Mevcut hızı ölçen hidroakustik Doppler günlükleri. göreceli gecikmeler

Hidroakustik Doppler günlüğünün çalışma prensibi, ses dalgalarının kaynağının veya alıcısının nispi hareketi ile alınan salınımların frekansının yayılanlara göre değiştiği Doppler etkisine dayanır ve bu değişiklik Doppler kayması olarak adlandırılan, belirtilen göreli hareketin hızıyla orantılıdır.

Bir Doppler hidroakustik log kullanırken, hem verici hem de titreşim alıcısı tekne üzerinde bulunur. Bu durumda meydana gelen Doppler frekans kaymasının oluşum sürecini düşünün.

İncelenen durumda alıcı olan O noktası sabittir. Yani sonuçlara göre. yazılabilir ki

Bu noktada ses ışını frekansı değişmeden yansıtılır ve ardından alıcıya gider. Bu nedenle, O noktası, frekansı olan dalgalar yayan durağan bir kaynak olarak düşünülebilir. . Alıcıdaki frekans, şu anda sahip olduğumuz gerçeği dikkate alınarak belirlenebilir:

İfade, ilke olarak fd'nin geminin hızına bağımlılığının doğrusal olmadığını gösterir. Bu, tek ışınlı bir kütüğün ana dezavantajlarından biridir.

Doppler frekans kaymasını belirlemede mutlak hata

formül kullanılarak bulunabilir

Göreceli hata daha gösterge niteliğindedir

Gözlemci tarafından algılanan salınımların frekansındaki veya dalga boyundaki değişimin, salınım kaynağının hızına ve gözlemcinin birbirine göre hareket ederkenki hızına bağımlılığına Doppler etkisi denir. .

Ses dalgaları için Doppler etkisi doğrudan gözlemlenebilir. Ses kaynağı ve gözlemci yaklaştığında ses tonunun artması ve buna bağlı olarak uzaklaştıklarında ses tonunun azalması ile kendini gösterir.

Doppler etkisine dayanan ve bir geminin yere (alt) göre hızını ölçmek için kullanılan bir hidroakustik kütüğün çalışma prensibi aşağıdaki gibidir.

Geminin altına, ultrasonik titreşimlerin vericisi ve alıcısı olarak işlev gören bir anten yerleştirilmiştir. Taban yönünde, f 0 frekansına sahip ultrasonik dalgalar, ufuk düzlemine Ө açısında dar bir ışın şeklinde yayılır. Basit olması için, geminin trim açısının sıfır olduğunu, geminin hız vektörünün rota ile çakıştığını ve geminin dikey hareketinin olmadığını varsayıyoruz.

Hareket eden bir tekneden yayılan sudaki ultrasonik titreşimlerin dalga boyu λ, λ = W/ f 0 burada W- ses huzmesi yönünde gemiden uzaklaşan yayılan dalganın sonuç hızı.

hız W sesin hızı ve hız vektörünün izdüşümü ile belirlenir Vc radyasyon yönüne gemi:

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

Alt kabartmanın düzensizliği nedeniyle, ses dalgası antenin yönü de dahil olmak üzere her yöne dağılır. Böylece alttan λ dalga boyuna sahip bir yankı sinyali alınacak,

Yankı sinyali yaklaşma hızı W' =c + VcCOS Ө

Sonuç olarak, önceki denklemler dikkate alınarak alınan salınımların frekansı f p = f 0 (1+(2VcCOS Ө)/c) olarak gösterilebilir.

Alttan antene gelen yankı sinyalinin frekansları ile yayılan sinyal arasındaki fark, tek ışınlı Doppler gecikmesinin (Doppler kayması) denklemi olacaktır.

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

Tek ışınlı bir Doppler gecikmesinin pratik uygulaması, başlıcaları f d'ye bağımlılığın doğrusal olmaması olan bir dizi zorlukla ilişkilidir. V c , açı değişimi Ө

yana yatma, trimleme ve yunuslama sırasında, geminin hızının dikey bileşeninin ölçülen sinyal üzerindeki etkisi. Doppler logların çalışma derinlikleri 200 - 300 m arasındadır.Deniz suyundaki ses hızındaki değişimin neden olduğu hata %4'e ulaşabilir, bu nedenle çoğu log tasarımında, doppler loglarının çalışma derinliklerini telafi etmek veya dikkate almak için önlemler alınmıştır. hata. Düzeltme, iki parametreye göre manuel veya otomatik olarak gerçekleştirilir: su sıcaklığı ve tuzluluk. Doppler gecikmelerinin okumalarının doğruluğu,% 2 - 3'ü geçmeyen, topuk, trim, yuvarlanma açılarında bile oldukça yüksektir. Toplam hata %0,1 - 3'tür.

14.Çift ışınlı ve çok ışınlı Doppler günlükleri.

Frekans ofseti ile gemi hızı arasındaki doğrusal olmayan ilişkiyi ortadan kaldırmanın etkili bir yolu, çift ​​ışınlı anten sistemi, sözde "Janus" şeması (Şekil 8.4). Bu şemaya göre, akustik sinyaller geminin çapsal düzlemi boyunca pruva ve kıça doğru aynı Θo açısında yayılır. Burun huzmesi f2n tarafından alınan sinyalin frekansı şu ifade ile belirlenebilir: f2н = fo*(1+2Vx*cos Θо/c + 2V²x*cos² Θо/c +…).-formül 1). Kıç kirişinden alınan sinyal için, Vx*cos Θо'yu - Vx*cos Θо ile değiştirerek benzer bir ifade elde ederiz. Sonuç olarak, şunu elde ederiz: f2к = fo*(1-2Vx*cos Θо/c + 1- 2V²x*cos² Θо/c +…).-formül(2). Doppler frekans kaymasını pruva ve kıç ışınları tarafından alınan sinyallerin frekansları arasındaki fark olarak buluyoruz: fd = f2n- f2k .-formül (3).(3)'te f2н ve f2к değerlerini (1) ve (2) ifadelerine göre değiştirerek, Doppler frekans kaymasının gerçek değerini elde ederiz. fd= (fo*4* Vx cos Θo)/s . -formül (4), burada c, sudaki sinyal yayılma hızıdır. Bağıl hatalar δfd (Δfd/fdl oranıyla belirlenir, burada fdl, gecikmeli Doppler frekans kaymasıdır) ve δVx (δVx= ΔVx/Vx) bulalım. Nihai sonuç şöyle görünür: δfd = Δfd/fdl = δVx= ΔVx/Vx = (V²x / s²)* cos² Θo.- formül (5). Böylece, hidroakustik Doppler günlüğünde Janus şeması kullanıldığında, pruva kıç ışınları tarafından alınan sinyaller ile geminin hızı arasındaki fark olarak elde edilen Doppler frekans kayması arasında yüksek derecede doğrulukla doğrusal bir ilişki sağlanır. İki Işınlı Doppler Gecikme Denklemi Vx \u003d (fd * C * sec Θo) / 4 * fo -formül(6), veya Vx= fd/ Kv, burada Кv=(4* fo* cos Θо)/с - gecikmenin hız duyarlılığı katsayısı. Kv, hızdaki 1 knot artışla Doppler frekans kaymasındaki artışın büyüklüğünü karakterize eder. Diğer şeyler eşit olduğunda, Kv katsayısının büyük bir değerine sahip olmak daha karlı, çünkü hız ölçümünün doğruluğu (aynı araçsal hata değeriyle) daha yüksek olacaktır.

hidroakustik günlük

hidroakustik günlük

yankı sireni prensibi ile çalışan mutlak log. 300 m'yi geçmeyen derinliklerde yeterli doğruluk sağlar Doppler ve korelasyon hidroakustik logları vardır. Doppler hidroakustik günlüklerinin etkisi, geminin dibe göre hareketinden kaynaklanan alınan sinyalin frekansındaki bir değişikliğe, hidroakustik günlüklerin korelasyonuna - iki alıcı (bir yayıcı ile) tarafından elde edilen dip topografyası kaydının karşılaştırılmasına dayanır. ) çap düzleminde alt kısımda birbirinden biraz uzakta bulunur. Hız, benzer yardım kayıtlarının alınması arasındaki süreye göre belirlenir.

Edward. Açıklayıcı Donanma Sözlüğü, 2010

Diğer sözlüklerde "Hidroakustik log" un ne olduğuna bakın:

hidroakustik günlük- GAL Log, suda akustik dalgaların yayılma yasalarının kullanımına dayalıdır. [… Teknik Tercümanın El Kitabı

HİDROAKUSTİK kütük- geminin deniz yatağına göre hızını ve geminin sürüklenme açısını belirlemek için hidroakustik istasyon. Hidroakustik kütüğe mutlak kütük de denir. 2 tip Hidroakustik Log vardır: Doppler ve Korelasyon. İlke... ... Deniz ansiklopedik referans kitabı

hidroakustik günlük- 70. Hidroakustik günlük GAL E. Akustik günlük Suda akustik dalgaların yayılma yasalarının kullanımına dayalı günlük Kaynak: GOST 21063 81: Gemi navigasyon ekipmanı. Terimler ve tanımlar orijinal ...

Korelasyon hidroakustik günlüğü- 71a. Korelasyon hidroakustik günlük Korelasyon HAL Hidroakustik sinyallerin işlenmesinde korelasyon analizinin kullanımına dayalı hidroakustik günlük Kaynak: GOST 21063 81: Gemi navigasyon ekipmanı. ... ... Normatif ve teknik dokümantasyon terimlerinin sözlük referans kitabı

Şu anda, suya göre hızı ölçen deniz taşımacılığı filosunun gemilerinde indüksiyon, hidrodinamik ve radyo Doppler günlükleri kullanılmaktadır.

İndüksiyon gecikmeleri. Eylemleri, elektromanyetik indüksiyonun özelliğine dayanmaktadır. Bu özelliğe göre bir iletken manyetik alanda hareket ettiğinde iletkende e indüklenir. d.s., hareketinin hızıyla orantılı.

Özel bir mıknatıs yardımıyla kabın alt kısmında bir manyetik alan oluşturulur. Gecikmenin manyetik alanından etkilenen dip altındaki suyun hacmi, içinde e olan bir dizi temel elektrik akımı iletkeni olarak düşünülebilir. ds: böyle bir e'nin değeri. d.s. geminin hareket hızını değerlendirmenizi sağlar.

Tümevarım günlüğü, düğümlerinin tasarım çözümünden bağımsız olarak şunları içerir:

suda indüklenen bir sinyali almak için elektromıknatıs, akım toplayıcı kontaklar (elektrotlar); elektrotlardaki sinyali ölçmek ve bunu hıza dönüştürmek için bir ölçüm cihazı; ölçülen hızın metodolojik hatasını ortadan kaldıran düzeltici cihaz; gemi tarafından katedilen mesafeyi oluşturmak için bir hesaplama cihazı; hız ve kat edilen mesafe ile ilgili verileri tekrarlayıcılara ve gemi otomasyonuna iletmek için bir yayın cihazı.

Deniz filosunun gemilerinde çalıştırılan IEL-2 ve IEL-2M indüksiyon günlükleri aynı şemaya göre inşa edilmiştir:

bağıl hızın yalnızca uzunlamasına bileşenini ölçerler; gövdenin dışına taşan hiçbir parça yoktur. IEL-2 ve IEL-2M günlüklerinin tüm ölçme ve sayma kısmı, maksimum entegre devre kullanımı ile yarı iletken elemanlar üzerinde yapılmıştır. Blok işlevsel yapı ilkesi, gecikmeyi sonradan ayarlamadan tek tek düğümleri (panoları) değiştirerek hızlı sorun giderme ve bunların ortadan kaldırılmasını sağlar. IEL-2M gecikmesi, IEL-2 gecikmesinin modernizasyonudur. Şu anda yalnızca IEL-2M günlüğü toplu olarak üretiliyor. IEL-2 gecikmesi 1980'de durduruldu. IEL-2M gecikmesi, buz kırıcılar ve hidrofiller dahil tüm deniz taşıtlarına kurulabilir.

Çalıştırma talimatları aşağıdaki gibidir. Gemi gövdesinin kirlenmesiyle, IEL-2 ve IEL-2M günlükleri hafife alınan okumalar vermeye başlar. Aynı zamanda, “çalışma sıfırı”, ölçüm devresinin sıfırı ve terazi kontrol edildiğinde herhangi bir değişiklik görülmez. Teknenin kirlenmesinden kaynaklanan hatayı ortadan kaldırmak için yeni bir ölçek ayarlamak gerekir. Yeni ölçeğin değeri:

burada M, başlangıçta ayarlanan ölçektir;

Vl, günlük boyunca gözlenen hızdır;

Vi - gözlem anında geminin dibe göre gerçek hızı.

Yeni bir ölçek hesapladıktan sonra, gecikmeyi ölçekleme moduna geçirmek (cihaz 6'daki çalışma türü anahtarını “Ölçek” konumuna getirin) ve “Kaba ölçek” ve “İnce ölçek” potansiyometrelerini kullanmak gerekir. Yeni bir ölçek değeri ayarlamak için. Bundan sonra, gecikmeyi çalışma moduna geri getirin. Yeni ölçek değerini log formuna ve cihazdaki haritaya kaydedin 6. Yeni ölçek hem hareket halindeyken hem de gemi iskelede ve demirdeyken ayarlanabilir.

IEL-2 ve IEL-2M gecikme devreleri, okumalarının ortalamasını alan bir filtre içerir. Bu nedenle, gemi hızı değiştiğinde, günlük bu değişikliği biraz gecikmeli olarak düzeltir. Filtreler, gezginin talebi üzerine özel bir geçiş anahtarıyla ayarlanan iki zaman sabitine sahiptir. İlk sabitin kıyıya yakın ve denizin sakin bir durumunda yelken açarken, ikinci sabitin - açık denizde ve dalgalı denizlerde seyrederken kullanılması tavsiye edilir.

Hidrodinamik gecikmeler.Çalışma prensibi, gemi hareket halindeyken karşıdan gelen su akışının hız basıncı tarafından oluşturulan hidrodinamik basıncın ölçülmesine dayanmaktadır.

Hidrodinamik gecikmenin düzeltilmesi, kural olarak kararsızdır. Navigasyon sırasındaki değişikliklerinin ana nedenleri, geminin sürüklenmesi, trimi, gövdenin kirlenmesi, yunuslama ve navigasyon alanındaki değişiklikle deniz suyunun yoğunluğundaki değişikliklerdir.

Uygulama, hız ölçümündeki en büyük hatanın geminin sürüklenmesinden kaynaklandığını göstermektedir. Büyük sürüklenme açılarında hata %3-4'e ulaşabilir. Döşemedeki bir değişiklikten ve gövdenin kirlenmesinden, hata% 1-2'yi geçmez. Bir başparmak alma cihazı kullanırken, gemi gövdesinin kirlenmesinden kaynaklanan hata hiç oluşmaz.

Teknenin kayması, trimi ve kirlenmesinden kaynaklanan hatalar sistematiktir. Bu nedenle, gözlemlerden belirlenerek, gelecekte hesaplama yapılırken dikkate alınabilirler.

Atıştan kaynaklanan gecikme hatası periyodiktir. Kat edilen mesafeyi geliştirirken, bu hata entegre edilir ve simetrik yunuslama durumunda ortadan kalkar.

Navigasyon alanındaki değişiklikle birlikte deniz suyunun yoğunluğundaki değişiklikten kaynaklanan gecikme hatası (% olarak) formülle hesaplanabilir.

Dr, deniz suyunun yoğunluğundaki değişimdir;

r, navigasyon alanındaki suyun yoğunluğudur. Dv'nin ulaşabileceği en yüksek değer %1.0-1.5'tir. Bir havzada (Baltık, Kara, Hazar Denizleri) seyrederken bu hata %0,5'i geçmez.

2. Mutlak gecikmeler.

Mutlak kütükler, geminin yere göre hızını ölçen kütüklerdir. Halihazırda geliştirilen mutlak loglar hidroakustiktir ve Doppler ve korelasyon loglarına bölünmüştür.

Hidroakustik Doppler günlükleri (GDL). GDL'nin çalışma prensibi, damardan gönderilen ve alt yüzeyden yansıyan yüksek frekanslı hidroakustik sinyalin Doppler frekans kaymasını ölçmektir.

Ortaya çıkan bilgi, yer hızının boyuna ve enine bileşenleridir. GDL, bunları% 0,1'e varan bir hatayla ölçmenizi sağlar Yüksek hassasiyetli GDL'nin çözünürlüğü 0,01-0,02 düğümdür.

Yer hızının yalnızca uzunlamasına bileşenini ölçmek için, GDL'nin iki ışınlı bir A1 anteni olmalıdır (Şekil 4.1'deki ışınlar 1 ve 3). Pitch ve roll bileşenlerini ölçmek için anten dört ışınlı olmalıdır, bu durumda yer hızının enine bileşenini ölçmek için Kiriş 2 ve 4 kullanılır. Yer hızının ölçülen uzunlamasına ve enine bileşenlerine dayalı olarak, hidroakustik Doppler günlüğü, teknenin her anki yer hızının vektörünü ve teknenin rüzgar ve akıntı etkisi altında sürüklenmesini belirlemenizi sağlar.

Ek bir iki ışınlı anten A 2 kurarken (bkz. Şekil 4.1), GDL, pruva ve kıçın yere göre hareketini kontrol etmenizi sağlar, bu da kanallardan geçerken büyük kapasiteli bir gemiyi kontrol etmeyi kolaylaştırır , dar yerlerde ve bağlama işlemleri yapılırken.

Mevcut GDL'lerin çoğu, 200-300 m'ye kadar omurga altındaki derinliklerde mutlak hız ölçümü sağlar.Daha büyük derinliklerde, log çalışmayı durdurur veya bağıl hız ölçüm moduna geçer, yani belirli bir su katmanından itibaren çalışmaya başlar. göreli günlük.

GDL antenleri, gemi gövdesinin dışına taşmaz. Gemi yanaşmadan değiştirilmelerini sağlamak için klinketlere monte edilirler.

Piezoseramik elemanlar, Doppler log antenlerinde elektroakustik dönüştürücüler olarak kullanılır.

GDL hatasının kaynakları şunlar olabilir: Doppler frekans ölçüm hatası; deniz suyunda ses hızının değişmesi; anten ışınlarının eğim açılarının değiştirilmesi; geminin hızının dikey bir bileşeninin varlığı. Modern gecikmeler için bu nedenlerden dolayı toplam hata %0,5'i geçmez.

korelasyon gecikir. Hidroakustik korelasyon günlüğünün (HCR) çalışma prensibi, gemi gövdesi boyunca yerleştirilmiş antenler tarafından alınan yerden yansıyan akustik sinyal arasındaki zaman kaymasını ölçmektir (Şekil 4.2). Arka alıcı anten tarafından alınan U2(t) sinyali, ön anten tarafından alınan U1(t) sinyalinin şeklini şuna eşit bir zaman kayması t ile tekrarlar:

l, antenler arasındaki mesafedir;

V, geminin hızıdır.

Zaman kayması, alınan sinyallerin korelasyon işlemiyle belirlenir. Bu amaçla, ön antenin sinyal yoluna değişken bir zaman gecikmesi sokulur, çeşitlilik antenlerinin zarf sinyallerinin çapraz korelasyon fonksiyonu hesaplanır ve maksimum değerleri izlenir.

200 m'ye kadar olan derinliklerde, GKL yere göre hızı ölçer ve aynı zamanda omurganın altındaki derinliği gösterir. Büyük derinliklerde, suya göre otomatik olarak çalışmaya geçer.

GKL'ye göre GKL'nin avantajları, göstergelerin sudaki ses yayılma hızından bağımsız olması ve yunuslamada daha güvenilir çalışmadır.