времени t много меньших времен t_0i пересечения пловцами финишной прямой, в которые с точностью до погрешностей измерений наблюдается постоянство доплеровской частоты f_i(t), определяют скорости V_i пловца из математических зависимостей

где С - скорость звука в воде, i=1, 2... n, при этом времена t_0i пересечения пловцами ФП определяют в моменты времени, когда значения мгновенных доплеровских частот , (Гц) равно нулю, а траверзное расстояние d_0i между АП и каждым из финиширующих пловцов определяют исходя из математических соотношений

Во втором варианте способа для той же совокупности существенных признаков известного способа, описанной выше, тональный АИ на различные частоты f_0i устанавливают на каждом из пловцов, причем на каждом из пловцов устанавливают тональный АИ своей частоты, а АИ и АП выполняют ненаправленными и с помощью АП, электронного БОИ и компьютера прослеживают за изменением доплеровских частот f_i(t), во времени t на тональных составляющих f_0i и для времен t, много меньших времен t_0i, (с) пересечения пловцами ФП, в которые с точностью до погрешностей измерений наблюдается постоянство значений доплеровских частот, определяют скорости V_i каждого пловца из математических зависимостей

при этом времена t_0i пересечения пловцами ФП определяют в моменты времени, когда значения мгновенных доплеровских частот равно нулю, а траверзные расстояния d_0i между АП и каждым финиширующим пловцом определяют исходя из математических зависимостей

Сущность данного способа заключается в том, что при равномерном прямолинейном движении тонального АИ параметры его движения могут быть записаны выражениями (2), (4).

То есть зависимость наблюдаемой доплеровской частоты f_i (t) от времени t является функцией, содержащей четыре параметра f_0i, t_0i, d_0i, V_i .

Если значения функции f_i(t) каким-либо образом оценены для ряда временных отсчетов t_к, (к=1, 2, 3...), то оценки параметров траектории могут быть получены на основе решения задач нелинейной регрессии методом наименьших квадратов. /Д.Дж.Уайлд "Методы поиска экстремума". М.: Наука, 1967, с.17-27/.

Модель регрессии задается уравнениями (2), (4). Функционал метода наименьших квадратов имеет вид

где W_к - весовая функция; - измеренные значения частот. /Ф.Гилл и др. "Практическая оптимизация". М.: Мир, 1985, с.104-110/.

Из параметрических уравнений (2), (4) следует, что для частных случаев, когда t<t _0i f_i(t) const с точностью до погрешностей измерений, а для случая t=t₀₁ f_i(t)=f_0i. Это дает возможность по формуле (1) определить скорость пловца V_i, а по формуле (2) или (4) траверзное расстояние между АП и пловцом на ФП.

В общем случае для любого времени t по уравнениям (2), (4) можно определить пространственное положение пловца, измерив параметры t_0i, d_0i и V_i .

Варианты способа различаются только тем, что слежение за доплеровской частотой f_i(t) ведется относительно одной тональной составляющей f₀ для всех пловцов количеством n (первый вариант) или относительно различных тональных составляющих f_0i (i=1, 2... n), (второй вариант).

Первый вариант проще, но фиксируемые в нем частотно-временные следы (ЧВС) пловцов пересекаются для ряда значений t друг с другом, что может внести неопределенность в интерпретацию результатов соревнований.

Второй вариант способа сложнее, поскольку требует тональные ГИ на различные частоты f_0i, но позволяет получить непересекающиеся ЧВС и однозначную интерпретацию результатов соревнований для любых времен t.

Изобретение поясняется чертежами.

На фиг.1 представлена схема реализации способа для обоих вариантов; на фиг.2 - ЧВС, получаемых для соревнующихся пловцов по первому варианту (слева) и второму варианту способа.

На водной акватории (не обозначена) условно размещено четыре трассы, по которым могут двигаться четыре подводных пловца 1, 2, 3, 4. То есть в данном случае i=4.

На финише (на фиг.1 буква Ф) размещен ГП5, подключенный к БОИ 6 с компьютером (на чертеже не обозначен).

На каждом пловце, например на его шлеме или маске, размещается тональный ГИ на одну или различные частоты (на чертеже ГИ не показаны).

Если тональная составляющая f₀ одна для всех пловцов, то при их движении реализуется ЧВС, изображенные слева на фиг.2 (под номерами пловцов 1, 2, 3, 4). Для различных тональных составляющих f₀₁, f ₀₂, f₀₃, f₀₄ ЧВС изображены на фиг.2, справа. Причем на фиг.2 представлен случай, когда пловцы проходят старт (на фиг.1 буква С), предварительно разогнавшись до скорости V_i.

По общему характеру ЧВС можно определить не только времена пересечения каждым пловцом финишной прямой, но и знать их скорости и отклонения от прямолинейного движения (от своей трассы следования). Причем для получения результатов соревнований обрабатываются не импульсные сигналы, как в прототипе, а частотные, обладающие по сравнению с первыми узкой полосой частот. Кроме того, для пространственно временного мониторинга хода соревнований используется только акустический канал, а не оптический, как в прототипе. Это позволяет проводить соревнования пловцов на значительных глубинах и длинных трассах без потери информации о параметрах движения пловцов.