Hydroakustické dopplerovské logá merajú rýchlosť prúdu. Relatívne oneskorenia

Princíp činnosti hydroakustického Dopplerovho logaritmu je založený na Dopplerovom jave, podľa ktorého sa pri relatívnom pohybe zdroja alebo prijímača zvukových vĺn mení frekvencia prijímaných kmitov vo vzťahu k vysielaným a táto zmena , nazývaný Dopplerov posun, je úmerný rýchlosti špecifikovaného relatívneho pohybu.

Pri použití Dopplerovho hydroakustického denníka sa vysielač aj prijímač vibrácií nachádzajú na nádobe. Zvážte proces tvorby Dopplerovho frekvenčného posunu, ku ktorému dochádza v tomto prípade

Bod O, ktorý je v posudzovanom prípade prijímačom, je pevný. Takže na základe výsledkov. Dá sa to napísať

V tomto bode sa zvukový lúč odráža bez zmeny frekvencie a potom ide do prijímača. Preto bod O možno považovať za stacionárny zdroj vyžarujúci vlny s frekvenciou . Frekvenciu v prijímači je možné určiť s prihliadnutím na skutočnosť, že teraz máme:

Výraz ukazuje, že v princípe je závislosť fd od rýchlosti lode nelineárna. Toto je jedna z hlavných nevýhod jednolúčovej guľatiny.

Absolútna chyba pri určovaní Dopplerovho frekvenčného posunu

možno nájsť pomocou vzorca

Viac výpovedná je relatívna chyba

Závislosť zmeny frekvencie kmitov alebo vlnovej dĺžky vnímanej pozorovateľom od rýchlosti zdroja kmitov a pozorovateľa pri vzájomnom pohybe sa nazýva Dopplerov jav. .

Dopplerov efekt pre zvukové vlny možno pozorovať priamo. Prejavuje sa zvýšením tónu zvuku, keď sa zdroj zvuku a pozorovateľ priblížia, a teda znížením tónu zvuku, keď sa vzdiali.

Princíp činnosti hydroakustickej guľatiny založenej na Dopplerovom jave a používanej na meranie rýchlosti lode vzhľadom na zem (spodok) je nasledujúci.

V spodnej časti nádoby je inštalovaná anténa, ktorá funguje ako vysielač a prijímač ultrazvukových vibrácií. V smere dnu sú ultrazvukové vlny s frekvenciou f 0 vyžarované vo forme úzkeho lúča pod uhlom Ө k rovine horizontu. Pre jednoduchosť predpokladáme, že uhol sklonu lode je nulový, vektor rýchlosti lode sa zhoduje s kurzom a nedochádza k žiadnym vertikálnym pohybom lode.

Vlnová dĺžka ultrazvukových vibrácií λ vo vode vyžarovaných z pohybujúcej sa nádoby, λ = W/ f 0 kde W- výsledná rýchlosť vyžarovanej vlny vzďaľujúca sa od lode v smere zvukového lúča.

rýchlosť W je určená rýchlosťou zvuku s a projekciou vektora rýchlosti Vc loď v smere žiarenia:

W=c - VcCOS Ө1 . Potom λ= (c - VcCOS Ө)/ f 0

V dôsledku nerovnosti spodného reliéfu je zvuková vlna rozptýlená vo všetkých smeroch, vrátane smeru k anténe. Signál ozveny s vlnovou dĺžkou λ bude teda prijímaný zdola,

Rýchlosť priblíženia signálu ozveny W′ =c + VcCOS Ө

V dôsledku toho môže byť frekvencia prijatých oscilácií, berúc do úvahy predchádzajúce rovnice, reprezentovaná ako f p = f 0 (1+(2VcCOS Ө)/c)

Rozdiel medzi frekvenciami echo signálu, ktorý prichádzal do antény zdola a emitovaným signálom bude rovnica jednolúčového Dopplerovho oneskorenia (Dopplerov posun).

f d \u003d f p - f 0 \u003d 2f 0 VcCOS Ө / c

Praktická implementácia jednolúčového dopplerovského oneskorenia je spojená s množstvom ťažkostí, z ktorých hlavnými sú nelinearita závislosti f d na V c , zmena uhla Ө

pri náklone, trimovaní a nakláňaní vplyv vertikálnej zložky rýchlosti lode na meraný signál. Pracovná hĺbka dopplerovských kmeňov sa pohybuje v rozmedzí 200 - 300 m. Chyba spôsobená zmenou rýchlosti zvuku v morskej vode môže dosiahnuť 4 %, preto boli vo väčšine návrhov kmeňov prijaté opatrenia na kompenzáciu alebo zohľadnenie chyba. Korekcia sa vykonáva ručne alebo automaticky podľa dvoch parametrov: teploty vody a slanosti. Presnosť odčítania dopplerovských oneskorení je pomerne vysoká aj pri uhloch päty, trimovania, náklonu, nepresahuje 2 - 3%. Celková chyba je 0,1 – 3 %.

14.Dvojlúčové a viaclúčové dopplerovské protokoly.

Účinným spôsobom, ako odstrániť nelineárny vzťah medzi frekvenčným posunom a rýchlosťou lode, je použitie dvojlúčový anténny systém, takzvaná schéma „Janus“ (obr. 8.4). Podľa tejto schémy sa akustické signály vydávajú pozdĺž diametrálnej roviny plavidla smerom k provy a korme pod rovnakým uhlom Θo. Frekvencia signálu prijímaného nosovým lúčom f2n môže byť určená výrazom f2н = fo*(1+2Vx*cos Θо/c + 2V²x*cos² Θо/c +…).-Formula 1). Pre signál prijatý na zadnom lúči získame podobný výraz nahradením Vx*cos Θо za - Vx*cos Θо. V dôsledku toho dostaneme: f2к = fo*(1-2Vx*cos Θо/c + 1- 2V²x*cos² Θо/c +…).-vzorec(2). Dopplerov frekvenčný posun nájdeme ako rozdiel medzi frekvenciami signálov prijímaných predným a zadným lúčom: fd = f2n- f2k .-vzorec (3). Nahradením hodnôt f2н a f2к v (3) v súlade s výrazmi (1) a (2) získame skutočnú hodnotu Dopplerovho frekvenčného posunu fd= (fo*4* Vx cos Θo)/s . -vzorec (4), kde c je rýchlosť šírenia signálu vo vode. Nájdite relatívne chyby δfd (ktoré je určené pomerom Δfd/fdl, kde fdl je posun dopplerovskej frekvencie oneskorenia) a δVx (δVx= ΔVx/Vx). Konečný výsledok vyzerá takto: δfd = Δfd/fdl = δVx= ΔVx/Vx = (V²x / s²)* cos² Θo.- vzorec (5). Takže pri použití Janusovej schémy v hydroakustickom Dopplerovom protokole je poskytnutý lineárny vzťah s vysokým stupňom presnosti medzi Dopplerovým frekvenčným posunom získaným ako rozdiel medzi signálmi prijatými prednými zadnými lúčmi a rýchlosťou lode. Dvojlúčová Dopplerova rovnica oneskorenia Vx \u003d (fd * C * sek Θo) / 4 * fo -vzorec(6), alebo Vx= fd/ Kv, kde Кv=(4* fo* cos Θо)/с - koeficient citlivosti rýchlosti oneskorenia. Kv charakterizuje veľkosť nárastu Dopplerovho frekvenčného posunu so zvýšením rýchlosti o 1 uzol. Ak sú ostatné veci rovnaké, je výhodnejšie mať veľkú hodnotu koeficientu Kv, pretože presnosť merania rýchlosti (pri rovnakej hodnote inštrumentálnych chýb) bude vyššia.

hydroakustická guľatina

hydroakustická guľatina

absolútny log, pracujúci na princípe echolotu. Poskytuje dostatočnú presnosť v hĺbkach nepresahujúcich 300 m. Existujú dopplerovské a korelačné hydroakustické logá. Pôsobenie Dopplerových hydroakustických logov je založené na zmene frekvencie prijímaného signálu spôsobeného pohybom lode voči dnu, korelačné hydroakustické logy - na porovnaní záznamu topografie dna získaného dvomi prijímačmi (s jedným vysielačom ) umiestnený pod dnom v diametrálnej rovine v určitej vzdialenosti od seba. Rýchlosť je určená časom medzi získaním podobných záznamov úľavy.

Edward. Vysvetľujúci námorný slovník, 2010

Pozrite si, čo je „Hydroakustický denník“ v iných slovníkoch:

hydroakustická guľatina- GAL Log, založený na využití zákonov šírenia akustických vĺn vo vode. [… Technická príručka prekladateľa

HYDROAKUSTICKÝ ZÁZNAM- hydroakustická stanica na určovanie rýchlosti plavidla vzhľadom na morské dno a uhlu driftu plavidla. Hydroakustická guľatina sa tiež nazýva absolútna guľatina. Existujú 2 typy hydroakustických záznamov: Doppler a korelácia. Princíp... ... Námorná encyklopedická príručka

hydroakustická guľatina- 70. Hydroakustická guľatina GAL E. Akustická guľatina založená na využití zákonov šírenia akustických vĺn vo vode Zdroj: GOST 21063 81: Lodné navigačné zariadenia. Pôvodné pojmy a definície...

Korelačný hydroakustický log- 71a. Korelačný hydroakustický denník Korelácia HAL Hydroakustický denník založený na použití korelačnej analýzy pri spracovaní hydroakustických signálov Zdroj: GOST 21063 81: Lodné navigačné zariadenia. ... ... Slovník-príručka termínov normatívnej a technickej dokumentácie

V súčasnosti sa na lodiach námornej dopravnej flotily používajú indukčné, hydrodynamické a rádiové dopplerovské denníky, ktoré merajú rýchlosť vzhľadom na vodu.

Indukcia zaostáva. Ich pôsobenie je založené na vlastnosti elektromagnetickej indukcie. Podľa tejto vlastnosti, keď sa vodič pohybuje v magnetickom poli, vo vodiči sa indukuje e. d.s., úmerné rýchlosti jeho pohybu.

Pomocou špeciálneho magnetu sa pod dnom nádoby vytvorí magnetické pole. Objem vody pod dnom, ktorý je ovplyvnený magnetickým poľom oneskorenia, môžeme považovať za súbor elementárnych vodičov elektrického prúdu, v ktorých je napr. d.s.: hodnota takéhoto e. d.s. umožňuje posúdiť rýchlosť pohybu plavidla.

Indukčný denník, bez ohľadu na konštrukčné riešenie jeho uzlov, obsahuje:

elektromagnety, kontakty na zber prúdu (elektródy) na snímanie signálu indukovaného vo vode; meracie zariadenie na meranie signálu na elektródach a jeho premenu na rýchlosť; opravné zariadenie, ktoré eliminuje metodickú chybu nameranej rýchlosti; výpočtové zariadenie na generovanie vzdialenosti prejdenej plavidlom; vysielacie zariadenie na prenos údajov o rýchlosti a prejdenej vzdialenosti do opakovačov a automatizácie lodí.

Indukčné denníky IEL-2 a IEL-2M prevádzkované na lodiach námornej flotily sú postavené podľa rovnakej schémy:

merajú len pozdĺžnu zložku relatívnej rýchlosti; za trup nevyčnievajú žiadne časti. Celá meracia a počítacia časť logov IEL-2 a IEL-2M je vyrobená na polovodičových prvkoch s maximálnym využitím integrovaných obvodov. Blokovo-funkčný princíp konštrukcie zabezpečuje rýchle odstraňovanie porúch a ich odstránenie výmenou jednotlivých uzlov (dosiek) bez následnej úpravy oneskorenia. Oneskorenie IEL-2M je modernizáciou oneskorenia IEL-2. V súčasnosti sa sériovo vyrába iba guľatina IEL-2M. IEL-2 lag bol prerušený v roku 1980. IEL-2M lag môže byť inštalovaný na všetkých námorných plavidlách, vrátane ľadoborcov a krídlových krídel.

Návod na obsluhu je nasledovný. So znečistením trupu lode začnú záznamy IEL-2 a IEL-2M vykazovať podhodnotené hodnoty. Zároveň kontrola „pracovnej nuly“, nuly meracieho obvodu a stupnice nevykazuje žiadne zmeny. Na odstránenie chyby v dôsledku znečistenia trupu je potrebné nastaviť novú stupnicu. Hodnota novej stupnice:

kde M je pôvodne nastavená mierka;

Vl je pozorovaná rýchlosť pozdĺž guľatiny;

Vi - skutočná rýchlosť plavidla vzhľadom na dno v čase pozorovania.

Po výpočte novej stupnice je potrebné prepnúť poleno do režimu mierky (prepínač druhu prevádzky na prístroji 6 nastaviť do polohy “Scale”) a použiť potenciometre “Coarse scale” a “Fine scale” na nastavenie novej hodnoty stupnice. Potom vráťte oneskorenie do pracovného režimu. Zaznamenajte si novú hodnotu mierky do formulára denníka a na mapu v zariadení 6. Novú mierku je možné nastaviť za pohybu aj vtedy, keď je plavidlo v kotvisku a kotvisku.

Obvody oneskorenia IEL-2 a IEL-2M obsahujú filter, ktorý spriemeruje ich hodnoty. Preto, keď sa rýchlosť lode zmení, denník túto zmenu opraví s určitým oneskorením. Filtre majú dve časové konštanty, ktoré sa nastavujú na žiadosť navigátora špeciálnym prepínačom. Prvú konštantu sa odporúča používať pri plavbe v blízkosti pobrežia a v pokojnom stave mora, druhú konštantu - pri plavbe na otvorenom mori a na rozbúrenom mori.

Hydrodynamické oneskorenia. Princíp činnosti je založený na meraní hydrodynamického tlaku vytváraného rýchlostným tlakom prichádzajúcej vody pri pohybe lode.

Korekcia hydrodynamického oneskorenia je spravidla nestabilná. Hlavnými dôvodmi jej zmien počas plavby sú unášanie lode, trimovanie, znečistenie trupu, nakláňanie a zmeny hustoty morskej vody so zmenou oblasti plavby.

Prax ukazuje, že najväčšiu chybu v meraní rýchlosti spôsobuje drift lode. Pri veľkých uhloch driftu môže chyba dosiahnuť 3-4%. Zo zmeny obloženia a znečistenia trupu chyba nepresiahne 1-2%. Pri použití zariadenia na príjem kmeňa sa chyba zo znečistenia trupu lode vôbec nevyskytuje.

Chyby spôsobené driftom, trimovaním a znečistením trupu sú systematické. Vzhľadom na to, že sú určené z pozorovaní, môžu byť v budúcnosti zohľadnené pri výpočte.

Chyba oneskorenia v dôsledku sklonu je pravidelná. Pri vývoji prejdenej vzdialenosti sa táto chyba integruje a v prípade symetrického sklonu zmizne.

Chybu (v %) oneskorenia od zmeny hustoty morskej vody so zmenou plavebnej oblasti možno vypočítať podľa vzorca

kde Dr je zmena hustoty morskej vody;

r je hustota vody v plavebnej oblasti. Najvyššia hodnota, ktorú môže Dv dosiahnuť, je 1,0-1,5%. Pri plavbe v jednom povodí (Baltské, Čierne, Kaspické more) táto chyba nepresahuje 0,5 %.

2. Absolútne zaostávanie.

Absolútne denníky sú denníky, ktoré merajú rýchlosť plavidla vzhľadom na zem. Aktuálne vyvinuté absolútne logaritmy sú hydroakustické a delia sa na dopplerovské a korelačné logaritmy.

Hydroakustické dopplerovské logá (GDL). Princíp činnosti GDL spočíva v meraní Dopplerovho frekvenčného posunu vysokofrekvenčného hydroakustického signálu vyslaného z nádoby a odrazeného od povrchu dna.

Výslednou informáciou je pozdĺžna a priečna zložka pojazdnej rýchlosti. GDL vám ich umožňuje merať s chybou až 0,1 %.Rozlíšenie vysoko presného GDL je 0,01-0,02 uzla.

Na meranie len pozdĺžnej zložky pozemnej rýchlosti musí mať GDL dvojlúčovú anténu A 1 (lúče 1 a 3 na obr. 4.1). Na meranie zložiek sklonu a náklonu musí byť anténa štvorlúčová, lúče 2 a 4 sa v tomto prípade používajú na meranie priečnej zložky pozemnej rýchlosti. Na základe nameraných pozdĺžnych a priečnych zložiek pozemnej rýchlosti umožňuje hydroakustický Dopplerov denník určiť vektor pozemnej rýchlosti plavidla v každom časovom okamihu a drift plavidla pod vplyvom vetra a prúdu.

Pri inštalácii prídavnej dvojlúčovej antény A 2 (pozri obr. 4.1) vám GDL umožňuje ovládať pohyb provy a kormy vzhľadom na zem, čo uľahčuje ovládanie veľkotonážneho plavidla pri plavbe cez kanály. , na úzkych miestach a pri vykonávaní vyväzovacích operácií.

Väčšina existujúcich GDL poskytuje meranie absolútnej rýchlosti v hĺbkach pod kýlom do 200-300 m. Vo väčších hĺbkach kmeň prestane fungovať alebo sa prepne do režimu merania relatívnej rýchlosti, t.j. začne pracovať od určitej vodnej vrstvy ako relatívny log.

Antény GDL nevyčnievajú za trup lode. Aby sa zabezpečila ich výmena bez ukotvenia plavidla, sú inštalované v klincoch.

Piezokeramické prvky sa používajú ako elektroakustické meniče v Dopplerových log anténach.

Zdroje chyby GDL môžu byť: chyba merania Dopplerovej frekvencie; zmena rýchlosti zvuku v morskej vode; zmena uhlov sklonu lúčov antény; prítomnosť vertikálnej zložky rýchlosti lode. Celková chyba z týchto dôvodov pre moderné oneskorenia nepresahuje 0,5%.

korelácia zaostáva. Princípom činnosti hydroakustického korelačného logu (HCL) je meranie časového posunu medzi akustickým signálom odrazeným od zeme, prijímaným anténami rozmiestnenými pozdĺž trupu lode (obr. 4.2). Signál U 2 (t) prijímaný zadnou prijímacou anténou opakuje tvar signálu U 1 (t) prijímaný prednou anténou s časovým posunom t rovným:

kde l je vzdialenosť medzi anténami;

V je rýchlosť lode.

Časový posun je určený korelačným spracovaním prijatých signálov. Na tento účel sa do signálovej cesty prednej antény zavedie variabilné časové oneskorenie, vypočíta sa funkcia vzájomnej korelácie obalových signálov diverzných antén a monitorujú sa jej maximálne hodnoty.

V hĺbkach do 200 m GKL meria rýchlosť voči zemi a zároveň udáva hĺbku pod kýlom. Vo veľkých hĺbkach sa automaticky prepne na prácu vo vzťahu k vode.

Výhody GKL vo vzťahu ku GDL sú nezávislosť indikácií od rýchlosti šírenia zvuku vo vode a spoľahlivejšia prevádzka na pitchingu.