Гидроакустический комплекс навигации подводного робота тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.06 ВАК РФ

На правах рукописи

МАТВИЕНКО Юрий Викторович

ГИДРОАКУСТИЧЕСКИЙ КОМПЛЕКС НАВИГАЦИИ ПОДВОДНОГО РОБОТА

Специальность: 01.04.06. Акустика

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Владивосток - 2004

Работа выполнена в Институте Проблем Морских Технологий Дальневосточного отделения Российской Академии наук

Официальные оппоненты: доктор технических наук

Моргунов Ю.Н.

доктор физико-математических наук, профессор Короченцев В.И. доктор технических наук Ушаков А.П

Ведущая организация:

Институт океанологии им. П.П. Ширшова РАН г. Москва

Защита состоится 25 июня 2004г. в 14 часов на заседании диссертационного совета Д005.017.01 при Тихоокеанском океанологическом институте им. Ильичева ДВО РАН по адресу:

690041, г. Владивосток, ул. Балтийская, 43, ТОЙ ДВО РАН.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ТОЙ ДВО РАН

Автореферат разослан апреля 2004г.

Ученый секретарь диссертационного совета

доктор технических наук

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Актуальность проблемы.

ИПМТ ДВО РАН является одним из лидеров в разработке и практическом использовании автономных необитаемых подводных аппаратов (АНПА). За последние 25лет АНПА, разработанные в Институте принимали активное участие в проведении многих известных морских операций по поиску и обследованию затонувших объектов в различных районах Мирового океана. По свидетельству комиссии Мирового центра развития технологий (WTEC) в 1996г. опыт ИПМТ в разработке и практическом использовании АНПА превосходил опыт аналогичных программ США вместе взятых. Успешному выполнению реальных работ способствовало наличие в составе АНПА различных гидроакустических средств, обеспечивающих навигацию, управление, телеметрию, поисковые и обзорные системы. Все эти годы ключевым фактором увеличения эффективности АНПА было

совершенствование средств навигации и управления. Основное назначение гидроакустических средств навигации и управления - обеспечивать точное определение местоположения аппарата, управление ходом выполнения работ и контроль состояния АНПА с борта обеспечивающего судна (ОС), решение задачи текущего навигационного обеспечения на борту самого АНПА. Проблема точной подводной навигации актуальна для различных сфер применения морских технологий: военной деятельности, геологии, океанографии и для ее решения привлекаются значительные ресурсы, как за рубежом, так и в России. Применение известного зарубежного и российского опыта разработки гидроакустических средств навигации для подводных роботов имеет ряд особенностей, связанных со спецификой АНПА: характером движения, дальностью действия, глубиной, особенностями управления, точностью. Опыт проведения реальных операций показывает, что судовые средства навигации и управления целесообразно объединить в рамках единого комплекса оборудования, которое бы обеспечивало на борту судна оперативную информацию о ходе выполнения миссии в виде траектории движения, данных о высоте, глубине, скорости, курсе АНПА, кадров видео и акустических изображений. Основу такого комплекса составляет разработанная ранее гидроакустическая навигационная система с длинной базой (ГАНС ДБ), которая дополнена гидроакустической навигационной системой с ультракороткой базой (ГАНС УКБ), высокоскоростной системой передачи данных по гидроакустическому каналу, доплеровским лагом. Разработка комплекса и отдельных его систем, существенно повышающих уровень навигационного обеспечения подводных аппаратов, является актуальной и относится к числу первых разработок в России. Важной задачей работы является выполнение всех стадий разработки: теоретическое и экспериментальное обоснование структуры и параметров систем, создание технической и технологической документации, исследование метрологических характеристик, испытания и опытную эксплуатацию в составе действующих

АНПА. Результаты решения этих проблем открывают возможности создания новейших средств навигации для оснащения подводных аппаратов различного назначения, интерес к коммерческому и военному применению которых резко возрос в последнее время. В диссертации предложены научно обоснованные технические решения по навигационному обеспечению средств подводной робототехники. Внедрение этих решений вносит значительный вклад в ускорение прогресса в области морских технологий. Цель работы и задачи исследований

Цель работы состоит в разработке и исследовании высокоточных средств подводной навигации и управления с их экспериментальной апробацией в составе АНПА при проведении реальных поисковых работ в Океане. Для достижения цели поставлены и решены следующие задачи:

1. Теоретическое и экспериментальное исследование принципов построения систем обработки многоканальной информации для определения углового положения источника тональных и широкополосных навигационных сигналов. Обоснование конфигурации малогабаритных многоэлементных антенн при реализации высокоточных гидроакустических навигационных систем с ультракороткой базой.

2. Разработка аппаратуры, методологии оценки точностных характеристик и исследование точности гидроакустических навигационных систем на основе методов фазовой обработки сигналов и использования малогабаритных судовых приемных антенн.

3. Разработка технических средств передачи больших потоков информации по гидроакустическому каналу связи и расширение функциональных возможностей навигационных систем возможностями приема и передачи информации, предназначенными для управления АНПА и оперативного контроля хода выполнения работ.

4. Разработка гидроакустических средств навигации для определения абсолютной скорости АНПА в составе бортовой навигационной системы (БНС).

5... Разработка комплекса гидроакустических средств навигации с унифицированным аппаратурным и программным обеспечением с возможностью совместного или раздельного использования ГАНС ДБ, ГАНС УКБ и системы передачи данных, предназначенного для формирования на борту судна текущей навигационно-информационной картины, наиболее полно и адекватно отображающей выполнение обзорно-поисковых работ подводным роботом, и демонстрация эффективности комплекса в составе АНПА. Методы исследований.

При выполнении работы применялись методы математического моделирования систем, устройств и отдельных элементов, численный анализ основных характеристик, практическая реализация систем и их экспериментальные исследования в натурных и лабораторных условиях.

Научная и практическая значимость

Полученные в работе теоретические и экспериментальные результаты основаны на опыте создания и эксплуатации различных навигационных средств в составе обзорно-поисковых и исследовательских подводных аппаратов ИПМТ ДВО РАН. Работы были начаты в 1973 году, но, в основном, выполнялись в 1991-2003годах в рамках ряда государственных программ, Заданий Правительства, региональных проектов. К ним относятся работы по НИР «Оленек» (1983-1985г.), НИР «Эвольвента»(1988-1990г.), ОКР «Маяк» (1992г), где автор являлся ответственным исполнителем или руководителем, выполненные в НПО «Дальстандарт»; ОКП «Мировой Океан», НИР «Клотик-АН» (1993-1995г.), НИР «Клавесин - ДВО» (1993-1995г.), НИР «Центурион» (1997г.), проводимые ИПМТ, гранты ДВО РАН (2003г.), ряд специальных проектов и опытно-конструкторских работ.

В рамках перечисленных проектов автором, который являлся ответственным исполнителем работ, выполнены исследования и практическая разработка специализированных антенн, методов и средств построения отдельных элементов, устройств и систем, входящих в состав навигационного комплекса. Разработаны алгоритмы обработки данных и элементы программного обеспечения, методики испытаний и метрологического обеспечения. Результаты работы внедрены в войсковой части 40056, войсковой части 31161, ОАО «Дальприбор», ИПМТ ДВО РАН. Научная новизна

1. Теоретически и экспериментально обосновано применение математических моделей статистической обработки многоканальной информации для решения навигационной задачи в составе ГАНС УКБ с использованием круговых дискретных антенн большого волнового размера и малым числом элементов для достижения высокой точности фазовых пеленгаторов.

2. Разработаны и экспериментально исследованы методы и оборудование для оценки точности ультракороткобазисных гидроакустических средств навигации в натурных и лабораторных условиях.

3. Обоснованы характеристики и условия применения некогерентных многочастотных систем передачи данных по гидроакустическому каналу с адаптивной амплитудной коррекцией передаточных характеристик канала связи в составе комбинированной системы навигации АНПА.

4. Разработан малогабаритный экономичный импульсный доплеровский лаг с использованием квазикогерентного накопления данных для увеличения быстродействия.

5. Разработаны специализированные приемоизлучающие антенны для гидроакустических средств навигации и управления.

6. Создана комбинированная система гидроакустических средств навигации подводного робота, которая включает ГАНС ДБ, ГАНС УКБ, доплеровский лаг и систему передачи информации по гидроакустическому каналу и выполнена

их опытная эксплуатация в составе АНПА при проведении реальных морских операций.

Апробация работы

Основные результаты работы опубликованы в 45 работах, из них два авторских свидетельства, шесть поддерживаемых патентов, одна монография (в соавторстве), три статьи в «Акустическом журнале», десять статей в сборниках «Морские технологии» и докладывались:

На Всесоюзных конференциях по неразрушающим методам и контролю (Хабаровск, 1981 и 1984), Всесоюзной конференции. «Мировой океан» (Владивосток, 1983), Дальневосточной акустической конференции «Акустические методы и средства исследования Океана» (Владивосток, 1986), научно-технической конференции ТОВВМУ (Владивосток, 1992),-международных конференциях «Океан-94» (Франция, Брест 1994), и «Underwater Technologies —2000» (Tokyo, 2000), сессиях Российского акустического общества (Москва, 1995, 2000, 2002), международных конференциях «Современные методы и средства океанологических исследований» (Москва, 2001,2003), Всероссийской акустической конференции «Исследование и освоение Мирового Океана» (Владивосток, 1997). Международной конференции SOPPY (Владивосток, 2002) , Пятой Российской научно-технической конференции «Современное состояние и проблемы навигации и океанографии» (Санкт-Петербург, 2004);

на семинарах ЛЭТИ и ЦНИИ «Морфизприбор» (Ленинград, 1984 и 1985), ИПМТ (1992-2003), ЦНИИ «Гидроприбор» (Санкт-Петербург, 2003), СибГУТИ (Новосибирск, 2003), ДВГТУ (Владивосток, 2003). Структура и объем работы

Диссертация состоит из введения, 6 глав, заключения, списка цитируемой литературы из 190 наименований. Содержит 271 стр. основного текста с иллюстрациями. Личный вклад.

Во всех публикациях и отчетах, относящихся к разработке систем и исследованию их характеристик, автор самостоятельно формулировал направления исследований и решения предлагаемых задач. Практическая реализация систем обеспечивалась совместно с сотрудниками лаборатории, руководимой автором, которые являются соавторами соответствующих публикаций. Шесть работ написаны без соавторов. Работы по созданию антенн и пьезопреобразователей значительное время выполнялись под руководством и при консультировании профессора Б.А. Касаткина. В монографии [27] автором написана 5 глава в соавторстве с Б.А. Касаткиным.

В работах. ИПМТ по созданию подводных аппаратов автор является заместителем главного конструктора, ответственным за разработку гидроакустических систем. Является руководителем и непосредственным исполнителем отчетов, относящихся к различным стадиям проектирования, изготовления, натурных исследований и опытной эксплуатации

гидроакустических систем. Автор также является ответственным за метрологическое обеспечение всех работ по созданию и проектированию АНПА. По его инициативе организованы измерительные стенды и выполняются совместные работы по отладке гидроакустических систем с участием основных предприятий региона, работающих в этой области: ОАО «Дальприбор», ТОИ ДВО РАН, в/ч 90720. Достоверность

Достоверность полученных результатов основана на значительном экспериментальном материале, полученном при проведении натурных испытаний отдельных систем и в целом в составе действующих АНПА в различных условиях, многолетней успешной эксплуатацией систем при проведении реальных работ, использованием метрологически аттестованных методик и средств измерений, применяемых при выполнении работ. Положения выносимые на защиту

1. Принципы построения ультракороткобазисных гидроакустических навигационных систем с использованием круговых дискретных антенн.

2. Методология оценки точности ультракороткобазисиых гидроакустических навигационных систем.

3. Технические решения и практическая реализация комплекса гидроакустических средств навигации подводного робота, который включает ГАНС ДБ, ГАНС УКБ, доплеровский лаг и систему передачи информации. СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Введение

Во введении анализируется состояние проблемы. Сформулированы цель и задачи исследований. Сделан обзор известных зарубежных гидроакустических средств навигации. Приведены сведения о российских разработках ЦНИИ Морфизприбор, Санкт-Петербургского государственного морского технического университета, Института океанологии Российской академии наук, НИИ СМ МГТУ им. Баумана. Отмечается, что в составе АНПА большое значение имеет система гидроакустической связи и управления (ТАСС). Её задача - обеспечение надежного высокоскоростного обмена информацией между АНПА и обеспечивающим судном. Проблема передачи информации через гидроакустический канал связи в широком плане исследовалась многими зарубежными научными школами в США, Франции, Англии, Китае. Аналогичные отечественные работы были начаты в Московском энергетическом институте, Новосибирском электротехническом институте связи, Акустическом Институте, ряде других организаций. В последующее время активные исследования проблем связи на больших дистанциях с использованием сложных помехозащищенных сигналов проводились в Акустическом институте, а применительно к океанографической аппаратуре, в том числе и подводным аппаратам - в Институте океанологии РАН. Во введении также отмечается, что одним из важных элементов в структуре навигационного обеспечения АНПА является абсолютный лаг,

обеспечивающий измерение вектора скорости относительно дна. Наличие точного датчика курса, магнитного или гироскопического, позволяет счислением рассчитывать траекторию АНПА на его борту.

Глава 1. Анализ основных проблем определения углового положения источника навигационных сигналов ультракороткобазисными системами.

В главе рассмотрены возможные варианты определения углового положения объекта навигации, при обработке данных в системах, использующих многоэлементные антенны, габариты которых сравнимы с длиной волны сигнала. В п. 1.1. описан опыт разработки ГАНС ДБ в ИПМТ ДВО РАН. Первая гидроакустическая навигационная система (ГАНС), разработанная в 1973 -5-75 г. для навигации АНПА "Скат", была дальномерной с длинной базой и предназначалась для работы в мелком море, а ее основу составляли радиогидроакустические буи с заякоренными донными акустическими приемниками. В 80-х годах была разработана глубоководная дальномерная ГАНС. Ее основу составили донные маяки-ответчики, синхронный передатчик, устанавливаемый на объекте навигации, приемопередатчик и судовой блок обработки навигационной информации, устанавливаемые на обеспечивающем судне. Теоретические аспекты разработки системы были изложены в ряде работ Агеева М.Д., Касаткина Б.А, Кобаидзе В.В. Значительный творческий вклад в развитие системы был сделан сотрудниками ИПМТ Н.И. Рыловым, Ю.Г. Ларионовым, А.В. Ковалевым, А.В. Сидоренко, СИ. Кулинченко и др. Основным режимом работы ГАНС ДБ является режим определения координат. Кроме того, можно передавать команды телеуправления АНПА, принимать и декодировать данные телеметрии, переданные с борта АНПА и управлять работой маяков-ответчиков. В п. 1.2. проанализирован метод определения углового положения источника навигационных сигналов за счет формирования характеристики направленности ультракороткобазисных антенн. Получены оценки точности амплитудных пеленгаторов различной конфигурации при суммарной и разностной обработке данных. Вся процедура обработки данных в таких системах сводится к невзвешенному

суммированию сигнала элементами антенны и оценке его уровня. Установлены зависимости пеленгационной чувствительности систем от уровня шумов в каналах обработки. Отмечена возможность получения высокой точности линейных антенн при разностной обработке. В п.1.3. сравниваются различные алгоритмы измерения сдвига фаз между узкополосными сигналами, принимаемыми парой гидрофонов. При численном моделировании процесса, измерения разности фаз показано, что алгоритмы с использованием квадратур и метода с исключением помеховой составляющей при вычислении фазы тонального сигнала оказываются практически равнозначными. Дисперсия результатов, получаемых при применении взаимно корреляционной обработки, оказывается сравнимой с результатами обработки другими методами. Однако среднее значение при взаимно корреляционной обработке оказывается смещенным, причем величина смещения прямо связана с

отношением сигнал/шум в канале и велика даже при сравнительно высоком уровне сигнала.

В п.1 4, исследованы возможности решения навигационной задачи фазовыми методами с использованием антенн с минимальным числом элементов. При наличии фазовой информации в каналах дискретной антенны искомые угломерные величины можно выразить в явном виде. Если объект навигации излучает тональный сигнал, длина волны которого расстояние между элементами приемной антенны 2Ь, а пеленг на источник р отсчитывается от нормали антенны, тогда для однозначного определения пеленга необходимо чтобы размер измерительной базы 2Ь не превышал половины длины волны. Оценка погрешности измерения пеленга для двухэлементной антенны при отношении сигнал-шум q=10дБ составляет около 6 и, кроме того, имеет угловую зависимость. Для исключения угловой зависимости погрешности при пеленговании источника, находящегося в плоскости антенны, обычно используется четырехэлементный приемник, состоящий их двух идентичных ортогональных пар. Для пеленгования источника, расположенного в пространстве приемная антенна пеленгатора дополняется третьей парой ортогональных элементов. Алгоритм обработки фазовых данных записан с учетом изменения пространственной ориентации осей антенны, которые задаются датчиками крена и дифферента. Поскольку подобная измерительная система является минимально избыточной, то оценки точности, для пары приемников, являются предельно достижимыми и никакими резервами повышения точности антенна пеленгатора с двумя или тремя парами ортогонально расположенных гидрофонов не обладает.

В п.1 5. предложен способ пеленгования источника тональных сигналов с использованием большого числа приемников равномерно размещенных на круговой базе большого волнового размера. Исследованы потенциальные возможности УКБ-пеленгатора, гидрофоны которого образуют ориентированную в горизонтальной плоскости круговую базу из М элементов, эквидистантно распределенных по окружности. Схема пеленгатора поясняется рис.1. Для определения пеленга использован весь массив М экспериментально измеренных значений фазы принимаемого сигнала, определенных с погрешностью При выборе волнового размера базы

следует учесть, что однозначность фазовых измерений будет обеспечена, если расстояние с1 между соседними гидрофонами базы не превышает половину длины волны С учетом этого оценку погрешности пеленгования можно записать в виде:

о>=16°,

о-^=0,17°

Уменьшение погрешности с ростом числа элементов базы указывает на возможность достижения точности ультракороткобазисного пеленгатора, вполне соизмеримой с точностью дальномерных навигационных систем. Так,

например, для рабочей частоты /0 = 12 кГц и М — 36, геометрический размер базы составит 26= 0,8м, а при исходной погрешности измерения фазы погрешность пеленгования составит

В п. 1.5 также записаны расчетные

формулы в более общем случае, когда плоскость антенны наклонена относительно плоскости горизонта под влиянием качки на угол, соответствующий углам крена-дифферента, а угол скольжения падающей звуковой волны произволен. Проанализирована также структура ошибок пеленгования, обусловленных погрешностями датчиков углового положения.

Рис 1. Пеленгатор с круговой базой

Глава 2. Статистическая обработка информации в гидроакустической навигационной системе с ультракороткой базой.

Глава посвящена разработке математического обеспечения для расчета углового положения источника тональных и широкополосных навигационных сигналов с использованием малогабаритных антенн произвольной конфигурации при значительном объеме избыточной информации. В п 2 1. получены основные расчетные формулы для определения углового положения объекта навигации. В основе решения лежит вычисление отношения правдоподобия /, которое связывает плотность вероятности принимаемой реализации при наличии полезного сигнала с параметром и помех и плотность вероятности принятой реализации при наличии только помех.

Оптимальная оценка навигационного параметра соответствует максимальному значению логарифма отношения правдоподобия, пропорционального модулю корреляционной весовой суммы. Корреляционная весовая сумма при обработке всех каналов антенны представлена в виде м

2 = 5>«*0*«

т=1

(2)

где Ут - выборка сигнала, принимаемого ш-тым каналом, Х0 - временная составляющая опорного сигнала, представленная в виде суммы квадратурных составляющих, СГ* - дисперсия шума в т -том канале. , т- пространственный

индекс, М- число элементов в антенне. В выражении (2) =

определяет опорный сигнал как функцию геометрического размещения элементов антенны и значений измеряемых угловых параметров. Фактически это основная характеристика антенны, используемая при решении задачи, которая дает распределение характеристик плоской звуковой волны на всех элементах антенны как функцию углов от нормали к плоскости принимаемой акустической волны. При оценке пеленга и угла места у после выравнивания амтшпудных характеристик каналов ее можно записать в виде

где - компоненты функции, определяющей задержки фазы опорного

сигнала на элементах антенны относительно точки приведения. Функция названа фазовой функцией антенны.

Из (2) следует, что первым этапом обработки данных в каждом канале является квадратурная обработка принимаемой реализации с определением гт в каноническом виде

гт яЯЛ=|*-|®Ф0'О, (4)

где <рт - это распределение фазы принимаемого навигационного сигнала на

- модуль корреляционной весовой функции,

(5)

элементах антенпы, пропорциональный энергии сигнала, принимаемого в каждом канале. Корреляционная весовая сумма далее преобразована к виду

2 = рКр.+ЗМг))].

1л=1

Из выражения (5) следует, что для решения навигационпой задачи в каждом приемном канале УКБ-системы обязательным является нахождение фазы

сигнала фя и взвешивающего коэффициента Я.т* который имеет смысл отношения сигнал/шум в тл-том канале. Кроме того, для решения задачи, необходимо располагать информацией о фазовой функции антенны. При суммарной обработке всех каналов оценка искомого пеленга получается из решения уравнения

где

. В этом разделе получены также расчетные соотношения для определения дисперсии пеленга

(6)

Выражения (6) и (7) являются основными для описания произвольной пеленгационной антенны. Для получения расчетных формул необходимо задать фазовую функцию для конкретной конфигурации приемной антенны. В п.2.2. приведен вывод расчетных формул для различных'многоэлементных антенн: линейных, круговых, комбинированных двухшкальных. Так, для круговой антенны диаметром 2кЬ с равномерно распределенными по окружности М точечными элементами,' изображенной на рис. 1, компоненты фазовой функции, дающие распределение фазы по окружности антенны относительно центра антенны, будут иметь вид:

2тг

м

(8)

С учетом этих соотношений уравнения для определения пеленга и дисперсии погрешности измерений будут иметь вид соответственно:

га-1 к-2 М М

5Ш[— (к - т)] С05[— (т + к - 2) - р] = О

М М

(9)

В ' п.2.2. сделан также сравнительный анализ детерминированных и статистических методов обработки данных в УКБ-системах. При статистических методах оценка искомого параметра получается в виде некой оптимальной процедуры, где измеренное фазовое распределение с минимальной среднеквадратичной ошибкой аппроксимируется фазовой функцией антенны. Причем, при решении соответствующего уравнения, пеленг определяется путем совместной обработки всех пар каналов, взятых с различными весами. Весовые коэффициенты содержат как геометрическую составляющую, равную производной фазовой функции по измеряемому параметру, так и энергетическую, равную действующему в канале отношению сигнал/шум по энергии. В 2.2 отмечена также связь разработанных алгоритмов статистической обработки с методами высокого разрешения параметров. Метод максимального правдоподобия, основанный на оценке вероятностных характеристик шума и смеси сигнала с шумом и учете реальных характеристик антенны, по своей физической сути тот же метод высокого разрешения.

Действительно, если установлено значение отношения сигнал/шум, то погрешность расчета пеленга уже для антенны диаметром 2Л составит (Ги — 0,2° при Л/ = 6 и Ц = 20(1В, при релеевском критерии а^ =28°. В п.2.3. предложена схема обработки данных при применении многочастотного навигационного сигнала. При широкополосном

навигационном сигнале уравнение пеленгования получено на основе измеряемых временных задержек сигнала на апертуре антенны. Когда максимальная временная задержка сигнала соизмерима с периодом средней частоты широкополосного сигнала, точное измерение времени на ультракороткой базе требует значительного увеличения частоты дискретизации входного сигнала и объема непрерывно обрабатываемых данных: Вместо измерения временных интервалов предлагается измерение полных фаз сигнала на отдельных частотных дискретах. Возникающая фазовая неоднозначность устраняется дифференцированием фазы по частоте и статистической обработкой принимаемых данных, основанной на априорном равенстве временных задержек на каждой частоте. В качестве примера также рассмотрена круговая дискретная антенна (рис.1). Уравнение пеленга получено в результате минимизации среднеквадратичной погрешности аппроксимации

измеренного распределения временных задержек

задержек для выбранного направления м

Е'-совЕттО"-!)]

<80

г

массивом ожидаемых

> _ |Я*|

М

'М

2л„

(11)

В_24.

м=1

проведен сравнительный анализ потенциальной точности ультракороткобазисных систем, оснащенных различными многоэлементными антеннами. В таблице 1 приведены оценки случайной составляющей погрешности для ряда антенн при отношении сигнал/шум ^ = 10 дБ, Расстояние между элементами выбрано из условия однозначного определения пеленга.

Восемь элементов на круговой базе 1.3Ы 8 1,6

Тридцать шесть элементов на круговой базе 5.74Я 36 0,17

Для М=36 оценка погрешности составляет (Тд «0,17°. Этот экстенсивный

метод увеличения точности для практических целей видимо мало перспективен. Более перспективным представляется использование в ультракороткобазисных системах разреженных антенн, т.е. антенн, имеющих небольшое число элементов, но размещенных на базе большого волнового размера. Причем размер базы выбирается из условий обеспечения необходимой точности, а число элементов - из условия некоего оптимального объема возможных аппаратных средств. Однако если расстояние между элементами превышает Л/2, то в таких системах возникают проблемы неоднозначного определения фазы и соответственно, пеленга.

В таблице 2 приведены оценки потенциальной точности для ряда разреженных антенн при отношении сигнал/шум в каждом канале д = 10 дБ. Максимальный размер базы - ЗЛ задан одинаковым для всех антенн.

_Таблица 2.

Вид антенны Число ложных пеленгов Число каналов Оценка погрешности, град

Двухэлементный приемник 10 2 0,96

Четыре элемента на круговой базе 8 4 0,68

Четыре элемента на круговой базе и пятый элемент в центре 4 5 0,62

Шесть элементов на круговой базе 4 6 0,40

Восемь элементов на круговой базе 4 8 0,34

Для разреженных антенн удовлетворительная точность может быть достигнута при небольшом числе каналов, если имеется механизм устранения неоднозначности пеленга. При обработке данных в системе с разреженной антенной определение пеленга должно выполняться в два этапа. На первом устанавливается сектор обзора. Для этого предлагается использовать антенну как обычный амплитудный пеленгатор, скомпенсированный в направлении источника сигналов. Далее полученное значение используется в качестве начального приближения при решении точного уравнения пеленга. Полученные результаты составляют основу структуры обработки данных в ГАНС УКБ, использующих круговые многоэлементные дискретные антенны. Глава 3. Методология оценки точности навигационных систем с ультракороткой базой.

Глава содержит основные метрологические аспекты разработки и обоснования точностных характеристик ГАНС-УКБ.

В п. 3.1. анализируется опыт разработки и аттестации многоэлементных дискретных антенн для УКБ систем. Точность системы определяется в основном характеристиками антенны.. С одной стороны, антенна выполняет

пространственную обработку, связывая распределение сигнала на апертуре с угловым положением источника. Дисперсия пеленга, заданная выражением (7) в виде зависимости от размеров базы и числа каналов при данном отношении сигнал/шум, является случайной и определяет потенциальную точность системы. С другой стороны антенна является основным звеном в аппаратуре измерения параметров принимаемого акустического сигнала. Погрешность измерения фазы акустического сигнала в каждом электрическом приемном канале определяется в основном дифракционными искажениями сигнала на конструкции конкретной антенны. Эта погрешность может значительно превышать погрешность измерения фазы, обусловленной действием шумовой помехи в канале. При практической разработке навигационной системы точность определения фазовой функции (3) конкретной антенны становится одним из важнейших элементов проектирования. При большом числе элементов экспериментальную фазовую функцию следует протабулировать при градуировке антенны и представить в виде аналитической функции, аппроксимирующей полученные фазовые данные. Для учета особенностей реальной конструкции и определения фазовых характеристик антенн был разработан стенд в специализированном гидроакустическом бассейне. На рис.2 справа приведены экспериментальные фазовые характеристики круговой дискретной антенны (штриховые линии с точками) и аппроксимирующие зависимости для наибольшего размера диагональной базы между всеми возможными парами гидрофонов в антенне.

51 ■■■ 52 .....63 --74

Рис. 2 Систематическая составляющая погрешности пеленгования и фазовая функция антенны с круговой базой

Определенные здесь компоненты фазовой функции антенны применяются далее

Л л

для расчета пеленга и оценки систематической погрешности

где р - задаваемый пеленг, отсчитываемый на лимбе прецизионной поворотной платформы.

А

При вычислении пеленга используется точное уравнение пеленга, заданное выражением (9) . Итоговое значение систематической погрешности складывается из погрешностей технологического оборудования при проведении измерений и собственно некомпенсированных погрешностей антенны. Угловая зависимость этих оценок для различных вертикальных углов

приведена на рис. 2 слева. Оценки углового разрешения для разработанной системы при различном уровне входных сигналов приведены в таблице 3

Таблица 3

Ч, дБ 3=0.5 (3=1.0

лР, градусы сгр, градусы л(3, градусы Ств, градусы

0 0.17 -0.22

10 0.11 0.18 0.10 0.38

20 -0.06 0.07 0.05 0.11

где - отклонение среднего измеренного от заданного значения пеленга (задавались изменения пеленга 0.5 и 1.0 градусов).

В п. 3 2. описана технология оценки угловых характеристик при работе с многочастотным навигационным сигналом. Решение задачи предполагает раздельную обработку по каждой частотной составляющей с сохранением общей схемы обработки для отдельной частоты, изложенной в главе 2. Проанализирован вопрос о возможности частотного усреднения систематической составляющей погрешности пеленгования. Отмечено, что применение широкополосного сигнала позволяет применить в составе навигационной системы разреженные антенны с минимальным числом гидрофонов, а для определения полной фазы сигнала на каждой частоте использовать равенство времени распространения сигнала для заданной пары гидрофонов. Были исследованы характеристики потенциальной точности системы, в которой в качестве навигационного сигнала применялся пакет импульсов из 10 частот равной амплитуды и случайной начальной фазы в диапазоне частот 20-25 кГц с шагом 0,5кГц. С этой целью задавались изменения пеленга, равные 0.5 и 0.25градусов. Результат расчета пеленга по всем частотным дискретам и его среднее значение приведены на рис.3. Увеличение точности системы при использовании многочастотного сигнала достигнуто за счет увеличения суммарной излучаемой энергии, поэтому излучатель навигационных сигналов целесообразнее устанавливать на борту обеспечивающего судна, а приемник - на объекте навигации. Разработанная аппаратура используется в составе навигационной системы полуавтоиомного подводного аппарата Т8Ь.

Рис.3. Угловая чувствительность на различных частотах

В п.3.3. и 3.4. обсуждаются опыт градуировки УКБ в условиях мелкого и глубокого моря. Приводятся оценки основных характеристик ГАНС УКБ полученные в натурных условиях на основе сравнения с соответствующими данными ГАНС ДБ и GPS. Отмечено, что ряд важных результатов, необходимых для оценки угломерных характеристик ГАНС УКБ, можно получить с использованием- аналитических соотношений, связывающих угловые и дальномерные данные. Выстроена локальная поверочная схема оценки погрешности угловых измерений на основе известной погрешности измерений дальности. Это упрощает процедуры оценки точности угловых измерений, если известны или заданы некоторые параметры движения АНГТА, а дальномерные измерения выполняются с высокой точностью. В мелководном случае такая схема работ проще всего реализуется, если АНГТА движется равномерно относительно неподвижной приемной антенны. При наличии средств космической навигации, обеспечивающей низкую погрешность определения надводного положения объекта, с учетом того, что точность дальномерных измерений существенно выше угломерных измерений, можно выполнить достаточно оперативно полную градуировку системы в натурных условиях. Для этой цели необходим дополнительно маяк-ответчик и канал измерения дальности АНПА-маяк, установленный на АНПА. В мелководной бухте на якорь устанавливается маяк-ответчик, также на якорь устанавливается приемная антенна ГАНС-УКБ. АНПА совершает движение по замкнутой траектории, охватывающей мерную базу, составленную из маяка и приемной антенны. Проанализирован эксперимент с оценкой погрешности дальномерных измерений на основе сравнения данных ГАНС и GPS, причем при проведении эксперимента АНПА всплывал в угловых точках траектории для приема обсервации по GPS. Расчетное значение погрешности определения пеленга по дальномерным данным при погрешности дальномерного канала 0,007 оставляет менее градуса. Приведены результаты обработки экспериментальных данных, полученных при пуске АНПА в глубоком море на основе сравнения данных

ГАНС УКБ с данными ГАНС ДБ и БНС. Глубина моря составляла 2500м. На рис.4а представлена картина дифференциальной изменчивости наклонной дальности (приращение наклонной дальности между навигационными импульсами). Общее число принятых навигационных импульсов около 400. Из анализа приращения дальности отчетливо можно выделить все фазы движения: 1 - погружение, 2 - ход и зависание, 3 - погружение по окружности большого радиуса, 4 - ход и зависание, 5- смена курса и короткий галс, 6 - длинный прямолинейный галс, 7- зависание и ход, 8 - всплытие. При анализе фрагмента 3 траектории, где АНПА погружается с глубины 2000м до 2500м, на основе модели движения можно рассчитать значение ускорения - изменения приращения дальности. Отклонение экспериментальных данных от ожидаемой гармонической зависимости с амплитудой 1,7м дает абсолютную погрешность дальномерного канала (точнее ее случайную составляющую). Результаты определения ускорения приведены на рис.4б. Среднее значение погрешности на выделенном фрагменте составляет около 2м, единичные сбои достигают 3-4м. Следует напомнить, что наклонная дальность при этих измерениях составляла 2500-З000м. По полученным значениям пеленга, угла места и наклонной дальности, были вычислены горизонтальные дальности и глубина АНПА. На рис.4в, г сравниваются данные ГАНС ДБ и ГАНС УКБ. Расчетные данные по глубине сравнивались с показаниями датчика глубины БНС АНПА. Особенно наглядны сравнения дифференциальных характеристик (изменение глубины за 30с погружения) для фазы погружения 1, приведенные на рис.4д. Хорошее совпадение экспериментальных данных, приведенных на этих рисунках -свидетельство точности как дальномерных, так и угломерных измерений. Важно отметить, что величина угла места, измеряемая при погружении АНПА, составляла 80-85градуса. Поскольку точность пропорциональна эффективному раскрыву приемной антенны

(12)

где М=6-число каналов, кЬ - волновой размер антенны, д =20-30 дБ-отношение сигнал-шум, то при измерении таких углов реализуется почти потенциальная точность, соответствующая действующему отношению сигнал-шум, и равная, как следует из (12), около одной десятой градуса. На основании анализа дифференциальных характеристик можно оценить абсолютную погрешность угломерного канала. Рассмотрение проведено для угла места, чтобы исключить влияние погрешности датчика курса, на фрагменте 3 траектории. В качестве меры для оценки точности определено приращение угла места. Амплитуда каждой их трех полуволн на рассматриваемом фрагменте траектории будет зависеть от текущего значения угла места и составит по порядку соответственно 0,7 ,1,0 и 0,6 градусов. На рис. 4е приведены экспериментальные значения угла места и соответствующие изменения угла места. Штриховой линией дана оценка, сделанная на основе модели. Величина погрешности, как следует из сравнения, в среднем составляет около 0,2градуса. Единичные сбои достигают 1 градуса, но их

появление связано с изменением положения антенны, фиксируемом датчиками крена и дифферента. Аналогичный результат для оценки точности угломерного канала получается из сравнительного анализа приращения глубины по данным бортовой навигационной системы и данным ГАНС УКБ.

Глава 4. Методы построения и разработка основных элементов гидроакустической системы связи подводного аппарата.

Глава посвящена анализу методов и средств для построения системы оперативного контроля хода выполнения миссии АНПА, которая обеспечивает передачу по гидроакустическому каналу кадров видеоизображения с АНПА на борт судна.

В п4.1 анализируется общая структура системы связи. Исследованы системы с адаптацией схемы обработки по блоку данных конечной длины. Передаче каждого информационного сообщения предшествует синхроимпульс и набор фиксированных тестовых импульсов для настройки параметров канала. Настройка сохраняется неизменной при передаче данных и повторяется перед следующим блоком информации. Размер передаваемого сообщения определяется текущим состоянием канала связи. Принимаемый сигнал представлен сверткой излучаемого сигнала s(t) с импульсной характеристикой hit), к которой добавлен шум п (?). Импульсная характеристика Н = ^определена как распределение во времени

комплексной огибающей информационного символа, отсчитываемого с шагом, равным длительности символа. Интервал наблюдения должен соответствовать времени действия интерференционных помех. Для определения Н предложено излучать L когерентных сигнальных символов чередующейся фазы и выполнить корреляционную обработку принятых колебаний

'¡y,sdt}{ КЛ}- •

(Ы)г (Л)г

Оценки коэффициентов импульсной характеристики получены в виде:

Пакет символов, необходимых для формирования оценки импульсной характеристики, используется для уточнения синхронизации. При численном моделировании канала связи импульсная характеристика считалась известной, а в качестве параметров использовались отношение сигнал/шум, частота дискретизации при аналого-цифровом преобразовании, длительность символа, структура служебных и информационных символов. Обосновано применение системы, информационный символ которой представлен четырьмя значениями частоты и четырьмя значениями фазы. При длительности символа Т = 161 f0 и

частоте дискретизации обеспечивается уверенное выделение

информационного символа при отношении сигнал/шум более ЮдБ. Если принять f0 = 20 кГц и полосу частот А/ = 5 кГц, то эти параметры будут соответствовать скорости 5кбит/с. При дальности действия связи 6 км в условиях вертикального канала необходимый уровень излучения источника составит примерно 185 дБ (относительно 10-6 Па/м), а мощность, при

коэффициенте концентрации излучающей антенны 10 дБ - соответственно около 10 вт.

В п4.2 изложены результаты разработки широкополосных пьезопреобразователей для систем связи. Для обеспечения работы ГАСС в условиях мелкого моря или в глубоком море при достаточно большом горизонтальном удалении ОС от АНПА, характеристика направленности (ХН) должна иметь круговую симметрию и наиболее подходящими являются цилиндрические пьезопреобразователи. Для работы в условиях вертикального канала в глубоком море широкополосные антенны ГАСС должны иметь однонаправленные ХН и состоять из стержневых пьезоэлементов. Для достижения скорости 5-10кбит/с необходимо иметь полосу 5-10 кГц. При центральной частоте канала связи 15-25 кГц это означает, что относительная полоса составит 40-50% и, как для поршневых (стержневых), так и для цилиндрических пьезопреобразователей необходимо применять специальные меры по расширению полосы. Расширение полосы пропускания достигнуто применением согласующих слоев различного типа, специальной структурой внутреннего заполнения и введением пассивных материалов в состав стержневых пьезопакетов. Все эти элементы позволяют изменять частотную зависимость акустической нагруженности преобразователей и, соответственно, частотную характеристику антенн. Предложены и обоснованы цилиндрические преобразователи с полосой рабочих частот до 3 октав, много резонансные и с управляемой резонансной частотой, различные стержневые преобразователи. Разработаны и аттестованы широкополосные антенны, выполненные в вариантах пригодных для установки на АНПА или буксируемой судовой антенне. Для установки на АНПА предназначена малогабаритная антенна с неуправляемой характеристикой направленности. В состав антенны входит стержневой пьезоэлемент, фронтальная сторона которого нагружена на систему тонких согласующих слоев, обеспечивающих необходимую полосу пропускания, а тыльная сторона экранирована системой из двух четвертьволновых слоев для подавления тыльного лепестка ХН. В варианте антенны, предназначенной для установки в составе судового оборудования, симметрично размещены семь идентичных элементов. Это позволило, при сохранении широкополосных частотных характеристик, обеспечить электрическое управление ХН, в соответствии с режимами работы канала связи.

В п.4.3. рассмотрены возможности организации приема сигналов ГАСС на многоэлементную антенну ГАНС УКБ. При работе системы после установления синхронизации с интервалом, равным длительности символа, в каждом канале определяются комплексные огибающие принимаемых сигналов. Сигналы системы связи, принятые каждым элементом многоэлементной дискретной антенны, на каждой частоте подвергаются взвешенному суммированию в выделенном временном интервале. Комплексные коэффициенты выбираются из условий когерентного сложения данных,

принимаемых по основному лучу и подавления отраженных лучей. При принятии решения о выборе информационного признака выбирается частотный канал с максимальным значением модуля.

Весовые коэффициенты при пространственной обработке не зависят от текущего амплитудно-фазового распределения сигнала на апертуре антенны, а определяются только найденными при решении навигационной задачи углами расположения объекта и отражающих границ. Для решения задачи необходимо также знать фазовые характеристики реальной антенны, которые, как показывает опыт разработки УКБ-антенн, могут существенно отличаться от аналитического описания. Для оценки углового разрешения при разделении прямых и отраженных сигналов восьмиэлементная антенна ГАНС УКБ была исследована на рабочей частоте системы связи. Расхождение теоретических и экспериментальных значений фазовых характеристик относительно максимального размера измерительной базы не превышает 5%. Это обеспечивает, при точном решении уравнений пеленгования, формирование углового сектора для приема сигналов шириной около 2-3 град. В п. 4.4. анализируются результаты исследования некогерентной многочастотной системы связи с амплитудной коррекцией передаточной характеристики канала. Суть предлагаемой системы состоит в разделении и передаче информации по нескольким частотным каналам, синхронизации пунктов излучения и приема специальным пилот-сигналом, выравнивании амплитудно-частотной характеристики канала связи в пункте приема и реализации приемника, обеспечивающего определение энергии принимаемого элементарного сигнала заданной длительности в каждом частотном канале в течение заданного временного интервала. Алгоритм декодирования символа включает определение частотного канала с максимальной энергией в заданном временном стробе. Экспериментальные исследования такой системы были выполнены в одной из мелководных бухт залива Петра Великого. Дистанция между точками излучения и приема составляла 500м, глубина места по трассе -от 2 до 6м. Информация передавалась отдельными строками. Размер строки мог быть произвольным и выбираться в зависимости от условий распространения акустического сигнала. При проведении экспериментов скорость передачи полезной информации составляла 2880 бит при передаче 4-х блоков в секунду, а вероятность ошибок не превышала 1%.

Глава 5. Разработка доплеровского лага для бортовой навигационной системы АНПА.

Для применения в составе АНПА был разработан экспериментальный образец малогабаритного экономичного доплеровского лага и выполнена натурная градуировка по разработанной методике.

В п.5.1. отмечена принципиальная важность разработки антенны лага с высокой энергетической эффективностью и широкой полосой рабочих частот. Была проведена экспериментальная разработка конструкции для достижения максимального коэффициента передачи по чувствительности в эхо-режиме в

широкой полосе частот за счет выбора волновых размеров отдельных элементов конструкции. Экспериментальный этап разработки здесь особенно важен, т.к. параметры, определяемые при расчетах, требуют незначительных на первый взгляд уточнений, но которые существенно сказываются на характеристиках антенн. Результатом разработки стала антенна, состоящая из четырех идентичных модулей. Коэффициент передачи для разработанной антенны достигает 0,43 при полосе пропускания 60-70 кГц. В п.5.2. отмечено, что при построении доплеровского лага, устанавливаемого на борту автономного подводного аппарата, основным ограничением для достижения высокой точности является импульсный режим работы. В режиме обзора/обследования высота движущегося АНПА над дном составляет единицы метров, а длительность зондирующих сигналов, соответственно, единицы миллисекунд. Чтобы увеличить быстродействие приемного тракта доплеровского лага при обработке коротких импульсных сигналов предложена схема измерения доплеровской частоты, основанная на спектральном анализе длинных квазикогерентных записей эхосигналов. Для этого обеспечивается последовательное накопление серии отраженных сигналов малой длительности, их фазовая сшивка и прореживание. В результате формируется одна квазикогерентная запись, длительность которой устанавливается необходимым частотным разрешением. Для сформированной записи сигнала увеличивается частотное разрешение при значительном уменьшении дисперсии. В п. 5.3 описана структура доплеровского лага, реализующего предложенную схему обработки. Основные технические характеристики описанного лага:

- диапазон измеряемых скоростей - от 0 до 2м/с,

- диапазон расстояний от дна, м от 3 до 50,

- ширина характеристики направленности, градусов - 4,

- габаритные размеры, мм 180x200, ..

- погрешность измерения доплеровской частоты, Гц - 6, что соответствует погрешности измерения скорости 0,01м/с,

- потребляемая мощность, Вт -4.

Конструктивно доплеровский лаг выполнен автономно в виде антенного блока и контейнера с блоком электроники. Обработанная информация в виде данных о высоте движения, продольной и поперечной составляющих скорости передаются в стандарте Я8-232 по бортовой сети АНПА на накопитель автопилота.

В п.5.4. приведены результаты натурных исследований характеристик лага в составе АНПА. Оценка характеристик лага проводилась при анализе результатов запусков АНПА в мелком и глубоком море при движении с различными скоростями на различном удалении от дна. АНПА совершал прямолинейные равномерные галсы. После завершения запуска определялись значения модуля и составляющих скорости по данным доплеровского лага. Полученные результаты сравнивались с расчетными значениями скорости на выделенных фрагментах траекторий по данным ГАНС. В таблице 4 приведены

значения скорости аппарата по данным ГАНС и исследуемого доплеровского лага. Дисперсия значений скорости в мелком море составляет 0,06-0,10м/с при времени накопления данных 1сек. При времени усреднения ЗОсек дисперсия уменьшается до 0,01-0,04 м/с.

В глубоком море дисперсия значений модуля скорости при времени накопления данных 1сек составляет а, =0,033м/с, при времени накопления ЗОсек -о„ =0,011 м/с. Работа бортовой системы навигации, основанная на счислении траектории по данным доплеровского лага, оценивалась при проведении эксперимента в условиях мелкого моря. АНПА совершал движение по замкнутой траектории. В угловых точках траектории АНПА всплывал на поверхность и принимал обсервацию по данным GPS. Расчет траектории на борту АНПА велся счислением- по данным разработанного лага и гироскопического датчика, курса. Работа инерциальной системы корректировалась показаниями лага. На рис.5 приведены траектории движения АНПА, где точками обозначены результаты расчета па данным ГАНС ДБ,

кружки - данные , GPS, сплошная линия - данные счисления.

Общая продолжительность запуска составила 5 часов. Суммарное расхождение

финишной точки по данным GPS и бортовой

навигационной . системы составило около 120 м: Это соответствует ошибке

измерения скорости менее

1500

1000

500

-500

-1000

-1500

-2000 -1500 -1000 -500

500

Рис. 5. Траектория движения АНПА по данным различных систем навигационного комплекса — ГАНС,'1 GPS и бортовой навигационной системы.

Глава 6. Техническая реализация и опыт практического применения гидроакустических средств навигации подводного робота.

В главе б приводятся результаты разработки и испытаний устройств и систем, принципы построения которых сформулированы в предыдущих главах. Конструктивно средства навигации объединены в составе единого судового комплекса оборудования, разделенного на бортовую и подводную части. В п 6.1 описана разработанная и испытанная ГАНС УКБ. Система имеет следующие технические характеристики:

- дальность действия до 10 км;

- рабочая частота 12,5 кГц;

- погрешность измерения пеленга менее 1 град;

- относительная погрешность измерения дальности 0,5%. Работу системы обеспечивает приемная круговая дискретная антенна, диаметром около 2 Л. Оценка случайной составляющей погрешности,

определяющая потенциальную точность системы, равна: при

отношении сигнал/шум (<у=10). Реальная оценка суммарной погрешности навигационной системы хуже из-за наличия погрешности, обусловленной дифракционными искажениями фазовой структуры сигнала на конструкции антенны и погрешности датчика курса. Натурные испытания и практическая эксплуатация системы проводилась в течение 1998-2003г. на различных акваториях при различных гидрологических условиях: в мелководных бухтах залива Петра Великого с глубиной места 10-15м и при горизонтальной дальности до 3-5км; в глубоководных районах Японского моря с глубиной места до 2500м. При этом горизонтальная дальность достигала 6 км; в Мотовском заливе Баренцева моря с глубиной места до 200 м и горизонтальной дальности до 3 км; в Уссурийском заливе Японского моря с глубиной места до 70 м и дальности до 6 км. Пример работы системы в режиме сопровождения изображен на рис. 6, где приведена траектория движения АНПА (левая кривая) и траектория обеспечивающего судна (правая кривая) при глубине моря 100-200м. При выполнении миссии АНПА совершал длительный переход (более 3 часов) со средней скоростью около 0,8м/с. Сопровождающее судно двигалось переменными курсами и скоростью до 5 узлов, удерживая АНПА на дистанции 1-2км.

В п. 6.2. описана система управления и связи для оперативного контроля хода поисковых работ АНПА. Конструктивно аппаратура совмещена с ГАНС. Система обеспечивает передачу графических изображений с АНПА на борт ОС по вертикальному гидроакустическому каналу и имеет следующие

характеристики:

- дальность действия 6-8 км;

- диапазон рабочих частот 16-20 кГц;

- скорость передачи данных, максимальная 4000бит/с;

- вероятность ошибок 1-2%.

Рис 6 Траектория А11ПЛ. по данным ГАНС-УКБ, Рис 7 Фотография

полученная в режиме движения сопровождающего судна. буксируемой антенны

Структура декодирования принимаемого символа основана на предположении, что в условиях вертикального канала связи прямой сигнал имеет максимальную амплитуду, а уровень донных и поверхностных отражений ниже. Кроме того, вводится защитный временной интервал при передаче данных, чтобы можно было дополнительно разделить прямые и отраженные сигналы временной селекцией В течение сеанса связи ведется оценка амплитудночастотной характеристики канала связи и выравнивание модулей коэффициентов передачи канала на всех рабочих частотах. Данные гидролокатора бокового обзора или фототелевизионной системы представляются автопилотом АНПА в виде кадра графического изображения, состоящего из 192 строк и 240 столбцов Яркость каждого пиксела - 4 бита. Значения битов задаются комбинацией из четырех частот и четырех значений фазы символа длительностью 1мс (рис 8) При проведении морских испытаний во время глубоководных запусков работа системы испытывалась при различном взаимном расположении АНПА и обеспечивающего судна. Глубина АНПА изменялась от 2000 до 2500м, горизонтальная дальность - от 400 до 1500м В процессе работы передавались ряд тестов В таблице 5 приведены данные статистической обработки принятых изображений и пояснены условия приема сигналов На рис.9 приведен пример передачи графического изображения

1'ис 9 I ест, передаваемый и принятым 1 АСС, линии справа и снизу - распределение ошибок по строкам и столбцам В п. 6.3. приведены сведения об общей структуре разработанного и эксплуатируемого навигационного комплекса. Аппаратура включает комплект маяков ответчиков, комплект приемопередающей аппаратуры АНПА и аппаратуру судового обеспечения. Комплекс обеспечивает навигацию, телеуправление, телеметрию и контроль хода поисковой операции путем передачи с борта АНПА кадров ТВ или ГБО изображений. В структуре судового оборудования разделены аппаратура, установленная непосредственно

на борту судна и опускаемый с борта судна на кабель-тросе буксируемый гидроакустический антенный модуль (БАМ) БАМ обеспечивает прием-излучение акустических сигналов отдельных систем, предварительную обработку и передачу данных по кабельной линии на борт судна. Фотография БАМ приведена на рис.7. Судовая аппаратура выполняет решение следующих задач.

- управление работой устройств, прием информации БАМ, GPS;

- обработку информации ГАНС ДБ и УКБ, расчет координат и отображение положения БАМ, судна, АНПА и маяков-ответчиков;

- телеуправление АНПА;

- обработку принимаемой информации ГАСС с АНПА.

В пб 3 также сформулированы предложения по совершенствованию навигационного комплекса В предлагаемом решении навигационная задача становится одним из этапов обработки данных системы связи. Работа системы при этом основана на точном знании положения объекта, передающего информацию, и временного распределения двух-трех отраженных лучей, соответствующих сложившимся геометрическим и гидрологическим условиям работы. Предполагается, что прием навигационных и связных данных обеспечивается общей многоэлементной навигационной антенной. В п 6 4 приведены результаты комплексных испытаний гидроакустических средств навигации, проведенных в одной из мелководных бухт Залива Петра Великого. Глубина места составляла 10-20м, горизонтальная дальность до 3 км. Суть испытаний сводилась к параллельной работе ГАНС ДБ, ГАНС УКБ, доплеровского лага, систем телеуправления и телеметрии при выполнении

запусков АНПА. Далее сравнивались - полученные траектории. АНПА' совершал движение прямолинейными галсами по замкнутой траектории. В угловых точках аппарат всплывал и определял свои координаты по данным GPS. Результаты приведены на рис. 10, где на одном планшете сравниваются траектории по данным ГАНС ДБ, ГАНС, УКБ и счисления по данным доплеровского лага. Рис 10 Испытания навигационного комплекса Траектории движения АНПА по расчетам ГАНС ДБ, ГАНС УКБ и счисления по данным доплеровскоголага

Разработанный комплект гидроакустического навигационного оборудования обеспечивал проведение поисковых работ, выполняемых АНПА в Японском море в марте 2003г. На первом этапе работ была выполнена съемка большой площади с использованием гидролокатора бокового обзора. Траектория движения приведена на рис.11 слева.

На траектории обозначены точки постановки маяков и группа целей, обнаруженных на ГБО-изображении. Общая площадь обследования составила около 22кв.км. Глубина места составляла в районе работ около 70м, горизонтальная дальность - до 6 км, точность навигационной привязки целей около 20м. На втором этапе выполнялось дообследование выделенного района размером 400х400м с использованием телевизионной системы Движение аппарата выполнялось в режиме телеуправления короткими прямолинейными галсами, отстоящими от предыдущих на несколько метров. Результаты обследования района приведены на рис. 11 справа, где изображены траектории АНПА по трем пускам, каждый продолжительностью 5-6 часов, совмещенных на квадрате поиска. Точкой на рисунке обозначена найденная цель. Суммарная площадь телевизионного обзора составила не менее 100000 кв. м, а точность навигационной привязки галсов менее 10м, что позволило выполнить поставленную задачу.

Основные результаты и выводы

1. Разработаны и исследованы методы определения углового положения источника тональных и широкополосных навигационных сигналов при обработке информации малогабаритных приемных антенн и принципы построения ультракороткобазисных систем навигации:

- Исследованы пеленгационные характеристики амплитудных пеленгаторов с суммарной и разностной обработкой данных в зависимости от уровня шумов в каналах.

- Предложен и обоснован высокоточный способ пеленгования источника тональных сигналов, основанный на применении антенн с большим числом приемников плотно размещенных на круговой базе с определением кумулятивной фазы.

На основе метода максимального правдоподобия решена задача статистической обработки навигационных данных при применении дискретных антенн произвольной конфигурации.

- Выведены расчетные соотношения для определения пеленга и погрешности пеленгования для ряда наиболее распространенных антенных конфигураций: линейных, круговых, комбинированных.

- Разработан фазовый пеленгатор, основанный на применении круговых антенн большого волнового размера с ограниченным числом элементов.

- Разработана методика расчета пеленга малогабаритной дискретной антенной, время распространения акустического сигнала на апертуре которой сравнимо с периодом средней частоты принимаемого многочастотного навигационного сигнала.

2. Разработаны методы оценивания точности ГАНС УКБ и методики измерения ее характеристик в лабораторных и натурных условиях:

- Разработаны многоэлементные приемные антенны для действующих образцов систем, которые обеспечивают величину систематической погрешности пеленгования около 0,5 градуса.

- Для описания дискретной многоэлементной антенны предложена векторная функция, каждая компонента которой описывает для выделенного элемента антенны зависимость фазы принимаемого акустического сигнала от направления его прихода.

- Разработаны методика и стенд для аттестации многоэлементных антенн.

- Разработаны методики определения точностных характеристик ГАНС УКБ в натурных условиях на основе сравнения с данными ГАНС ДБ, GPS, БНС.

- Предложены методы оценки относительных угловых измерений на основе обработки дальномерных данных при работе ГАНС УКБ в условиях мелкого и глубокого моря.

- Обоснованы характеристики и экспериментально проверена многоэлементная приемная антенна и методика устранения фазовых неоднозначностей, возникающих при увеличении размера измерительной базы путем статистической обработки многочастотных сигналов.

3. Исследованы методы и разработаны средства высокоскоростной системы передачи информации по гидроакустическому каналу с борта АНПА на обеспечивающее судно:

- Разработана структура системы передачи данных по многолучевому каналу связи с адаптацией схемы обработки по блоку данных конечной длины. Передаче информационного блока предшествует процедура настройки параметров приемника, временной размер блока определяется текущим состоянием капала связи.

- Предложена методика оценки импульсной характеристики канала связи и уточнения момента синхронизации путем передачи и обработки серии импульсов чередующейся фазы.

Выполнены исследования методов построения широкополосных пьезопреобразователей и разработаны специализированные цилиндрические и стержневые преобразователи со специальными характеристиками направленности, предназначенные для работы в аппаратуре системы связи.

- Предложена и обоснована схема приема сигналов системы связи многоэлементной навигационной антенной с реализацией пространственной фильтрации прямого луча в условиях многолучевого распространения на основании данных об угловом положении источника сигналов и помех, получаемых при работе ГАНС УКБ.

- Выполнены исследования и обоснована возможность передачи информации в многочастотном канале связи с предварительным выравниванием сквозной амплитудной частотной характеристики канала и выбором текущего сообщения на основе сравнительного анализа энергии в каждом частотном канале.

4. Для бортовой навигации подводного робота разработан и интегрирован в состав комплекса доплеровский лаг:

- Разработаны специализированные антенны лага с высокой эхо-чувствительностью.

- Разработан высокоскоростной метод спектральной обработки коротких импульсных сигналов, обеспечивающий высокое частотное разрешение за счет формирования длинных квазикогерентных реализаций отраженных сигналов.

- Разработана методика градуировки лага в натурных условиях путем вычисления скорости АНПА по дальномерным данным ГАНС и сравнения счисленной траектории с данными GPS.

5. Разработан, испытан и используется в реальных операциях гидроакустический комплекс навигации, обеспечивающий навигационно-управляющую поддержку выполнения миссии АНПА, оперативную передачу текущей измерительной информации на борт обеспечивающего судна, счисление траектории на борту АНПА

- Разработана гидроакустическая навигационная система с ультракороткой базой, которая включает: синхронизированный источник навигационного сигнала на объекте, судовой обрабатывающий комплекс с приемной антенной на кабель-тросе, приемник GPS.

- Экспериментально подтверждена возможность работы системы в режиме контроля местоположения АНПА, совершающего длительный переход вдоль протяженного объекта с движением обеспечивающего судна и буксировкой приемной антенны со скоростью до 5 узлов.

- Разработана аппаратура передачи информации по гидроакустическому каналу для оперативного контроля хода выполнения обзорно-поисковых работ в условиях глубокого моря. Аппаратура обеспечивает передачу данных со скоростью 4000бит/с, при вероятности ошибок около одного процента, что обеспечивает передачу кадров ТВ изображения за 45с.

.- Разработан, испытан и интегрирован в состав бортовой навигационной системы доплеровский лаг, обеспечивающий измерение вектора абсолютной , скорости АНПА в диапазоне скоростей 0-2м/с с погрешностью 1-2см/с.

- Продемонстрирована работоспособность комплекса в составе АНПА при выполнении реальных поисковых работ в Океане.

ОСНОВНЫЕ ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Демидин В.М., Золотарев В.В., Матвиенко Ю.В., Плотский В.Д., Серветников М.И. Гидроакустическая навигационная система. - Тез. Докл. 22 научно-техн. Конф. Дальневост. Политех. Инст., Владивосток , 1974,с.45.

2. Демидин В.М., Матвиенко Ю.В., Плотский В.Д., Серветников М.И. Навигационная система подводного аппарата «СКАТ». - Тез. докл 1 Всесоюзн. Конф. по иссл. и осв. ресурсов М. океана, Вл., 1976, с. 18-20.

3. Глухов Ю.А., Матвиенко Ю.В, Молоков Ю.Г., Никифоров В.В., Рылов Н.И. Использование подводного аппарата «СКАТ» для автоматизации гидрохимических исследований озера Байкал. - В сб. Подв. аппараты с программ, управлением и их системы. В-ок, ДВНЦ АН СССР, 1977,с.25-32.

4. Касаткин Б.А., Матвиенко Ю.В. Спектр собственных частот цилиндрического пьезопреобразователя. - Акуст. Ж.,1979,т.25, №6,с.932-935.

5. Касаткин Б.А., Матвиенко Ю.В. Цилиндрический пьезопреобразователь с , управляемыми характеристиками.- Акуст. Ж.,1982,том 28, №5,с.648-652.

6. Касаткин Б. А., Матвиенко Ю.В. К оценке широкополосности низкочастотных цилиндрических пьезопреобразователей. - Акустический журнал, 1983,том 29, №1,с 60-63

"7. Матвиенко Ю.В. О влиянии структуры внутреннего заполнения на характеристики цилиндрических пьезопреобразователей. - В кн.: Использование современных физических методов в неразрушающих исследованиях и контроле, Хабаровск, 1981,ч.2, с. 125-126.

8. Касаткин Б.А., Матвиенко Ю.В. Устройство для широкополосного излучения звука. - Авт. Свид. №794834, Бюл. изобр.,№1,1982г.

9. Касаткин Б.А., Матвиенко Ю.В. Цилиндрический электроакустический преобразователь .- Авт. Свид №1066665,Бюл. изобр.,№2,1984.

10. Касаткин Б.А., Матвиенко Ю.В. Электроакустический преобразователь. -Авт. Свид №1094159,Бюл. изобр.,№19,1984.

П. Матвиенко Ю.В., Ермоленко Ю.Г., Киров И.Б. Особенности разработки' антенн среднечастотного диапазона для гидроакустических систем <глубоководного аппарата. - Тез. докл., межвуз. Конф., ТОВВМУ, Владивосток,1992, с.78-83.

12. Касаткин Б.А., Ермоленко Ю.Г., Матвиенко Ю.В. Многофункциональный пьезопреобразователь для подводных исследований. - Сб. Подводные роботы и их системы, ИПМТ ДВО РАН, вып.5,1992г., с.133-140.

13. Ермоленко Ю.Г., Касаткин Б.А., Матвиенко Ю.В. Гидроакустический излучатель. - Патент Российской Федерации №2002381,1993.

14. В.А. Kasatkin, Ju.G. Larionov, Matvienko Y.V.Development of deep-water array for subbottom profiler- Proceeding of Oceans-94, Brest-France, 1994.

15. Касаткин Б.А., Кулинченко СИ., Матвиенко Ю.В., Нургалиев Р.Ф. Исследование характеристик фазового пеленгатора для УКБ-ГАНС. - В сб. Подводные роботы и их системы. Вып.6,1995, В-к, Дальнаука, с.75-83.

16. Матвиенко Ю.В., Макаров В.Н., Кулинченко СИ. О выборе структуры и характеристик аппаратуры гидроакустического канала связи подводного аппарата. -В сб. Морские технологии, Вл-к, Дальнаука, 199бг, в..1, с.84-94,

17. Матвиенко Ю.В., Макаров В.Н., Кулинченко С.И. Об одном методе построения приемника ГАСС для очень мелкого моря - Сб. Исслед. и осв. Мирового Океана, 6 Всерос. Акуст. Конф., Владивосток, 1998г., с. 162-163.

18. Матвиенко Ю.В., Кулинченко СИ., Кузьмин А.В. Квазикогерентнсе накопление коротких импульсных сигналов для увеличения быстродействия доплеровского лага. - В сб. Морские технологии, Вл-ок, Дальнаука, 1998г, вып.2, с.81-84.-

19. Матвиенко Ю.В., Макаров В.Н., Кулинченко СИ., Кузьмин А.В. Приемный тракт импульсного высокоточного доплеровского лага. - Патент РФ №2120131,1998.

20. Матвиенко Ю.В. Статистическая обработка информации гидроакустической: навигационной системы с ультракороткой базой. - В сб. Морские технологии. Вып.2,1998, Владивосток, Дальнаука, с.70-80.

21. Касаткин Б.А., Матвиенко Ю.В. Способ определения пеленга на источник излучения и устройство для его осуществления . - Патент РФ № 2158430, Бюл. Изобр.№33,2000г.

22. Матвиенко Ю.В. О точности амплитудных пеленгаторов. - Морские технологии, Владивосток, Дальнаука, 2003г, вып.5, с.56-62.

23. Матвиенко Ю.В., Макаров В.Н., Кулинченко СИ., Нургалиев Р.Ф., Рылов Р.Н. Гидроакустическая навигационная система с ультракороткой базой. - В сб. Морские технологии, Владивосток, Дальиаука, 2000г, вып.З, с. 102-113.

24.М.Д. Агеев, А.А. Борейко, Ю.В. Ваулин, В.Е. Горнак, В.В. Золотарев, Ю.В. Матвиенко, А.Ф. Щербатюк. Модернизированный TSL - подводный аппарат для работы на шельфе и в тоннелях. - В сб. Морские технологии, Владивосток, Дальнаука, 2000г, вып.З, с.23-38.

РОС. НАЦИОНАЛЬНО БИБЛИОТЕКА СЛетсрвург

♦ ЗЗОЭ КО «Т

J -

25. M.D.Ageev, A.A. Boreyko, V.E. Gomak, Yu.V. Matvienko, A.Ph. Scherbatyuk, Yu.V. Vaulin, V.V. Zolotarev. Modernized TSL-Underwater Robot for Tunnel and Shallow-Water Inspection. Proc of Intern. Conference. "Underwater Technologies -2000", Tokyo, 22-25 May, 2000.

26.Матвиенко Ю.В., Макаров В.Н., Кулинченко СИ., Рылов Р.Н. Пеленгатор, широкополосных навигационных сигналов. - В сб. Морские технологии, Владивосток, Дальнаука, 2000г, вып.З, с. 114-120.

27. Матвиенко Ю. В., Касаткин Б.А Гидроакустические навигационные системы. - В кн. Автономные необитаемые подводные аппараты. /Под общей ред. акад. Агеева М.Д./Владивосток, Дальнаука, 2000, с. 177-217.

28. Золотарев В.В.,Касаткин Б.А.,Косарев Г.В.,Кулинченко СИ.,Матвиенко Ю.В. Гидроакустический комплекс для глубоководного автономного необитаемого подводного аппарата. - Сб. трудов X сессии РАО , Москва, 2000г. с.59-62.

29. Матвиенко Ю. В. Оценка основных параметров гидроакустической системы связи для подводного аппарата. - В сб. Морские технологии, Вып.4,2001, Владивосток, Дальнаука, с.53-64.

30. Matvienko Y.V., Makarov V.N., Kulinchenko S. I. Simple system of hydroacoustic communication in shallow sea for AUV. - Shipbuilding and Ocean Engineering. Problems and Perspectives. Vladivostok 2001, p. 495-498.

31. Матвиенко Ю.В., Нургалиев Р.Ф., Рылов Н.И. Гидроакустическая система слежения за местоположением автономного подводного аппарата (АНПА).- VII Межд. Науч.-техн. конф. Соврем. Методы и средства океан. Исследов., Москва,2001.с. 198.

32. Матвиенко Ю.В., Макаров В.Н., Кулинченко СИ. Простая система гидроакустической связи в мелком море для АНПА - В сб. Проблемы и методы разработки и эксплуатации вооружения и военной техники ВМФ, вып 32,Владивосток,ТОВМИ, 2001. с.268-275.

33. Матвиенко Ю.В., Макаров В.Н., Кулинченко СИ., Нургалиев Р.Ф.,

Рылов Р.Н., Касаткин Б.А. Пеленгатор гидроакустической навигационной системы с ультракороткой базой. - Пат. РФ №2179730, Бюл. Изобр.№5,2002г.

34. Матвиенко Ю.В., Нургалиев Р.Ф., Рылов Н.И. Гидроакустическая система слежения за местоположением автономного подводного аппарата (АНПА) -Акустика Океана, Докл. 9 шк.-сем. Акад. Л.М. Бреховских, Москва, 2002г, с.347-350.

35. Рылов Н.И. , Матвиенко Ю.В., Рылов Р.Н. Приемная антенна фазового батиметрического гидролокатора бокового обзора -Патент РФ №2209530,2003г.

37. Агеев М.Д., Касаткин Б.А., Матвиенко Ю.В., Рылов Р.Н., Рылов Н.И. Гидроакустические средства навигации подводного робота. - VIII Межд. Науч.-техн. конф. «Современные методы и средства океанологических исследований», Москва ,2003,4.2, с.40-41.

37. Агеев М.Д., Ваулин Ю.В., Киселев Л.В., Матвиенко Ю.В., Рылов Н.И., Щербатюк А.Ф. Системы подводной навигации для АНПА. - VIII Межд. Науч.-

техн. коиф. «Современные методы и средства океанологических исследований», Москва ,2003,4.2, с. 13-22.

38. Матвиенко Ю.В. Обработка данных в УКБ-пеленгаторе основанном на несовершенной многоэлементной антенне. - VIII Межд. Науч.-техн. конф. «Совр. методы и средства океан, исследований», Москва, 2003,ч 1, с.24-25.

39. Агеев М.Д., Золотарев В.В., Касаткин Б.А, Матвиенко Ю.В. Аномальные явления в акустике морского дна и стратегия океанологических исследований с использованием АНПА. - VIII Межд. Науч.-техн. конф. «Современные методы и средства океан, исследований», Москва, 2003,ч.1, с. 13-23.

40. Матвиенко Ю.В., Рылов Н.И., Рылов Р.Н.. Метрологическое обоснование аттестации систем гидроакустического навигационного комплекса АНПА в мелком море. - Пятая Рос. научно-техн. конф. «Современное состояние и проблемы навигации и океанографии»(НО-2004, г. Санкт-Петербург).

41. Матвиенко Ю.В., Кузьмин А.В. Малогабаритный доплеровский лаг для АНПА. - Пятая Рос. научно-техн. конф «Современное состояние и проблемы навигации и океанографии»(НО-2004, г. Санкт-Петербург).

42. Поиск путей создания автоматических систем наведения и стыковки интеллектуальных автономных подводных роботов с причальными сооружениями, подводными и надводными носителями. -//Отчеты по НИР «Клотик-АН»// Научн. Рук. Академик Агеев М.Д., Отв. Исполнитель Матвиенко Ю.В., Владивосток ИПМТ ДВО РАН, 1993-1995г.

43. Разработка и создание автономного необитаемого подводного аппарата с повышенной дальностью хода и автономностью. - //Научн. Рук. Академик Агеев М.Д., отв. Исполнитель Матвиенко Ю В.,Владивосток,ИПМТ ДВО РАН, 1998-2001г., № Гос.рег. 01.960.010861.

44. Прогнозные исследования по созданию унифицированного ряда управляемых автономных аппаратов в интересах повышения эффективности систем освещения подводной обстановки, навигации, противолодочной и противоминной борьбы ВМФ. - //Отчет по НИР «Центурион-ДВО»//, Научн. Рук. Академик Агеев М.Д., отв. Исполнитель Матвиенко Ю.В.Владивосток, ИПМТ ДВО РАН, 1996г.

45. Специальные отчеты по ОКР «К - №». - Главный конструктор академик Агеев М.Д, зам.гл. констр. Матвиенко Ю.В., Владивосток, ИПМТ ДВО РАН, 1998-2003г.

№-8 6 6 9

Подписано в печать 20.04.2004 г. Формат бумаги 60x90/16. Усл. печ. л. 2,25. Зказ 22._Тираж 100 экз.

Типография ТОВМИ имени СО. Макарова.

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. АНАЛИЗ ОСНОВНЫХ МЕТОДОВ ОПРЕДЕЛЕНИЯ МЕСТОПОЛОЖЕНИЯ ИСТОЧНИКА НАВИГАЦИОННЫХ СИГНАЛОВ УЛЬТРАКОРОТКОБАЗИСНЫМИ СИСТЕМАМИ.

1.1. Постановка задачи разработки гидроакустического навигационного комплекса.

1.1.1. Опыт ИПМТ в разработке дальномерных навигационных систем.

1.1.2. Задачи разработки ГАНС-УКБ.

1.2. Амплитудные методы определения угломерной информации малогабаритными (ультракороткобазисными) антеннами.

1.2.1. Линейная эквидистантная антенна.

1.2.2. Круговая эквидистантная антенна.

1.2.3. Потенциальная точно сть амплитудных пеленгатор ов.

1.3. Об измерении сдвига фаз мезвду двумя тональными сигналами, искаженными шумом.

1.4. Расчетные формулы фазового пеленгования в системах с антеннами простой конфигурации.

1.4.1. Двухэлементный приемник.

1.4.2. Четырехэлементный приемник.

1.4.3. Шестиканальный фазовый пеленгатор.

1.5. Способ пеленгования источника навигационных сигналов с использованием круговых дискретных антенн с большим числом элементов.

1.5.1. Вывод расчетных формул и оценка погрешности УКБ-пеленгатора с круговой базой.

1.5.2. Алгоритмы пеленгования для пеленгатора с круговой базой с учетом изменения угловой ориентации антенны.

1.6. Выводы.

ГЛАВА 2. СТАТИСТИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА ИНФОРМАЦИИ ГИДРОАКУСТИЧЕСКОЙ НАВИГАЦИОННОЙ СИСТЕМЫ С УЛЬТРАКОРОТКОЙ БАЗОЙ.

2.1. Решение задачи пеленгования на основе статистических методов обработки.

2.2. Уравнения пеленгования для многоэлементных антенн различной конфигурации.

2.2.1. Линейная многоэлементная антенна.

2.2.2. Антенна с произвольным числом элементов на круговой базе.

2.2.3. Четырехэлементная антенна.

2.2.4. Круговая антенна с дополнительным элементом в центре.

2.2.5. Двухшкальная антенна.

2.2.6. Выводы.

2.3. Особенности обработки много частотного навигационного сигнала.

2.4. Конфигурация антенны и оценка потенциальной точности.

2.4.1. Антенны с полуволновым расстоянием между элементами.

2.4.2. Разреженные антенны.

2.4.3. Выбор сектора обзора на основе фазирования антенны.

2.5. Выводы.

ГЛАВА 3. МЕТОДОЛОГИЯ ОЦЕНКИ ТОЧНОСТИ НАВИГАЦИОННЫХ СИСТЕМ С УЛЬТРАКОРОТКОЙ БАЗОЙ.

3.1. Оценка систематической составляющей погрешности определения пеленга.

3.1.1. Фазовая функция несовершенной многоэлементной приемной антенны.

3.1.2. Разработка оборудования для метрологической аттестации приемных многоэлементных антенн.

3.1.3. Экспериментальные исследования точности антенн в лабораторных условиях.

3.2. Оценки точности широкополосного пеленгатора (исследование характеристик антенны для обработки многочастотного навигационного сигнала).

3.3. Экспериментальные исследования основных характеристик ультракороткобазисной навигационной системы в условиях мелкого моря.

3.3.1. Методика аттестации системы методом сравнения с данными аттестованной навигационной системы (на примере ГАНС-ДБ).

3.3.2. Методика оценки точности угловых измерений по дальномерным данным.

3.3.3. Метод градуировки ультракороткобазисной навигационной системы в натурных условиях с использованием опорного маяка-ответчика.

3.3.4. Метрологическое обоснование градуировки ультракороткобазисной навигационной системы по данным ГАНС ДБ и GPS.

3.4. Оценка метрологических характеристик ГАНС-УКБ в условиях глубокого моря.

3.5. Выводы.

ГЛАВА 4. МЕТОДЫ ПОСТРОЕНИЯ И РАЗРАБОТКА ОСНОВНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ ГИДРОАКУСТИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ СВЯЗИ ПОДВОДНОГО АППАРАТА. 146 4.1. Общий подход к оценке основных параметров ГАСС для АНПА.

4.1.1. Общие сведения.

4.1.2. О структуре информационного символа.

4.1.3. О синхронизации.

4.1.4. О выборе импульса для оценки характеристик канала связи.

4.1.5. Обработка блока данных.

4.1.6. Численное моделирование канала связи. 153 4.2.0 разработке широкополосных пьезопреобразователей и антенн для ГАСС.

4.2.1. Широкополосные цилиндрические пьезопреобразователи.

4.2.2. Цилиндрические пьезопреобразователи с управляемыми характеристиками

4.2.3. Широкополосные пьезопреобразователи поршневого типа.

4.2.4. Об электрическом согласовании пьезопреобразователей в широкой полосе частот.

4.2.5. Об энергетической эффективности широкополосных преобразователей.

4.2.6. Характеристики разработанных антенн.

4.3. Многоэлементный приемник сигналов ГАСС с адаптивным управлением ХН по данным пеленгатора навигационной системы.

4.3.1. Обработка данных.

4.3.2. Характеристики антенны УКБ при приеме сигналов системы связи.

4.4. Экспериментальное исследование некогерентной многочастотной системы связи с амплитудной коррекцией передаточной характеристики канала.

4.4.1. Алгоритм обработки многочастотного сигнала.

4.4.2. Структурная схема системы связи.

4.4.3. Экспериментальные исследования элементов системы гидроакустической связи в условиях мелкого моря.

4.5. Выводы.

ГЛАВА 5. РАЗРАБОТКА ДОПЛЕРОВСКОГО ЛАГА В СОСТАВЕ БОРТОВОЙ НАВИГАЦИОННОЙ СИСТЕМЫ ПОДВОДНОГО АППАРАТА.

5.1. Антенны.

5.2. Спектральная обработка коротких импульсных сигналов.

5.3. Структура и схемотехника.

5.4. Натурные исследования характеристик лага в составе АНПА.

5.5. Выводы.

ГЛАВА 6. ТЕХНИЧЕСКАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ И ОПЫТ ПРАКТИЧЕСКОГО ПРИМЕНЕНИЯ ГИДРОАКУСТИЧЕСКИХ СРЕДСТВ НАВИГАЦИИ ПОДВОДНОГО РОБОТА. 207 6.1. Техническая реализация гидроакустической навигационной системы с ультракороткой базой.

6.1.1. Структурная схема ГАНС-УКБ.

6.1.2. Особенности построения аппаратных средств.

6.1.3. Приемная антенна навигационной системы.

6.1.4. Обработка данных.

6.1.5. Интерфейс пользователя.

6.1.6. Программное обеспечение.

6.1.7. Натурные испытания и практическая эксплуатация ГАНС-УКБ.

6.2. Технические характеристики комплекта аппаратуры ГАСС.

6.2.1. Основные характеристики.

6.2.2. Принцип работы.

6.2.3. Структурная схема приемника.

6.2.4. Структура сигнала ГАСС.

6.2.5. Результаты морских испытаний в глубоком море.

6.3. Гидроакустический навигационный комплекс.

6.3.1. Состав и назначение судового навигационного комплекса.

6.3.2. Технические предложения на разработку комбинированной системы навигации и управления.

6.4. Комплексные испытания гидроакустических средств навигации и опыт их применения при проведении реальных работ.

6.4.1. Комплексные испытания средств навигации.

6.4.2. Опыт практического применения гидроакустических средств навигации при проведении реальных поисковых работ.

ИПМТ ДВО РАН является одним из признанных мировых лидеров в разработке и практическом использовании автономных необитаемых подводных аппаратов (АН-ПА) [1-2]. За последние 25лет АНПА Института принимали активное участие в проведении многих известных морских операций по поиску и обследованию затонувших объектов в различных районах Мирового океана. По свидетельству комиссии Мирового центра развития технологий (WTEC) в 1996 году опыт ИПМТ в разработке и практическом использовании АНПА превосходил опыт аналогичных программ США вместе взятых [3]. Успешному выполнению реальных работ способствовало наличие в составе АНПА различных гидроакустических средств, обеспечивающих навигацию, управление, телеметрию, поисковые и обзорные системы [4-5]. Все эти годы одной из важнейших задач была задача разработки и развития средств навигации, обеспечивающих как безопасную эксплуатацию аппарата, так и наиболее эффективное его использование. Как отмечает журнал «Sea Technology» навигация - ключевой фактор эффективности АНПА [6]. В комплексе навигационных средств гидроакустические средства навигации и управления занимают особое положение в силу специфики работы самого аппарата. Основное назначение этих систем - обеспечивать точное определение местоположения аппарата, управление ходом выполнения работ и контроль состояния АНПА с борта обеспечивающего судна (ОС), решение задачи текущего навигационного обеспечения на борту самого АНПА [7-8]. Опыт работы при проведении реальных операций показывает, что средства навигации и управления целесообразно объединить в рамках единого комплекта оборудования с расширением объема оперативной информации о ходе выполнения миссии путем передачи данных о высоте, глубине, скорости, курсе АНПА, кадров изображений телевизионной и ГБО -съемки. Исторически первыми были разработаны гидроакустические навигационные системы (ГАНС) различного типа [9-14]. ГАНС предназначена для определения местоположения АНПА либо в относительной системе координат, связанной с донными маяками -ответчиками, либо в абсолютной, географической.

По принципу действия навигационные системы разделяют на системы с длинной базой, основанные на измерении дальностей до объекта навигации от системы опорных точек (маяков-ответчиков), и системы с ультракороткой базой в которых решение навигационной задачи состоит в определении из одной точки дальности, азимута и угла места с использованием дальномерных и угломерных данных. Наибольшей универсальностью применительно к глубоководным подводным аппаратам с большой автономностью и дальностью действия обладают навигационные комплексы, содержащие комплексированные системы в составе ГАНС с длинной базой (ГАНС-ДБ) и ГАНС с ультракороткой базой (ГАНС-УКБ). Практически все известные зарубежные АНПА имеют в составе навигационных средств как длин-нобазисные, так и ультракороткобазисные системы, которые объединены в виде единого комплекта оборудования, а целесообразность выбора того или иного режима работы навигационного комплекса определяется текущей задачей [15-17]. Следует отметить, что наибольший опыт в разработке и практическом использовании ГАНС-ДБ имеется в Институте Океанологии РАН[18-19] и ИПМТ ДВО РАН [20-21]. Создателями системы в ИПМТ были Агеев М.Д., Касаткин Б. А., Кобаидзе В.В., Рыпов Н.И., Ларионов Ю.Г., Сидоренко А.В., Ковалев А.В. При выполнении практических работ эта система была расширена низкоскоростными средствами телеуправления и телеметрии (ТУ и ТМ).

Общую схему навигационного оборудования можно представить в виде, изображенном на рис.1. В схеме, предлагаемой на рис.1 , выделены дополнительные устройства, создание которых могло бы сформировать удобный, мобильный и достаточно точный комплекс для формирования на борту сопровождающего судна на-вигационно-информационной картины хода выполнения миссии АНПА и, кроме того, увеличить точность навигации на борту самого АНПА за счет применения инерциальной навигационной системы и датчика скорости [22]. Для решения этой задачи средства навигации необходимо дополнить ГАНС-УКБ, односторонней высокоскоростной системой передачи данных по гидроакустическому каналу, абсолютным лагом, комплексированием систем и созданием гидроакустического навигационного комплекса с гибкими возможностями по формированию комплекта навигационного обеспечения в зависимости от условий работы.

К настоящему времени ГАНС-ДБ является хорошо освоенным и надежным навигационным средством и, видимо еще долго будет обязательной в составе обеспечивающего оборудования АНПА [23-33]. Однако очевидно, что использование маяков-ответчиков и, тем самым жесткая привязка к району работ оправданы только в тех случаях, когда необходимы многократные пуски АНПА в одной точке или предъявляются повышенные требования к точности навигационного обеспечения. В иных случаях предпочтительнее использовать гидроакустическую навигационную систему с ультракороткой базой. ГАНС-УКБ были разработаны позднее ГАНС-ДБ, однако в силу простоты и удобства в эксплуатации они приобрели достаточно высокую популярность при обеспечении подводных работ с самыми различными техническими системами, снабженными маяком-ответчиком, либо пингером.

ГАНС-УКБ не содержит маяков, поэтому дешевле и требует меньше времени на подготовку системы к работе. Обычно ГАНС-УКБ кроме синхронизированного источника навигационного сигнала, устанавливаемого на борту объекта навигации, включает подводный модуль с малогабаритной приемной антенной, опускаемый на кабель-тросе с борта обеспечивающего судна, средства обработки и отображения на борту судна. Основное устройство системы - многоэлементная приемная антенна, габариты которой сравнимы с длиной волны навигационного сигнала. Антенна принимает сигнал и на основе обработки амплитудно-фазовой информации в каналах антенны определяет дальность, азимут и угол места объекта навигации, на котором установлен источник навигационного сигнала. Антенна снабжается дополнительно датчиками ее угловой ориентации (курс, крен, дифферент), а навигационные параметры получают в результате совместной обработки всей совокупности данных. Далее эта информация представляется в виде траектории АНПА с привязкой к географическим координатам, если по данным GPS известны координаты приемной антенны.

К достоинствам УКБ-систем следует отнести и то, что навигация АНПА может быть обеспечена в режиме движения обеспечивающего судна с определением текущего местоположения АНПА, совершающего длительный переход. Очевидно, для реализации режима сопровождения система должна работать при скорости буксировки судовой антенны до 5 узлов и при ее удалении от ОС до 1 км. Основными характеристиками навигационной системы являются дальность действия, точность и скорость развертывания. При оценке дальности следует исходить из того, что на АНПА установлен источник навигационных сигналов, работающий как маяк, синхронизированный с бортом ОС. Этот источник имеет заданную частоту и уровень излучения. Дальность действия зависит от рабочей частоты, гидрологии, глубин размещения антенн аппарата, маяков и обеспечивающего судна. Различают энергетическую дальность действия, которая определяется мощностью излучения, потерями на распространение сигнала, уровнем помехи и порогом обнаружения, и геометрическую дальность действия, которая определяется профилем скорости звука в районе работ и горизонтами излучения-приема [34-35]. Физически ограничение дальности действия гидроакустической навигационной системы объясняется формированием зон акустической освещенности и зон тени. Радиус действия дальномерной навигационной системы подводного аппарата, работающего вблизи дна, составляет реально 7ч-8 км при высоте установки маяков-ответчиков над дном 200ч-250м и высоте работы АНПА 30м. Для существенного увеличения дальности действия навигационной системы, с учетом придонного характера работы подводного аппарата, в любом случае и при любой гидрологии нужно увеличивать высоту маяка над дном. Для ГАНС-УКБ придонная рефракция не играет определяющей роли, поскольку приемная антенна размещена достаточно высоко над дном, поэтому потенциальная геометрическая дальность действия значительно выше и составляет для АНПА, работающего вблизи дна при типовой гидрологии глубокого моря, ориентировочно (7-8) глубин моря. Эта дальность соответствует размеру первой зоны акустической освещенности, в пределах которой возможен устойчивый акустический контакт между судовой приемной антенной и АНПА. При оценке точности навигационных систем следует отметить, что важнейшим параметром является точность измерения дальности, которая в свою очередь определяется точностью задания эффективной скорости звука. При учете всех факторов, определяющих структуру звуковых лучей в районе работ, и при наличии соответствующего методического и программного обеспечения оценка относительной погрешности определения скорости звука может достигать

10~3 — 10"4 [36,30]. Эта оценка по сути является оценкой погрешности определения дальности и, соответственно, погрешности определения местоположения АНПА для систем с длинной базой, информационной основой которой являются дальности. Горизонтальные координаты объекта определяются через расстояние до маяков-ответчиков с использованием обычного двумерного сферического алгоритма [37], причем для однозначного определения координат нужно иметь не менее трех маяков, образующих в общем случае донную сеть маяков. Для определения координат объекта относительно донной сети достаточно знать ее конфигурацию, для определения абсолютных координат объекта обязательна привязка координат маяков к абсолютным координатам. Конфигурация сети по возможности должна обладать элементом симметрии, чтобы обеспечить равную вероятность приема сигнала в районе работ [38-39]. При оценке современного состояния рынка навигационных гидроакустических систем, можно заметить, что ГАНС обеспечивают навигацию технических средств в диапазоне от десятков метров до десятков км. Общая тенденция - выпуск навигационных средств, позволяющих в произвольной конфигурации работать в режиме дальнометрии или режиме угловых измерений. Для всех современных разработок ультракороткобазисных систем характерны полная компьютеризация и комплексирование с длиннобазисной ГАНС и судовой GPS с целью унификации аппаратуры и улучшения ее характеристик в различных условиях эксплуатации. Новым является желание потребителей, чтобы отдельные устройства различных фирм были совместимы.

В длиннобазисных системах оценки относительной погрешности составляют 10 и фактически находятся на уровне, который был достигнут еще 20 лет назад. Иначе дело обстоит с точностью ультракороткобазисных систем. Для первых разработок ГАНС-УКБ была характерна высокая погрешность угловых измерений, составляющая единицы градусов. Однако при работе с АНПА дальность действия ГАНС-УКБ и ее точностные характеристики должны быть максимально возможными, т.к. они непосредственно определяют в значительной мере и эффективность использования самого АНПА.

Поэтому основные усилия ведущих фирм по развитию УКБ-систем направлены на увеличение точности. Так или иначе, все эти усилия связаны с разработкой новых приемных антенн и базируются на совершенной системе построения аппаратных средств и обработки данных.

Постоянное совершенствование элементной базы таких систем естественным образом улучшает и их технические характеристики, которые, однако, определяются не только совершенными высокими технологиями, но и объективными условиями их функционирования, а также полным комплексом методического и программного обеспечения их работы. Под объективными условиями функционирования понимается, прежде всего, специфика работы любых гидроакустических систем в море, которая определяется целым рядом факторов чисто физического характера, таких как неоднородность морской среды и связанная этим рефракция звуковых лучей, шумы моря и их специфическая частотная зависимость, статистический характер процесса распространения акустических сигналов и связанное с этим их замирание, сложное влияние границ разделе на структуру звукового поля и связанная с этим пространственно-частотная изменчивость всех кинематических характеристик. Знание этих факторов позволяет реализовать потенциальные возможности ГАНС, такие как дальность действия и погрешность определения координат объекта навигации, достижение которых зависит и от используемой элементной базы, и от правильного методического обеспечения работы на море, и от степени совершенства алгоритмов обработки всей навигационной и гидролого-акустической информации.

За последнее десятилетие погрешность снижена от 1-2 град до 0,1-0,Зград. УКБ-системы давно и успешно разрабатываются рядом иностранных фирм. Это Simrad (Норвегия), Sonardyne (Великобритания), Sonatech , EDO corporation Trackpoint, Nautronix (США) [40-50]. Первой ультракороткобазисной системой считается навигационная система RS-7 фирмы Ханивелл США, появившаяся в 1975 г., которая впоследствии была модернизирована и комплексирована с ГАНС-ДБ. Комплексированная система RS-906 характеризуется погрешностью определения координат объекта, снабженного пингером либо маяком ответчиком, в (1+2)% при изменении горизонтального расстояния в пределах г«(1^2)Н, где Н - глубина моря. Рабочий диапазон системы содержит высокочастотный 22-^-30 кГц и низкочастотный 6,25-^14,75 кГц поддиапазоны.

При анализе публикаций и рекламных проспектов зарубежных фирм разработанные УКБ-системы можно разделить на три группы. Первая группа имеет оценку погрешности определения направления - до 0,1-0,Зград. Это Simrad (HPR400), Sonardyne, Sonatech (NS-031), Nautronix (ATS-S02, RS902-916), ORE International (TrackpointH). Приведенные рекламные оценки в части определения случайной составляющей погрешности обоснованы в ряде соответствующих публикаций [45-49]. Во второй группе оценки погрешности определения направления - до 0,5-1,Оград. Это Simrad (HPR309ST), Edo Western corp. (NAVTRAK 406) . В обеих группах - аппаратура выпускаемая ведущими специализированными фирмами. Отдельно можно выделить усилия организаций, которые видимо самостоятельно создавали ГАНС для обеспечения своих работ. Это Харбинский университет [50-51], Масачусетский океанографический институт. Последний приводит данные о разработке и испытаниях ГАНС-УКБ для мелкого и глубокого (RATS) моря. RATS обеспечивает разрешение по углу 0,25град, а точность - ± 1.46град. Фирма ORE International выпускает, видимо, недорогой комплект аппаратуры LXT. В технических характеристиках этой системы приведены следующие данные: разрешение по азимуту 0,1 град, а угловая точность -5град. Разделение точностных характеристик систем, разрешения по углу и точности определения угла, становится понятным, если учесть, что система обеспечивает измерение угловых величин по всему горизонту в диапазоне 0-ЗбОград, а при градуировке антенны во всем диапазоне видимо формируется значительная неисключенная систематическая составляющая погрешности. Данные об известных системах сведены в таблицу 1, причем выделены сведения о характеристиках приемных антенн.

Из отечественных разработок ГАНС-УКБ известны сведения о разработках ЦНИИ Морфизприбор, Санкт-Петербургского государственного морского технического

Наименование Разработчик, применение Характеристики приемной антенны Характеристики системы Литера тура

POSmONIA USBL MORS (Франция) UV Victor Две ортогональных пары гидрофонов с увеличенной базой и устранением фазовой неоднозначности за счет измерения разности времен прихода Дальность до 8000м, погрешность 0,5% от наклонной дальности [28,40]

ORE LXT System ORE International (США) ROV,AUV Диаметр антенны около 1 Я Рабочая частота 22-3 ОкГц, погрешность измерения азимута -5 град., угловое разрешение -0,1 град. [44]

RATS WHOI (США) AUV REMUS Планарная антенна из 8 гидрофонов, разделенных на две группы по 4, для точного и грубого пеленгования. Общий корпус диаметром 200мм Дальность -3600м Угловое разрешение -± 0,25град., Угловая погрешность -± 1,46град. [45,46]

NS-031 SONATECH (США) Гидрофоны антенны образуют ортогональные пары с размещением элементов на базе 3-5 Я. Неоднозначность устраняется применением широкополосных сигналов. Дальность 9000м Угловая погрешность -менее 0,5 град для широкополосного сигнала и 0,1 град -для тонального . [47,29]

RS 910 NAUTRONIX (США) Шестиэлементная антенна, разделенная на две группы по 3, для точного и грубого пеленгования. Погрешность -0,25% от наклонной дальности [48,49]

ATS-2000 NAUTRONIX (США) Пятиэлементная антенна с общим корпусом диаметром 208мм . Диаметр сферического гидрофона 12,7мм Рабочая частота 15-18кГц, Погрешность местоположения -менее 1,75% от дальности [49]

NAVTRAK V/LR EDO Western corp. (США) Горизонтальная круговая база из 8 гидрофонов в общем корпусе, диаметром около 2 X. Дальность-10000м, погрешность измерения дальности 5 м, угловая погрешность -1 град [52]

HiPAP SSBL Kongsberg Simrad AUV HUGIN3000 Сферическая база с 241 приемником Погрешность местоположения -менее 0,5% от дальности [42,43]

Таблица 1.Основные характеристики ультракороткобазисных навигационных систем университета, Института океанологии Российской академии наук, НИИ СМ МВТУ им. Н. Баумана [52-54].

Первые российские публикации об общих подходах к разработке УКБ появились в конце 80-х годов. Были описаны опыты разработки антенн, представленных в виде трех ортогональных линейных антенн [55], линейной антенны, составленной их трех гидрофонов, образующих малую базу для грубого и большую базу для точного пеленгования [56], в виде комбинированного приемника из пары ортогональных градиентных приемников и приемника давления [57]. Ряд вопросов обработки данных и градуировки системы рассматривался в [58-60]. Практические работы по созданию ультракороткобазисной навигационной системы были начаты ЦНИИ Морфизприбор при выполнении ОКР «Океан», однако были остановлены в середине 90-х годов. В настоящее время проектируется ГАНС-УКБ в ИО РАН, основу которой будет составлять линейная двухшкальная приемная антенна. Основу системы навигационного обеспечения АНПА ИПМТ составляет гидроакустический навигационный комплекс, в состав которого входят работающие совместно или раздельно ГАНС-ДБ и ГАНС-УКБ. В составе комплекса конструктивно объединены судовые антенны систем, судовое обеспечивающее оборудование, унифицировано программное обеспечение. Выбор режима работы комплекса определяется текущей тактикой использования АНПА. Система с длинной базой успешно эксплуатировалась при проведении обзорно-поисковых работ, выполняемых подводными аппаратами ИПМТ ДВО РАН [21]. Дальнейшая модернизация' системы возможна на основе разработанных предложений, значительно расширяющих дальность действия за счет введения поверхностных маяков-ретрансляторов и увеличивающих точность определения эффективной скорости звука в районе работ с использованием алгоритмов инвариантной дальнометрии [36].

Необходимость оснащения АНПА, разрабатываемых в ИПМТ ДВО РАН, гидроакустической навигационной системой с ультракороткой базой была отмечена еще в 1979 г., когда появился первый серьезный опыт работы с длиннобазовой ГАНС. Систематические исследования с оценкой перспектив построения ГАНС-УКБ, обладающей высокой точностью угловых измерений, были начаты в середине

90-х годов. Ряд промежуточных теоретических и экспериментальных результатов был опубликован в работах [61-62]. Из анализа простейших пеленгадионных антенн в виде ортогональных пар элементов, следовало что даже при относительно высоком отношении сигнал/шум (при q=10,uB) их потенциальная точность невелика. Значительный прогресс в увеличении точности был сделан при применении многоэлементных антенн [63-64]. С целью уменьшения числа каналов обработки (и соответственно числа элементов в антенне) были детально проанализированы возможности круговых антенн с разреженным размещением приемных элементов. Общий размер антенны выбирается из условия обеспечения необходимой точности, а число каналов (равное 4-8) - из требований по ограничению энергетических и массогабаритных ресурсов. Поскольку волновой размер измерительной базы между гидрофонами превышает Я/2, то в таких системах необходимо устранять фазовую неоднозначность. Эта проблема решается выполнением процедуры пеленгования в два этапа [65].

На первом этапе грубого пеленгования определяется угловой сектор, в котором расположен объект навигации. Антенна при этом работает как амплитудный пеленгатор, точность которого определяется шириной ее ХН. На втором этапе решается точное уравнение пеленга, начальным приближением которого является значение угла компенсации при амплитудном пеленговании (осевого угла выбранного сектора наблюдения). При расчете пеленга используется вся информация, принятая в каждом канале системы: амплитуда, фаза, дисперсия шума. В итоге пеленг определяется в результате усреднения пеленгов, рассчитанных для каждой комбинации пар гидрофонов в антенне с весами, которые содержат как геометрическую составляющую, учитывающую ориентацию приемной пары элементов относительно искомого пеленга, так и энергетическую составляющую, пропорциональную отношению сигнал/шум по энергии в соответствующих каналах приемника.

Предложенный подход с использованием многоэлементных антенн для фазового пеленгования и статистической обработки всего объема принимаемой информации дает основания рассчитывать на потенциальную точность угловых измерений, составляющую десятые доли градуса. Эта оценка согласуется с последними достижениями ведущих зарубежных специализированных фирм Sonatech, Nautronix, Simrad, Sonardyne [37,47,49], которыми разработана и используется аппаратура с точностью угловых измерений около 0,1 град. При дальности действия 10 км эта аппаратура обеспечивает точность позиционирования 15-20 м, и сравнима с точностью дальномерных ГАНС.

Суммарная погрешность системы оказалась несколько выше за счет ряда допущений принятых при определении пеленгационных характеристик антенны. При решении уравнения пеленга необходимо знать характеристику антенны, которая связывает отклик антенны (прежде всего распределение фазы по дискретным элементам антенны) от углового положения источника сигналов. Эта характеристика отличается от аналитического описания, которое определяется только геометрией антенны, и в существенной степени зависит от технологического исполнения антенны, дифракционных искажений, взаимодействия по конструкции. Определение этой характеристики выполняется экспериментально на специализированном стенде с табуляцией угловой зависимости систематической составляющей погрешности [66].

Наряду с ГАНС, элементы которой распределены на АНПА, буксируемом модуле и обеспечивающем судне, в составе АНПА обязательной является система гидроакустической связи (ГАСС). ГАНС и ГАСС объединяет общность пространственного размещения элементов аппаратуры и необходимость передачи данных через гидроакустический канал, возможность унификации отдельных элементов систем.

ГАСС - одна из основных в структуре автономного необитаемого подводного аппарата (АНПА). Её задача - обеспечение надежного высокоскоростного обмена информацией меяаду АНПА и обеспечивающим судном (ОС). Эта система отличается от обычных гидроакустических средств связи рядом особенностей: заданной дальностью действия, работой в условиях как вертикального, так и горизонтального канала распространения звука, различным характером передаваемой информации. Последнее обстоятельство делает возможным варьирование скорости передачи, объема и частоты обновления информации в зависимости от текущего состояния канала связи и, соответственно, достоверности принимаемого сообщения. Так, для обзорно-поисковых систем АНПА (ТВ, ГБО) скорость передачи должна быть максимальной при умеренных требованиях к

1 о вероятности ошибки (10" - 10"). В информационных системах (навигация, контроль, управление) скорость может быть снижена в десятки раз с ужесточением требований по допустимой вероятности ошибки до Ю^-Ю"4.

Передача информации через гидроакустический канал связи - одна из основных задач гидроакустики. Эта проблема в самом широком плане исследовалась многими зарубежными научными школами в США [67-70], Франции [71-76], Англии [77], Китае [78-80]. Благодаря их работам разработана идеология, проведены исследования и освоен промышленный выпуск акустических модемов, предназначенных для использования в составе различной океанографической аппаратуры [80-82]. Первые результаты были получены для некогерентных систем связи, использующих многопозиционную частотную манипуляцию [83]. Для устранения влияния многолучевости применялись методы сверточного помехоустойчивого кодирования с предварительной настройкой канала связи по известному тестовому сообщению и алгоритм Витерби для выделения данных переданных по прямому лучу. Эти системы нашли самое широкое применение из-за их невысокой сложности и стоимости. Последние обстоятельства сохраняют привлекательность некогерентных систем и в настоящее время, когда скорость передачи данных составляет сотни и тысячи бит/с. Значительный прогресс в увеличении скорости передачи данных был сделан при разработке когерентных систем связи. Суть их состоит в обеспечении фазовой синхронизации и непрерывном отслеживании изменений текущих характеристик канала связи с использованием эквалайзеров. Применение этих методов позволяет независимо от условий распространения реализовать скорости передачи данных от единиц до десятков кбит/с [84].

В середине 80-х годов и в СССР были развернуты аналогичные работы по созданию технических средств передачи по гидроакустическому каналу больших объемов информации. Эти исследования проводились в Московском энергетическом институте, Новосибирском электротехническом институте связи, Акустическом Институте, ряде других организаций. [85-94]. Полученные тогда результаты заложили хорошие предпосылки для решения задачи при появлении современной элементной базы. В последующее время активные исследования проблем связи на больших дистанциях с использованием сложных помехозащшценных сигналов проводились в Акустическом институте [95-98], а применительно к океанографической аппаратуре, в том числе и подводным аппаратам - в Институте океанологии РАН [99]. Общие подходы в разработке аппаратуры ГАСС основаны в настоящее время на широком использовании современных программно-аппаратных средств, что позволяет компактно реализовать основные результаты, которые достигнуты за более чем тридцатилетнюю историю разработки гидроакустических систем связи. В первую очередь - это предварительная обработка передаваемой информации, увеличение информационной емкости сигналов за счёт применения многопозиционной фазово-частотной манипуляции, использование эквалайзеров для адаптивной коррекции характеристик канала связи, внедрение элементов помехоустойчивого кодирования [100].

Детальный анализ средств и методов систем связи сделан в [67]. В качестве примера можно выделить [101], где описана система для передачи цветного телевизионного изображения, причем скорость передачи стандартного кадра составляла 7с, при центральной частоте 25кГц и полосе частот антенны ЮкГц. Ряд зарубежных фирм выпускают аппаратуру средств ГАСС для широкого использования. IFREMER сообщает об аппаратуре TIVA со следующими характеристиками: ' 4

- диапазон глубин, м 2000^-6000

- частота/полоса частот, кГц 25/5

- максимальная скорость передачи данных, бит/с 9600

- время передачи кадра 200x150x6 бит/пике с уплотнением, с 12 без уплотнения, с 27

- вероятность ошибки 10"4

Другим примером ГАСС являются разработки фирмы "DATASONIC", создавшей ряд акустических модемов ATM 850/851 и ATM 870, имеющих стандартные интерфейсы RS-232 для ввода и вывода информации. Одна из этих систем ATM 850/851 имеет следующие характеристики:

- полоса частот, кГц

- скорость передачи данных, бит/с

- тип сигнала - многопозиционная частотная манипуляция

- уровень акустического излучения, дБ, отн. 1|д,Па для ненаправленной антенны для направленной антенны

- потребляемая мощность при передаче, Вт для ненаправленной антенны для направленной антенны

- диапазон глубин, м

- вес, кг в воде в воздухе

-габариты, мм

Этот модем используется в аппаратуре АНПА "ODISSEY" Оценим, прежде всего, количество информации, скорость ее накопления на АНПА и соотнесем со временем передачи необходимого объема данных для формирования адекватной картины обзора на обеспечивающем судне при заданной пропускной способности канала. Если ГБО обеспечивает разрешение 1.5м при ширине захвата по одному каналу 375м, а период зондирования составляет 1с, то общий объем цифровой информации в строке изображения для двухканального локатора составит 2кбайта. При этом полагается, что используется 16-ми разрядный АЦП с частотой дискретизации 2кГц. При скорости АНПА 1м/с, видимо достаточной будет передача одной строки за 10с, тогда время формирования кадра, содержащего 192 строки, составит 32 мин, а общая площадь обзора будет иметь размер (750x1920)м. При таких условиях канал связи для оперативного контроля данных ГБО с борта обеспечивающего судна должен иметь пропускную способность 1.5-2кбит/с.

15-20 1200

180 190

45

30 до 6500

18 38

0130x600.

В случае передачи телевизионного кадра общий объем информации в изображении, заданном числом строк (192), столбцов (256) и уровней яркости (цвета) (8) составит ~ 18.5кбайт. Тогда при скорости 1.5-2кбит/с, общее время передачи кадра составит 75-100с.

Работу систем телеметрии и телеуправления можно обеспечить, не изменяя выбранную скорость передачи данных через канал связи, используя избыточность для кодирования и увеличения помехоустойчивости.

Для заданных дальности действия 6 км и скорости передачи 1000-2000 бит/с остальные требования к системе можно определить на основе анализа классических уравнений дальности и потенциальной скорости передачи данных [102]. Прежде всего, это центральная частота ГАСС, которая составляет 20-25кГц и полоса рабочих частот 5-10кГц. Далее можно найти уровень акустического сигнала, полагая что уровень собственных шумов моря на частоте 25кГц составит 30-^-40дБ относительно 10~6Па в полосе 1Гц, полоса приемника ЮкГц, а отношение сигнал/шум составит 6дБ, тогда уровень сигнала Р~ 186 дБ.

Для оценки скорости передачи принципиальным шагом является выбор конструкции излучаемого сигнала. В этой части особенно ваясны оценка минимальной длительности элементарного радиоимпульса, которая жестко связана с характеристиками антенн, и выбор параметров системы фазово-частотной манипуляции и соответственно информационной емкости отдельного элемента сигнальной конструкции. Отдельно необходимо отметить проблему разработки t . приемника, обеспечивающего выделение полезных сигналов в условиях ярко выраженного дисперсионного канала связи, каким является гидроакустический канал. Для гидроакустического канала связи характерно наличие многолучевости, замираний сигнала, которые приводят к появлению интерференционных помех. Необходимость одновременного повышения надежности и скорости передачи информации, при существенных ограничениях на полосу частот и энергетику, делает одной из центральных задачу создания высокоэффективных акустических преобразователей и антенн. Для упрощения структуры приемника особое внимание следует уделить формированию направленности антенн, поскольку значительное подавление бокового и тыльного излучений могут стать наиболее действенным средством борьбы с помехами.

В предлагаемой работе приведены основные вопросы разработки ГАСС для АНПА. Целью работы была отработка отдельных функциональных узлов системы: антенн, аналоговых устройств, аппаратных средств преобразования сигналов и фактически полная разработка технических средств обработки данных. При проведении экспериментальных исследований были апробированы некоторые достаточно простые алгоритмы обработки данных, позволившие обеспечить работу 2 связи со скоростью до 3-4кбит/с с вероятностью ошибок примерно 10 в условиях как мелкого, так и глубокого моря. Эта система остается открытой для наращивания программного обеспечения и усложнения методов обработки данных, чтобы в дальнейшем увеличить скорость передачи информации и уменьшить вероятность ошибок.

Одним из важных элементов в структуре навигационного обеспечения АНПА является абсолютный лаг, обеспечивающий измерение вектора скорости относительно дна. Наличие точного датчика курса, магнитного или гироскопического, позволяет счислением рассчитывать траекторию АНПА на его борту. Практически все известные зарубежные АНПА оснащены доплеровскими лагами [7,103]. Имеется ряд зарубежных фирм, освоивших промышленный выпуск доплеровских лагов для установки на подводных аппаратах. Семейство лагов фирмы EDO corporation (USA) предназначено для точной навигации подводных t аппаратов[104]. Так модель 3050 имеет следующие характеристики: -диапазон измеряемых скоростей - от 0 до 10м/с, -диапазон расстояний от дна - от 1 до 100 м, -рабочая частота - 596 кГц,

-погрешность измерения скорости .абсолютная, 0,5 см/с; относительная, 0,1%. Высокая точность измерения скорости может быть обеспечена при малом времени накопления данных за счет использования техники обработки сигналов с распределенными спектрами [105-106] и применения специальных антенн с переменно-фазным включением элементов [104].

90% парка известных зарубежных АНПА в настоящее время оснащены различными модификациями лагов фирмы RDInstruments (USA). Модель доплеровского лага WN-300 имеет характеристики, оптимизированные по критерию "цена-параметры-сложность" [107]: -диапазон измеряемых скоростей - от 0 до 5м/с, -диапазон расстояний от дна - от 1 до 200 м,

-погрешность измерения скорости :абсолютная- 0,3 см/с; относительная - 0,4%. -потребляемая мощность, Вт -15.

В ИПМТ была начата разработка модели, целью которой стало создание компактного экономичного лага, обеспечивающего необходимую точность при типичных условиях эксплуатации в составе АПНА, разработанных Институтом.

Цель работы и задачи исследований

Целью работы является разработка высокоточных средств подводной навигации и управления с их экспериментальной апробацией в составе АНПА при проведении реальных поисковых работ в Океане. Для достижения цели решались следующие задачи:

1. Теоретическое и экспериментальное исследование принципов построения систем обработки многоканальной информации для определения углового положения источника тональных и широкополосных навигационных сигналов. Обоснование конфигурации малогабаритных многоэлементных антенн при реализации ультракороткобазисных навигационных систем с высокой потенциальной точностью.

2. Разработка аппаратуры, методологии оценки точностных характеристик и исследование точности гидроакустических навигационных систем на основе методов фазовой обработки сигналов и малогабаритных судовых приемных антенн.

3. Разработка технических средств передачи больших потоков информации по гидроакустическому каналу связи и расширение функциональных возможностей навигационных систем средствами приема и передачи информации, предназначенными для управления АНПА и оперативного контроля хода выполнения работ.

4. Разработка гидроакустических средств навигации для определения абсолютной скорости АНПА в составе бортовой навигационной системы.

5. Обоснование состава и разработка комбинированной системы навигации с унифицированным аппаратурным и программным обеспечением для совместного или раздельного использования ГАНС ДБ, ГАНС УКБ и системы передачи данных путем формирования на борту судна текущей навигационно-информационной картины, наиболее полно и адекватно отображающей выполнение обзорно-поисковых работ подводным роботом, и демонстрация ее эффективности в составе АНПА.

Научная новизна

1. Теоретически и экспериментально обосновано применение алгоритмов статистической обработки многоканальной информации для решения навигационной задачи в составе ГАНС УКБ с использованием круговых дискретных антенн большого волнового размера и малым числом элементов для достижения высокой точности фазовых пеленгаторов.

2. Разработаны и экспериментально исследованы методы и оборудование для оценки точности ультракороткобазисных гидроакустических средств навигации в натурных и лабораторных условиях.

3. Обоснованы характеристики и условия применения некогерентных многочастотных систем передачи данных по гидроакустическому каналу с адаптивной амплитудной коррекцией передаточных характеристик канала связи в составе комбинированной системы навигации АНПА.

4. Разработан малогабаритный экономичный импульсный доплеровский лаг с использованием квазикогерентного накопления данных для увеличения быстродействия.

5. Разработаны специализированные приемоизлучающие антенны для гидроакустических средств навигации и управления.

6. Создана комбинированная система гидроакустических средств навигации подводного робота, которая включает ГАНС ДБ, ГАНС УКБ, доплеровский лаг и систему передачи информации по гидроакустическому каналу и выполнена их опытная эксплуатация в составе АНПА при проведении реальных морских операций.

Положения выносимые на защиту

1. Принципы построения ультракороткобазисных навигационных систем с использованием круговых дискретных антенн.

2. Методология оценки точности ультракороткобазисных навигационных систем.

3. Технические решения и практическая реализация комплекса гидроакустических средств навигации подводного робота, который включает ГАНС ДБ, ГАНС У КБ, ДЛ и систему передачи информации.

Содержание работы

Основные результаты работы:

1. Исследованы принципы построения улътракороткобазисных систем и выполнен анализ основных методов определения углового положения источника тональных и широкополосных навигационных сигналов при обработке информации малогабаритных приемных антенн.

- Получены расчетные выражения и исследованы пеленгационные характеристики амплитудных пеленгаторов с суммарной и разностной обработкой данных.

- Отмечена низкая потенциальная точность систем простейшей конфигурации, содержащих одну, две или три пары ортогональных приемников при фазовых методах обработки данных и отмечена необходимость усложнения систем для увеличения точности.

- Предложен и обоснован способ пеленгования источника тональных сигналов, основанный на применении антенн с большим числом приемников плотно размещенных на круговой базе с определением кумулятивной фазы, погрешность которых потенциально может быть снижена до 0,1градуса.

- Получены расчетные формулы и на примере круговых антенн с большим числом элементов показана связь данных датчиков курса, крена и дифферента и их ошибок на величину измеряемых навигационных параметров и их погрешности.

- На основе метода максимального правдоподобия решена задача статистической обработки навигационных данных при применении дискретных антенн произвольной конфигурации. При этом оценка искомых параметров определяется путем совместной обработки всех пар каналов, взятых с различными весами. Весовые коэффициенты содержат как геометрическую составляющую, равную производной фазовой функции по измеряемому параметру, так и энергетическую, равную действующему в канале отношению сигнал/шум по энергии.

- Выведены расчетные соотношения для определения пеленга и погрешности пеленгования для ряда наиболее распространенных антенных конфигураций: линейных, круговых, комбинированных.

- Разработан фазовый пеленгатор, основанный на применении круговых антенн большого волнового размера с ограниченным числом элементов.

- Обоснована технология уменьшения числа каналов обработки с сохранением углового разрешения путем разделения процедуры пеленгования на два этапа: грубого пеленгования для определения сектора обзора и точного решения уравнения пеленга при заданном начальном приближении.

- Обоснована возможность разрешения фазовых неоднозначностей возникающих при работе разреженных антенн методами амплитудного пеленгования.

- Теоретически обосновано достижение углового разрешения 0,1-0,2 градуса при числе каналов 6-8 и волновом размере антенны 3-5 длин волн навигационной частоты.

- Получены соотношения для расчета пеленга малогабаритной дискретной антенной, время распространения акустического сигнала на апертуре которой сравнимо с периодом средней частоты принимаемого спектра.

2.Выполнены исследования методов оценки точности ГАНС УКБ и разработаны методики измерения их характеристик в лабораторных и натурных условиях.

- Для описания дискретной многоэлементной антенны предложена векторная функция, каждая компонента которой описывает для выделенного элемента антенны зависимость фазы принимаемого акустического сигнала от направления его прихода. Точное (экспериментальное) определение функции обязательно при решении задачи пеленгования навигационного объекта.

- Разработан стенд для аттестации многоэлементных антенн, который установлен в специализированном гидроакустическом бассейне и включает источник регулируемых сигналов и приемную систему с прецизионной поворотной платформой и многоканальной аппаратурой фазовых измерений для сигналов типа радиоимпульсов.

Разработана технология аттестации антенн, которая состоит в экспериментальном измерении фазовой функции антенны, определении аналитических функций, аппроксимирующих полученные данные и использование их при решении уравнений пеленгования, с табуляцией разности получаемой оценки пеленга и его истинного (установочного) значения в виде оценки систематической составляющей погрешности.

- Разработаны и исследованы многоэлементные приемные антенны для действующих образцов систем, которые обеспечивают величину систематической погрешности около 0,5градуса.

- Проведен сравнительный анализ работы ГАНС ДБ и УКБ в условиях мелкого моря с фиксированной установкой приемной антенны УКБ.

- Проанализирован метод оценки относительных угловых измерений на основе обработки дальномерных данных.

- Обоснован метод аттестации УКБ системы в мелком море с использованием опорного маяка-ответчика на основе обработки дальномерных данных. Показано, что при относительной ошибке измерения дальности несколько десятых процента, ошибка расчетного значения пеленга для АНПА, совершающего движение вокруг УКБ - антенны и маяка по замкнутой траектории, не превышает одного градуса.

- Проведен анализ и определены точностные характеристики УКБ системы по результатам работы в условиях глубокого моря. В качестве опорных данных использовались данные ГАНС ДБ, данные бортовой системы навигации и датчика глубины, дальномерные данные. Показана целесообразность анализа дифференциальной изменчивости дальномерных данных для идентификации отдельных фрагментов траектории движения АНПА и возможность обоснованного осреднения угловых данных при траекторией обработке. В результате анализа обоснован вывод о ошибке угловых измерений около 0,5град.

- Обоснована и экспериментально проверена методика устранения фазовых неоднозначностей, возникающих при увеличении размера измерительной базы путем статистической обработки многочастотных сигналов.

- Разработана и экспериментально исследована многоэлементная приемная антенна и аппаратура излучения (приема) сложных сигналов, выполнены оценки погрешности системы, которые составляют десятые доли град.

3. Исследованы методы и разработаны средства высокоскоростной системы передачи информации по гидроакустическому каналу с борта АНПА на обеспечивающее судно.

Выполнены исследования методов построения широкополосных пьезопреобразователей и разработаны специализированные цилиндрические и стержневые преобразователи со специальными характеристиками направленности, предназначенные для работы в аппаратуре системы связи: предложен высокоэффективный цилиндрический преобразователь с полосой пропускания до трех октав с использованием тонких согласующих слоев рупорной конфигурации, ХН которых соответствует требованиям для работы в мелком море; предложен много резонансный преобразователь для излучения и приема многочастотных сигналов, выполненный в виде набора соосных пьезоцилиндров; предложены поршневые пьезопреобразователи с ХН одностороннего типа для работы в условиях вертикального канала распространения сигнала.

- Проанализирована структура системы передачи данных по многолучевому каналу связи с адаптацией схемы обработки по блоку данных конечной длины. Передаче информационного блока предшествует процедура настройки параметров приемника, временной размер блока определяется текущим состоянием канала связи. Методами численного моделирования проанализированы особенности выбора связных сигналов и показана целесообразность применения сигнала комбинированной фазовой и частотной манипуляцией.

- Предложена методика оценки импульсной характеристики канала связи и уточнения момента синхронизации путем передачи и обработки серии импульсов чередующейся фазы.

- Предложена и обоснована схема приема сигналов системы связи многоэлементной навигационной антенной с реализацией пространственной фильтрации прямого луча в условиях многолучевого распространения на основании данных об угловом положении источника сигналов и помех, получаемых при работе ГАНС УКБ.

- Выполнены исследования и обоснована возможность передачи информации в многочастотном канале связи с предварительным выравниванием сквозной амплитудной частотной характеристики канала и выбором текущего сообщения на основе сравнительного анализа энергии в каждом частотном канале. Экспериментальные исследования такой системы обработки в условиях очень мелкого моря подтвердили возможность применения аппаратуры для передачи графических изображений со скоростью около 3000бит/с при малой вероятности ошибок.

4. Для бортовой навигации подводного робота разработан и интегрирован в состав комплекса доплеровский лаг.

- Выполнены исследования и разработаны специализированные антенны лага с высокой эхо-чувствительностью, полученной за счет оптимального акусто-механического согласования пьезопреобразователей антенны с рабочей средой.

Для увеличения быстродействия лага предложен и реализован метод спектральной обработки коротких импульсных сигналов, обеспечивающий высокое частотное разрешение за счет формирования длинных квазикогерентных реализаций отраженных сигналов. Метод позволяет определять компоненты скорости с минимальной дисперсией за одну секунду.

- Разработан и используется в составе АНПА экспериментальный образец доплеровского лага

- Разработана методика градуировки лага в натурных условиях путем вычисления скорости АНПА по дальномерным данным ГАНС.

5. Разработан, испытан и опробован в реальных операциях гидроакустический навигационный комплекс, обеспечивающий формирование навигационно информационной картины хода выполнения миссии на борту обеспечивающего судна и АНПА, состоящий из гидроакустических средств навигации, передачи информации и измерения абсолютной скорости.

- Разработана, испытана в мелком и глубоком море и интегрирована в состав навигационного комплекса ГАНС УКБ, которая включает: синхронизированный источник навигационного сигнала на объекте, судовой обрабатывающий комплекс с приемной антенной на кабель-тросе, приемник GPS. Система имеет следующие характеристики: дальность действия - 6-10 км; погрешность измерения пеленга - менее 1 град; погрешность измерения дальности - 0,5%. Экспериментально подтверждена возможность работы системы в режиме контроля местоположения АНПА, совершающего длительный переход вдоль протяженного объекта с движением обеспечивающего судна и буксировкой приемной антенны со скоростью до 5 узлов.

- Разработана, испытана и используется в составе привязного аппарата высокочастотная система УКБ навигации с размещением источника на борту судна, а приемника - на аппарате.

- Разработана и испытана в составе гидроакустических средств навигационно-информационной поддержки АНПА аппаратура передачи информации для оперативного контроля состояния обзорно-поисковых работ в условиях глубокого моря и вертикального канала связи. Аппаратура обеспечивает передачу данных со скоростью 4000бит/с, при вероятности ошибок около одного процента, что обеспечивает передачу кадров ТВ изображения за 45с.

- Разработан, испытан и интегрирован в состав бортовой навигационной системы доплеровский лаг, обеспечивающий измерение вектора абсолютной скорости АНПА в диапазоне скоростей 0-2м/с с погрешностью 1-2см/с.

- Предложена технология применения навигационного комплекса:

ГАНС ДБ - для многократных запусков АНПА в выделенных районах с поиском по площадям при повышенных требованиях по точности.

ГАНС УКБ в случае необходимости длительных переходов при отслеживании протяженных объектов или движущихся целей, в случае экстренных запусков АНПА, в случае скрытных запусков. <

ДЛ с расчетом траекторий по счислению - при выходе АНПА в заданную точку, при дообследовании с использованием ТВ систем.

- Продемонстрирована успешная работа комплекса в составе АНПА при выполнении реальных поисковых работ в Океане.

Благодарности.

В заключение хочу выразить глубокую признательность всем сотрудникам ИПМТ, кто принимал участие в разработке и испытаниях гидроакустических систем подводных аппаратов. Особая благодарность академику Агееву М.Д., заведующим отделами Касаткину Б. А. и Рылову Н.И.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. Ageev M.D. Modular Autonomous Unmanned Vehicle of 1.TP. - MTS Journal, 1996,Vol. 30, 1, p. 13-20.

2. Автономные необитаемые подводные аппараты. Под общей ред. акад. Агеева М,Д. - Владивосток, Дальнаука, 2000, 272с.

3. R.E. Burns. Submersibles, Marine Technologies. Sea Technology,1996, December, p.23-32.

4. R.Babb. AUV Navigation for Underwater Scientific Surveys. Sea Technology, 1990, December, p.25-32.

5. C. Hillenbrand. UUV Science& Technology Trends. Sea Technology, 1997, December, p. 10-15.

6. J. Romeo, G. Lester. Navigation Is Key to AUV Missions. Sea Technology,2001, December, p.24-29.

7. Бородин В.И., Смирнов Г.Е., Толстякова H.A., Яковлев Г.В. Гидроакустические навигационные средства. Л., Судостроение, 1983, 262с.

8. Милн П.Х. Гидроакустические системы позиционирования. Л., Судостроение, 1989,316с.

9. Gestone J.A., Cyr R.J., Roesler G:, George E.S. Recent developments in acoustic underwater navigation. Journal of Navigation, 1977, v.30, 2, p.246-280.

10. Болдырев B.C. Методы прецизионного . определения координат при гидрофизических работах в открытом море. Судостроение за рубежом, 1980. №2. с.29-42.

11. Кйслов А. Ф., Постников И.В. Точностные характеристики маяковых систем навигации с длинной акустической базой. Тез. Докл. 2 Всесоюзн. Конф. Исследование и освоение океана, Л., 1978. вып.2, с.95-96.

12. Касаткин Б.А., Кобаидзе В.В. Особенности гидроакустической навигации в шельфовой зоне. В сб. Подводные аппараты и их системы, Из-во ДВНЦ, Владивосток, 1977, с 84-88.

13. Касаткин Б.А., Кобаидзе В.В. Гидроакустическая синхронная дальномерная навигационная система. Патент Р.Ф. G01S 9/60, № 713278, 1978.

14. Смирнов Г.Е., Толстякова Н.А Навигационные системы с гидроакустическими маяками. Судостроение за рубежом. 1980, №9, с.45-54.

15. К. Vestgard, R. Hansen, В. Jalving and H.Pedersen. The HUGIN 3000 Survey AUV -Design and Field Results.- /Underwater Intervention 2001/.

16. T. Martin and G. Pilgrim. Survey Challenges in Deepwater Acoustic USBL Positioning of Towed or Tethered Underwater Vehicles. .- /Underwater Intervention 2001/.

17. Hubert THOMAS, Eric PETIT. From Autonomous Underwater Vehicles (AUV) To Supervised Underwater Vehicles (SUV). Oceans-97.

18. Парамонов A.A., Клюев M.C., Сторожев П.П. Некоторые принципы построения систем гидроакустической навигации с длинной базой. VII Межд. Науч.-техн. конф. «Современные методы и средства океанологических исследований» , Москва, 2001, с.244-245.

19. Парамонов А.А.,Афанасьев В.Н. Гидроакустическая навигационная система ГАНС-М. VI Межд. Науч.-техн. конф. «Современные методы и средства океанологических исследований» , Москва, 2000, с. 100-112.

20. Агеев М.Д., Блидберг Д.Р., Киселев JI.B., Рылов Н.И., Щербатюк А.Ф. Состояние и перспективы развития подводной робототехники. Морские технологии, Владивосток, Дальнаука, 2001г, вып.4, с.6-23.

21. Агеев М.Д., Касаткин Б.А., Киселев Л.В., Молоков Ю.Г., Никифоров В.В., Рылов Н.И. Автоматические подводные аппараты. Л., Судостроение, 1981,248 с.

22. J. Manley. Autonomous Underwater Vehicles for Ocean Exploration. 0ceans-2003, p.327-331.

23. Кобаидзе В.В. Скорость распространения гидроакустических сигналов в задаче дальнометрии. Препринт, Владивосток, ТОЙ ДВНЦ АН СССР, 1979, 37с.

24. Кобаидзе В.В. Исследование точности гидроакустической дальнометрии. -Автореферат диссертации к.ф.-м.н. Владивосток, ТОЙ ДВНЦ АН СССР, 1981, 26с.

25. Xavier Lurton, Nicholas W. Millard. The feasibility of a vaiy-long baseline acoustic positioning sistem for AUV. Proceeding of Ocean-94, Brest-France, 1994, vol.3, pp. 403-408.

26. Kasatkin B.A., Kosarev G.V. Feature of development of the APS for very long range AUV. Proceeding of Ocean-95, San-Diego, October, 1995, v. I, p. 175-177.

27. Касаткин Б.А. Гидроакустическая синхронная дальномерная система дальнего действия. Патент Р.Ф. G01S 15/08, № 2084923, 1995.

28. Acoustic Positioning. www. mors.fr.product.

29. Combined Range and Bearing Navigation Sensor. Model NS-031. -www. sonatech.com.product

30. Касаткин Б.А. Гидроакустическая синхронная дальномерная навигационная система. Патент Р.Ф. G01S 15/08, № 2084924, 1995.

31. D. Thomson, S. Elson. New Generation Acoustic Positioning Systems. 0ceans-2002, p.1312-1318.

32. Programmable Generic Transponder and Super Sub-Mini Transponder/Responder ,types 7971/7977/7978,7970/7973 www.sonardyne.co.uk

33. B. Manson. Wide-area positioning with lm accuracy. -International Ocean Systems, Desember 2001, p. 15-19.

34. Касаткин Б.А., Косарев Г.В. Физические основы акустической дальнометрии.-Вестник ДВО Р АНД998,№3.с.41-50.

35. Кобаидзе В.В. Модели ошибок и алгоритмы обработки дальномерной информации в гидроакустических навигационных системах. Препринт, Владивосток, ТОЙ ДВНЦ АН СССР, 1979, 42с.

36. Касаткин Б.А. Инвариантные характеристики звукового поля в слоистом океане. Докл. АН СССР, 1986, 291, №6, с. 1483-1487.

37. M.Deffenbaugh, J.G. Bellingham, Н. Schmidt. The Relationship between Spherical and hyperbolic positioning. Proceeding of Ocean-96,

38. Касаткин Б.А., Косарев Г.В. Анализ точности измерения координат маяков-ответчиков гидроакустической навигационной системы. Морские технологии, вып.1. Владивосток, Дальнаука, 1996, с.60-68.

39. Касаткин Б.А., Косарев Г.В. Использование траверзного метода для определения абсолютных координат маяков-ответчиков. Морские технологии, вып.2. Владивосток, Дальнаука, 1998, с.65-69.

40. J. Opderbecke. At-sea Calibration of a USBL Underwater Vehicle Positining System. -Oceans'2000.

41. Posidonia 6000. Underwater acoustic positioning system. www.ixsea-oceano.com

42. Newsletter. Kongsberg SIMRAD. Issue no.2-2000. www.kongsberg-simrad.com.

43. K. Vestgard, R. Hansen, B.Jalving, O.A. Pedersen. THE HUGIN 3000 SURVEY AUV. DESIGH AND FIELD RESULTS. 0ceans'2001.

44. LXT Low Cost Tracking System. www.ore.com

45. Thomas C. Austin, Roger Stokey, C. von Alt, R. Arthur, R. Goldborough. RATS, A Relative Acoustic Tracking System Developed for Deep Ocean Navigation- Oceans'97.

46. Thomas C. Austin, Roger Stokey. Relative Acoustic Tracking.- Sea Technology, 1998, March, p.21-27.

47. M. Watson, C. Loggins and Y.T. Ochi. A New High Accuracy Super Short Base Line (SSBL) System. Underwater Technology, 1998, p.210-215, Tokyo, Japan.

48. James E. Deveau. Underwater Acoustic Positioning Systems. OCEANS-95, Vol.1, p. 167-174, San Diego,USA.

49. NAUTRONIX. ATS accurate positioning. www.nautronix.com

50. Yin Dongmei, Song Xinjian, Feng haihong. The Key Technology to Implement an Underwater object Tracking and Positioning System. -The 3-d International Workshop Harbin, China, 2002,p.65.

51. Yin Dongmei, Song Xinjian, Feng haihong. Designing an Underwater Acoustic Positining System. The 3-d International Workshop Harbin, China, 2002,p.43.

52. Комляков B.A. Гидроакустические системы с маяками ответчиками для слежения за буксируемыми подводными комплексами. - Судостроение, 1997, №6, с.39-45.

53. Парамонов А.А., Носов А.В., Кузнецов В.Н., Дремучев С.А., Клюев М.С.,i I

54. Сторожев П.П. О повышении точности системы гидроакустической навигации сультракороткой базой. VII Международная конф. по океанологии, М., 2001г., с.80-81.

55. Богородский А.В., Корякин Ю.А., Остроухов А.А., Фомин Ю.П. Гидроакустическая техника исследования и освоения океана. VII Международная конф. по океанологии, М., 2001г., с.266-269.

56. Злобина Н.В., Каменев С.И., Касаткин Б.А. Анализ погрешности гидроакустической навигационной системы с ультракороткой базой. В сб. Подводные роботы и их системы. Вып.5,1992, Владивосток, ИПМТ ДВО РАН, с.116-123.

57. Касаткин Б.А., Кулинченко С.И., Матвиенко Ю.В., Нургалиев Р.Ф. Исследование характеристик фазового пеленгатора для УКБ-ГАНС.- В сб. Подводные роботы и их системы. Вьш.6,1995, Владивосток, Дальнаука, с.75-83.

58. Касаткин Б.А. Оценка погрешности УКБ-пеленгатора с круговой базой. В сб. Морские технологии. Вып. 1,1996, Владивосток, Дальнаука, с.69-73.

59. Касаткин Б.А., Матвиенко Ю.В Способ определения пеленга на источник излучения и устройство для его осуществления. Патент РФ № 2158430 , Бюл. Изобр.№33, 2000г.

60. Матвиенко Ю.В., Макаров В.Н., Кулинченко С.И. , Нургалиев Р.Ф., Рылов Р.Н. Гидроакустическая навигационная система с ультракороткой базой. Морские технологии, Владивосток, Дальнаука, 2000г, вып.З, с. 102-113.

61. Матвиенко Ю.В. Обработка данных в УКБ-пеленгаторе основанном на несовершенной многоэлементной антенне. VIII Межд. Науч.-техн. конф. «Современные методы и средства океанологических исследований» Москва, 2003,ч.1, с.24-25.

62. John G. Proakis. Digital Communications. Publishing House of Electronics Industry, China, Beijing, 2000, 928p.

63. M.Stojanovic. Recent Advances In High-Speed Underwater Acoustic Communications. IEEE Journal Oceanic Engineering, Vol.2 l,No.2, 1996, p. 125-136.

64. M.Stojanovic, J.Catipovic, J.Proakis. Phase Coherent Digital Communications for Underwater Acoustic Channels. IEEE Journal Oceanic Engineering, Vol. 19,No. 1, 1994, p.100-111.

65. Stojanovic M., J.A. Catipovic and J.G. Proacis. Reduced Complexity Spatial and Temporal Processing of Underwater Acoustic Communication Signals.- J. Acoust. Soc. Am., 98(2), Pt.l, Aug. 1995, p.961-972.

66. J. Labat. Real Time Underwater Communication. Ocean-94, Brest, France, vol.3, p.501-506.

67. A.G. Bessios, F.M. Caimi. Multipath Compensation for Underwater Acoustic Communication. Ocean-94, Brest, France, vol.1, p.317-322.

68. Lester R. LeBlanc. Spatio-Temporal Processing of Coherent Acoustic Communication Data in Shallow Water. IEEE J. Ocean. Eng. Vol.25, No 1, Jan.,2000,p. 40-51.

69. Lester R. LeBlanc. Adaptive Beamformer For Communication In Shallow Water

70. B. Geller, V. Capellano, J.M. Brossier, A. Essebbar and G. Jourdain. Equalizer for Video Rate Transmission in Multipath Underwater Communication. IEEE J. Ocean. Eng. Vol.21, No 2, Apr., 1996,p. 150-155.

71. Billon D., Quellec B. Performance of High Data Acoustic Underwater Communication Systems Using Adaptive Beamforming and Equalizing. Ocean-94, Brest, France, vol.3, p.507-512.

72. R. Coates. Underwater Acoustic Communication. Sea Technology, 1994, no. 6, p. 41-47.

73. A. Zielinski, Young-Hoon Yoon, Lixue Wu. Performance Analysis of Digital Acoustic Communications in Shallow Water Channel. IEEE Journal Oceanic Engineering, Vol.20,No.4, 1995, p.293-299.

74. L. Wu and A. Zielinski. Multipath Rejection Using Narrow Beam Acoustic Link. -Oceans-88, Baltimore, p.287-290.

75. Wang C.H., Zhu Min, Pan Feng, Zhang X.J., Zhu W.Q. MPSK Underwater Acoustic Communication Modem.

76. ATM 870 Series. Acoustic Telemetry Modems. Users Manual. - Datasonics, febrary 1999.

77. K. Scussel, J.Rice, S. Merriam. A New MFSK Acoustic Modem for Operation in Adverse Underwater Channels. Oceans-97, Halifax.

78. J. Catipovic, M. Deffenbaugh, L.Freitag, D. Frye. An Acoustic Telemetry System for Deep Ocean Mooring Data Acquisition and Control. Oceans-89, p. 887-892.

79. F. Caimi, D. Kocak, G. Ritter, M.Schalz. Comparison and Development of Compression Algorithms for AUV Telemetry. Recent advancements.

80. П.И. Пенин, Э.А. Цвелев. О некоторых аппроксимациях, используемых при расчете гидроакустических каналов связи. Дальневосточный акустический сборник, вып. 1, Владивосток, 1975, с. 15-18.

81. П.И. Пенин, Э.А. Цвелев, А.В. Шульгин. Энергетический расчет гидроакустических каналов связи. Дальневосточный акустический сборник, вып. 1, Владивосток, 1975, с. 19-23.

82. Чверткин Е.И. Гидроакустическая телеметрия в океанологии .- Л. 1978. 149с., Изд-во Ленуниверситета.

83. В.П. Коданев, С.П. Пискарев. Методика оптимизации характеристик системы передачи цифровой информации по гидроакустическому каналу в условиях однолучевого приема. Акустический журнал, 1996,том 42, №4,с.573-576.

84. Ю.В. Захаров, В.П. Коданев. Помехоустойчивость адаптивного приема сложных акустических сигналов при наличии отражений от границ океана. Акустический журнал, 1996,том 42, №2,с.212-219.

85. Ю.В. Захаров, В.П. Коданев. Адаптивный прием сигналов в гидроакустическом канале связи с учетом доплеровского рассеяния Акустический журнал, 1995,том 41, №2,с.254-259.

86. Ю.В. Захаров, В.П. Коданев. Экспериментальные исследования акустической системы передачи информации с шумоподобными сигналами. Акустический журнал, 1994,том 40, №5,с.799-808.

87. Волков А.В., Курьянов Б.Ф., Пенкин М.М. Цифровая гидроакустическая связь для океанологических применений. VII Международная конф. по океанологии, М., 2001г., с.182-189.

88. L.R. LeBlanc and Р.Р.J. Beaujean. Spatio-Temporal Processing of Coherent Acoustic Communication Data in Shallow Water. IEEE Journal Oceanic Engineering, Vol.25,No. 1, 2000, p.40-51.

89. M. Suzuki, K. Nemoto, T. Tsuchiya, T. Nakarishi. Digital Acoustic Telemetry of Color Video Information. Oceans-89, p.893-896.

90. Р. Роулендс. Ф.Квинн. Пределы скорости передачи информации в гидроакустической телеметрии.- в кн. Подводная акустика, Москва, Мир, 1970, с.478-495.

91. Хребтов А.А. Судовые измерители скорости. JI., Судосроение, 1978, 286с.

92. K.V. Jorgenson, B.L. Grose, F.A. Crandal. DOPPLER SONAR APPLIED TO PRECISION UNDERATER NAVIGATION. OCEAN-93, vol.2, p.469-474.

93. Касаткин Б.А., Злобина H.B., Касаткин С.Б. Анализ характеристик пьезопреобразователя фазированной антенны доплеровского лага. В сб. Морские технологии. Вып. 1,1996, Владивосток, Дальнаука, с.74-83.

94. R. Pinkel, М. Merrefield and J. Smith. Recent Development in Doppler Sonar Technology. . OCEAN-93, vol.1, p.282-286.

95. RDI Workhorse navigator DVL. www.rdinstruments.com.

96. Демидин B.M., Золотарев B.B., Матвиенко Ю.В., Плотский В.Д., Серветников М.И. Гидроакустическая навигационная система. Тез.докл 22 научно-техн. Конф Дальневост. Политех. Инст. Владивосток, 1974.

97. Демидин В.М., Матвиенко Ю.В., Плотский В.Д., Серветников М.И. Навигационная система подводного аппарата «СКАТ». Тез.докл 1 Всесоюзн. Конф. По исследованию и освоению ресурсов Мирового океана .Владивосток, 1976.

98. Дорохин К. А. Представление данных гидроакустической навигационной системы. В сб. Подводные роботы и их системы. Вып.5,1992, Владивосток, ИПМТ ДВО РАН, с.94-100.

99. Дорохин К. А. Аппаратно-программное обеспечение судового блока гидроакустической навигационной системы. В сб. Подводные роботы и их системы. Вып.5,1992, Владивосток, ИПМТ ДВО РАН, с. 101-109.

100. Дорохин К.А. Контроллер гидроакустической навигационной системы. В сб. Подводные роботы и их системы. 1990, Владивосток, ИПМТ ДВО АН СССР, с. 102108.

101. Сосулин Ю.Г. Теоретические основы радиолокации и радионавигации. М., Радио и связь, 1992, с. 134.

102. Матвиенко Ю.В. О точности амплитудных пеленгаторов. -Морские технологии, Владивосток, Дальнаука, 2003г, вып.5, с.56-62.

103. Смарышев М.Д., Добровольский Ю.Ю. Гидроакустические антенны. Справочник.-JI., Судостроение, 1984, с. 171.

104. Я.Д. Ширман, В.Н. Манжос. Теория и техника обработки радиолокационной информации на фоне помех. М., Радио и связь, 1981г., 416с.

105. Дж. Бендат, А. Пирсол. Прикладной анализ случайных данных. Москва, Мир, 1989, 542с.

106. Kenneth S. Miller, Marvin М. Rochwarger. Acovariance Approch to Specrtral moment Estimation. IEEETransactions on Information Theory, Sept. 1972, p.588-596.

107. Weiqing ZHU, Wen XU, Jianyun YU. Error Estimation of Pulse Pair Correlation Differential Phase Estimator of Sonar Array. Oceans-96.

108. Zhu WeiQing, Wang ChangHong, Pan Feng,Zhu Min, Zhang XiangJun. Spectral Estimate in ADSP. Oceans-97.

109. Разработка устройств, приборов и принципов построения гидроакустических систем подводного аппарата. -//Отчет по ОКР «Маяк-ИПМТ»//, Научн. Рук. Матвиенко Ю.В.Владивосток, ГФЦ НПО Дальстандарт,1992г,190с.

110. Матвиенко Ю.В., Рылов Р.Н., Рылов Н.И. Разработка приемной антенны фазового батиметрического гидролокатора бокового обзора. VII Межд. Науч.-техн. конф. «Современные методы и средства океанологических исследований», Москва,2001, с.

111. Разработка и создание автономного необитаемого подводного аппарата с повышенной дальностью хода и автономностью.//Научн. Рук. Академик Агеев М.Д., отв. Исполнитель Матвиенко Ю.В.,Владивосток,ИПМТ ДВО РАН, 2001г., № Гос.рег. 01.960.010861.

112. Специальные отчеты по ОКР «К -1Р» //Главный конструктор академик Агеев М.Д, зам.гл. констр. Матвиенко Ю.В. Владивосток, ИПМТ ДВО РАН, 1998-2003г.

113. Г. Корн, Т. Корн. Справочник по математике .- Москва, Наука, 1970г, 720с.

114. Матвиенко Ю.В. Статистическая обработка информации гидроакустической навигационной системы с ультракороткой базой. В сб. Морские технологии. Вып.2,1998, Владивосток, Дальнаука, с.70-80.

115. Рылов Н.И. Об определении навигационных параметров в УКБ ГАНС по данным многоэлементной антенны. В сб. Морские технологии, Владивосток, Дальнаука, 2003г, вып.5, с.46-55.

116. A. Steele, С. Byrne, J. Riley, М. Swift. Performance Comparison of High Resolution Bearing Estimation Algorithms Using Simulated and Sea Test Data. IEEE Journal Oceanic Engineering, Vol.l8,No.4, 1993, p.438-446.

117. P. Kraeuther , J. Bird. Principal Components Array Processing for Swath Acoustic Mapping. Oceans-97.

118. Сверхбольшие интегральные схемы и современная обработка сигналов. Под ред. С. Гуна, X. Уайтхауса. Т. Кайлата., Москва, Радио и связь, 1989, 472с.

119. Марпл-мл. C.JI. Цифровой спектральный анализ и его приложения. М. Мир., 1990, 584с.

120. A. Steele, C.Byrne. High Resolution Array Processing Using Implicit eigenvector Weighting Techniques. IEEE Journal Oceanic Engineering, Vol. 15,No. 1, 1990, p.8-13.

121. R. Roy and T. Kailath. ESPRIT- Estimation Of Signal Parameters Via rotational Invariance techniques. IEEE Transactions on Acoustics, Speech and Signal Processing, Vol.37,No.7, 1989, p.984-994.

122. Gao Hogze, Xu Xinsheg. Researching on phase Detection method of Multi-beam Swath Bathymetry System. IWAET-99, Harbin, China, 1999, p. 198-203.

123. Кинкулькин И.Е., Рубцов В.Д., Фабрик М.А. Фазовый метод определения координат. М., 1979г,. 280с.

124. Матвиенко Ю.В., Макаров В.Н., Кулинченко С.И., Рылов Р.Н., Пеленгатор широкополосных навигационных сигналов. В сб. Морские технологии, Владивосток, Дальнаука, 2000г, вып.З, с. 114-120.

125. Матвиенко Ю.В., Макаров В.Н., Кулинченко С.И., Нургалиев Р.Ф., Рылов Р.Н., Касаткин Б.А. Пеленгатор гидроакустической навигационной системы с ультракороткой базой. Патент РФ №2179730, Бюл. Изобр.№5, 2002г.

126. В. Douglas and R. Pietsch. Optimal Beamforming Techniques for Imperfectly Calibrated Arrays. Proceeding of Ocean-96,

127. М.Д. Агеев, А.А. Борейко, Ю.В. Ваулин, B.E. Горнак, B.B. Золотарев, Ю.В. Матвиенко, А.Ф. Щербатюк Модернизированный TSL подводный аппарат для работы на шельфе и в тоннелях. - В сб. Морские технологии, Владивосток, Дальнаука, 2000г, вып.З, с.23-38.

128. Матвиенко Ю.В., Макаров В.Н., Кулинченко С.И. О выборе структуры и характеристик аппаратуры гидроакустического канала связи подводного аппарата. -В сб. Морские технологии, Владивосток, Дальнаука, 1996г, вып.1, с.84-94.

129. Матвиенко Ю. В. Оценка основных параметров гидроакустической системы связи для подводного аппарата. В сб. Морские технологии. Вып.4,2001, Владивосток, Дальнаука, с.53-64.

130. Прогнозные исследования по созданию унифицированного ряда управляемых автономных аппаратов в интересах повышения эффективности систем освещения подводной обстановки, навигации, противолодочной и противоминной борьбы

131. ВМФ. //Отчет по НИР «Центурион-ДВО»//, Научн. Рук. Академик Агеев М.Д., отв. Исполнитель Матвиенко Ю.В.,Владивосток, ИПМТ ДВО РАН, 1996г

132. Теоретические основы радиолокации. Под ред. В.Е. Дулевича., Москва, Советское радио, 1978, 608с.

133. Касаткин Б.А., Матвиенко Ю.В. К оценке широкополосности низкочастотных цилиндрических пьезопреобразователей. Акустический журнал, 1983,том 29, №1,с.60-63.

134. Балабаев С.М., Ивина Н.Ф. Компьютерное моделирование колебаний и излучений тел конечных размеров. Владивосток, Дальнаука, 1996, 214 с.

135. Пьезокерамические преобразователи. Справочник под ред. Пугачева С.И. -Ленинград, Судостроение, 1984, 256с.

136. Матвиенко Ю.В. Разработка и исследование методов описания и построения широкополосных цилиндрических пьезопреобразователей. Автореферат дис. К.ф.-м.н. ДОИ ДВНЦ АН СССР, 1985г., 22с.

137. Матвиенко Ю.В., Ермоленко Ю.Г., Киров И.Б. Особенности разработки антенн среднечастотного диапазона для гидроакустических систем глубоководного аппарата. Тез. Докл. Межвуз.конф. ,Изд ТОВВМУ, Владивосток, 1992, с.78-83.

138. В.А. Kasatkin, Ju.G. Larionov, Matvienko Y.V.Development of deep-water array for subbottom profiler.- Proceeding of Oceans-94, Brest-France, 1994.

139. Касаткин Б.А., Матвиенко Ю.В. Спектр собственных частот цилиндрического пьезопреобразователя. Акустический журнал, 1979,том 25, №6,с.932-935.

140. Касаткин Б.А. , Ермоленко Ю.Г., Матвиенко Ю.В. Многофункциональный пьезопреобразователь для подводных исследований. Сб. Подводные роботы и их системы, ИПМТ ДВО РАН, вып.5,1992г,с. 133-140. '

141. Ермоленко Ю.Г., Касаткин Б.А., Матвиенко Ю.В. Гидроакустический излучатель. Патент Российской Федерации №2002381, 1993.

142. Касаткин Б.А., Матвиенко Ю.В. Электроакустический преобразователь. -. Авт. Свид. №1094159,Бюл. изобр.,№19,1984.

143. Матвиенко Ю.В, О влиянии структуры внутреннего заполнения на характеристики цилиндрических пьезопреобразователей. В кн.: Использованиесовременных физических методов в неразрушающих исследованиях и контроле., Хабаровск, 1981,ч.2, с. 125-126.

144. Касаткин Б.А., Матвиенко Ю.В. Цилиндрический пьезопреобразователь с инверсией внутреннего излучения В кн.: Использование современных физических методов в неразрушающих исследованиях и контроле., Хабаровск, 1981,ч.2, с.131-132.

145. Касаткин Б.А., Матвиенко Ю.В. Измерительный излучатель звукового диапазона частот. Акустические измерения. Методы и средства. IV сессия Российского Акустического общества, Москва, 1995г., с.4.

146. Касаткин Б.А., Матвиенко Ю.В. Цилиндрический электроакустический преобразователь. Авт. Свид. №1066665, Бюл. изобр.,№2,1984.

147. Касаткин Б.А., Матвиенко Ю.В. Цилиндрический пьезопреобразователь с управляемыми характеристиками. Акустический журнал, 1982,том 28, №5,с.648-652.

148. Касаткин Б.А., Матвиенко Ю.В. Устройство для широкополосного излучения звука. Авт. Свид. №794834, 1982.

149. Анализ и разработка широкополосных гидроакустических антенн на основе пьезокерамических преобразователей. // Отчеты по НИР «Мыслитель -1»//,Научн. Рук. Матвиенко Ю.В.,Владивосток, ГФЦ НПО Дальстандарт, 1983-1985г.

150. Разработка и испытания тракта излучения сигналов специальной формы.

151. Отчеты по составной части НИР «Эвольвента -полоса»//,Научн. Рук. Матвиенко Ю.В.,Владивосток, ГФЦ НПО Дальстандарт, 1988-1990г.

152. Исследование передаточной функции акустического волновода и антенн.

153. Отчеты по НИР «Аквамарин»//, Научн. Рук. Касаткин Б.А, отв. Исполнитель Матвиенко Ю.В., Владивосток, ГФЦ НПО Дальстандарт, 1989г. .94с., № Гос.рег. 01.890.073426

154. Касаткин Б.А., Матвиенко Ю.В. Импульсные характеристики цилиндрических пьезопреобразователей. Тез. Докл Всесоюзн.конф. Мировой океан, Владивосток, 1983г, с. 16.

155. Рылов Н.И. , Матвиенко Ю.В., Рылов Р.Н. Приемная антенна фазового батиметрического гидролокатора бокового обзора. Патент РФ № 2209530, 2003г.

156. Р.А. Монзинго, Т.У. Миллер. Адаптивные антенные решетки. М., Радио и связь, 1986г., 446с.

157. Матвиенко Ю.В., Макаров В.Н., Кулинченко С.И. Об одном методе построения приемника ГАСС для очень мелкого моря Сб. Исследование и освоение Мирового Океана, 6 Всерос. Акуст. Конф., Владивосток ,1998г., с. 162-163.

158. Matvienko Y.V., Makarov V.N., Kulinchenko S. I. Simple system of hydroacoustic communication in shallow sea for AUV. Shipbuilding and Ocean Engineering, Problems and Perspectives, Vladivostoc, 2001, p. 495-498.

159. Матвиенко Ю.В., Макаров B.H., Кулинченко С.И. Простая система гидроакустической связи в мелком море для АНПА В сб. Проблемы и методы разработки и эксплуатации вооружения и военной техники ВМФ, вып.32, Владивосток, ТОВМИ, 2001. с.268-275.

160. K.V. Jorgenson, B.L. Grose, F.A. Crandal. H. Allegret. A New Generation of Acoustic Profiling Currentmeters. -Oceans-94, vol.1, p.429-434.

161. B.C. Бурдик. Анализ гидроакустических систем. JI.,Судостроение, 1988, 358 с.

162. Т. Lago, P. Eriksson and М. Asman. The Symmiktos Method: A robast and Accurate Estimation Method for Acoustic Doppler Current Estimation. Oceans-93, vol.2, p.381-386.

163. T. Lago, P. Eriksson and M. Asman. Short-time Spectral Estimation of Acoustic Doppler Current Meter Data. Ocean-96.

164. H. Susaki. A Fast Algorithm for High Accuracy frequency Measurement. Application to Ultrasonic Doppler Sonar. 0ceans-2000, p. 116-121.

165. H. Susaki. A Fast Algorithm for High -Accuracy Frequency Measurement. Application to Ultrasonic Doppler Sonar. IEEE Journal Oceanic Engineering, Vol.27,No. 1, 2002, p.5-12.

166. Матвиенко Ю.В., Кулинченко С.И., Кузьмин A.B. Квазикогерентное накопление коротких импульсных сигналов для увеличения быстродействия доплеровского лага. В сб. Морские технологии, Владивосток, Дальнаука, 1998г, вып.2, с.81-84.

167. Матвиенко Ю.В., Макаров В.Н., Кулинченко С.И. ,Кузьмин А.В. Приемный тракт импульсного высокоточного доплеровского лага Патент Российской Федерации №2120131, 1998г.

168. Матвиенко Ю.В., Кузьмин А.В. Малогабаритный доплеровский лаг для АНПА.- Пятая Российская научно-техническая конференция «Современное состояние и проблемы навигации и океанографии»(НО-2004, г. Санкт-Петербург).

169. Матвиенко Ю.В., Нургалиев Р.Ф., Рылов Н.И. Гидроакустическая система слежения за местоположением автономного подводного аппарата (АНПА).- Акустика Океана, Докл. 9 шк.-сем. Акад. JI.M. Бреховских Москва,2002г., с.347-350.

170. Матвиенко Ю.В., Макаров В.Н., Нургалиев Р.Ф Модуль навигационно-информационной поддержки АНПА. Тез. докл. ,ТОВВМУ, Владивосток, 1998.,

171. Золотарев В.В., Касаткин Б.А., Косарев Г.В., Кулинченко С.И., Матвиенко Ю.В. Гидроакустический комплекс для глубоководного автономного необитаемого подводного аппарата. Сб. трудов X сессии РАО, Москва, 2000г. с.59-62.

172. Агеев М.Д., Касаткин Б.А.,Матвиенко Ю.В., Рылов Р.Н., Рылов Н.И. Гидроакустические средства навигации подводного робота. VIII Межд. Науч.-техн. конф. «Современные методы и средства океанологических исследований» , Москва, 2003,ч.2, с.40-41.

173. Агеев М.Д., Ваулин Ю.В., Киселев JI.B.,Матвиенко Ю.В., Рылов Н.И., Щербатюк А.Ф. Системы подводной навигации для АНПА. -VIII Межд. Науч.-техн. конф. «Современные методы и средства океанологических исследований» , Москва, 2003,ч.2, с. 13-22.