Двухсредный исследовательский и навигационный комплекс с системой обеспечения точной навигационной привязки для подводных подвижных технических объектов

Техническое решение относится к области автоматизированного мониторинга окружающей среды с одновременным определением координат собственного местонахождения комплекса передачей навигационных координат в подводной среде и передачей полученной информации по радиоканалу, и может быть использовано в качестве средства мониторинга окружающей среды и навигационного маяка (средства) в зоне движения льда для безопасной проводки судов по северному морскому пути и обеспечения безопасности объектов нефтегазопромысловой и гидротехнической инфраструктуры на шельфе и в прибрежной зоне в ледовитых морях и в условиях ледяного покрова, в том числе дрейфующего. 4 з.п. ф-лы.

Техническое решение относится к области автоматизированного мониторинга окружающей среды, а именно, состояния атмосферы и льда с одновременным определением координат собственного местонахождения комплекса и передачей полученной информации по радиоканалу, и может быть использовано в качестве средства мониторинга окружающей среды в зоне движения льда для безопасной проводки судов по северному морскому пути и обеспечения безопасности объектов нефтегазопромысловой и гидротехнической инфраструктуры на шельфе и в прибрежной зоне в ледовитых морях и в условиях ледяного покрова, в том числе дрейфующего. Кроме того, комплекс выполняет функцию элемента подводной навигационной системы.

Известен (US, патент 3449950) комплекс мониторинга окружающей среды, содержащий набор датчиков физических величин (температура воды и воздуха, сила и направление ветра и т.д.), установленных на заякоренном буе.

Недостатком известного комплекса следует признать отсутствие возможности контроля состояния льда, неподвижность расположения буя, а также непредусмотренность возможности использования его в качестве средства подводной навигации.

Известен (RU, патент 2196347) комплекс экологического контроля окружающей среды, который содержит теплоизоляционный корпус с крышкой, внутри которого размещены системы контроля, измерения с приборами и агрегатами, водосборная емкость, система сбора и отвода конденсата влаги, выполненная в виде сетки из влагопоглощающего материала.

Известен (RU, патент 2197743) комплекс экологического контроля окружающей среды, содержащий герметичный корпус с крышкой обтекаемой формы, причем внутри корпуса размещены измерительные приборы, а на корпусе закреплена метеомачта в виде трубы с датчиковой метеоаппаратурой.

Недостатками известных комплексов экологического контроля окружающей среды являются высокие массогабаритные параметры, невозможность удаленного мониторинга, недостаточный объем получаемой информации о состоянии окружающей среды, а также не пригодность к определению характеристик льда и автономной работе. Известные комплексы не предназначены для использования в качестве элементов подводной навигации.

В ходе проведения патентного - информационного поиска не выявлено техническое решение, которое по конструкции и по назначению может быть использовано в качестве ближайшего аналога разработанного комплекса.

Техническая задача, решаемая посредством разработанного устройства, состоит в обеспечении возможности мониторинга состояния (толщины) льда и окружающей среды при одновременном определении координат расположения комплекса и использовании его в качестве элемента системы подводной навигации.

Технический результат, получаемый при реализации разработанного устройства, состоит в повышении безопасности безопасной проводки судов, в том числе, и подводных во льдах и обеспечение безопасности объектов нефтегазопромысловой и гидротехнической инфраструктуры на шельфе и в прибрежной зоне в ледовитых морях и в условиях ледяного покрова, в том числе дрейфующего.

Для достижения указанного технического результата предложено использовать разработанный двухсредный исследовательский и навигационный комплекс с системой обеспечения точной навигационной привязки для подводных подвижных технических объектов. Разработанный комплекс содержит надводную секцию и подводный навигационный маяк, причем надводная секция содержит блок управления, блок определения координат по системе спутниковой навигации, блок определения толщины ледового покрова, блок определения состояния атмосферы, подключенные к радиопередатчику, а также блок электропитания, подключенный к энергопотребляющим блокам.

Подводный навигационный маяк может быть соединен с надводной секцией любым известным способом, обеспечивающим размещение маяка на нижней поверхности льда и обеспечения возможности электрической связи с надводной секцией.

Предпочтительно в составе комплекса используют блок электропитания, выполненный с возможностью подзарядки. В этом случае комплекс дополнительно содержит генератор электрической энергии, подключенный к входу блока электропитания. В качестве указанного генератора может быть использован ветрогенератор или генератор, использующий термопару.

В некоторых вариантах реализации блок определения состояния атмосферы выполнен с возможностью определения скорости ветра, температуры и влажности воздуха.

Предпочтительно блок управления выполнен с возможностью включения блоков определения координат по системе спутниковой навигации, определения толщины ледового покрова и определения состояния атмосферы, а также приемопередающего устройства и подводного навигационного маяка по получению управляющего сигнала.

Блок управления может быть выполнен на базе микропроцессора. Блок определения координат по системе спутниковой навигации может быть выполнен на базе систем спутниковой навигации GPS и ГЛОНАСС. Блок измерения толщины ледового покрова может быть выполнен на базе ультразвукового толщиномера. В качестве блока измерения состояния атмосферы может быть использован измерительный блок метеозонда. В качестве блока электропитания может быть использована аккумуляторная батарея, предпочтительно выполненная с возможностью подзарядки. Корпус комплекса преимущественно выполнен с возможностью установки с борта летательного аппарата или плавсредства. Кроме того, на подводном навигационном маяке может быть закреплен один из элементов термопары (второй элемент расположен над поверхностью льда), при этом генерированный термопарой электрический заряд поступает в аккумуляторную батарею. Мачта ветрогенератора может быть дополнительно использована в качестве антенны приемопередающих устройств.

Предпочтительно блок определения состояния атмосферы выполнен с возможностью определения скорости ветра, температуры и влажности воздуха.

В зависимости от условий эксплуатации и назначения комплекса блок управления может быть выполнен с возможностью включения блоков определения координат по системе спутниковой навигации, определения толщины ледового покрова и определения состояния атмосферы, а также приемопередающего устройства по получению управляющего сигнала. Но возможен вариант реализации блока управления, когда включение блоков определения координат по системе спутниковой навигации, определения толщины ледового покрова и определения состояния атмосферы, а также приемопередающего устройства происходит по заранее заданной программе.

Каждый используемый комплекс имеет свой индивидуальный код (идентификационный номер - ID), который приведен во всех радиограммах, отправляемых комплексом.

Блок управления предпочтительно выбран с возможностью приема управляющих сигналов от стационарного поста мониторинга и передачи их блокам определения координат по системе спутниковой навигации, определения толщины ледового покрова и определения состояния атмосферы, а также приемопередающему устройству. Кроме того, блок управления предпочтительно содержит плату конвертора сигнала для дальнейшей ретрансляции данных навигации в подводный гидроакустический маяк.

Совместное использование, по меньшей мере, трех разработанных комплексов обеспечивает ориентирование в пространстве подводного аппарата любого типа.

Желательно, чтобы блок управления мог контролировать и состояние аккумуляторной батареи с передачей информации о ее состоянии на стационарный пост мониторинга.

Разработанный комплекс обеспечивает выполнение следующих функций:

- прием сигналов от навигационных спутниковых группировок;

- подача сигналов подводной навигации;

- параллельное проведение измерений толщины льда;

- передача в эфир (по каналам спутниковой связи) собираемых данных в режиме он-лайн (в заданное время):

- о собственной координате в настоящее время;

- о толщине льда, на котором он находится в текущее время;

- о скорости ветра, давлении и влажности воздуха и

температуре (по необходимости).

Установка и использование комплексов на заданном расстоянии обеспечивает возможность создания сети информационных комплексов в системе контроля движения льда и его состояния, для безопасной проводки судов по северному морскому пути и обеспечения безопасности объектов нефтегазопромысловой и гидротехнической инфраструктуры на шельфе и в прибрежной зоне в ледовитых морях и в условиях ледяного покрова, в том числе дрейфующего. Кроме того, установка и использование комплексов на заданном расстоянии обеспечивает возможность создания сети подводной навигации.

Основой особенностью системы, создаваемой при использовании устанавливаемых на лед комплексов, является возможность обеспечивать точный технический контроль состояния льда, его толщины, что позволяет при использовании специальных программных продуктов делать точный прогноз времени и качества формирования торосов, смещения льда и образования непроходимых для ледокольного флота ледовых условий. Кроме того, система указанных комплексов обеспечивает подводную навигацию.

В базовом варианте разработанный комплекс работает следующим образом.

Сформированный комплекс с заряженной аккумуляторной батареей требует индивидуальной установки с учетом необходимости сквозного пробуривания льда для установки подводного гидроакустического навигационного маяка. После закрепления корпуса в ледовой поверхности из корпуса поднимается мачта с ветрогенератором и датчиками температуры и влажности воздуха, а также скорости ветра. Одновременно с использованием системы спутниковой навигации происходит определение географических координат нахождения комплекса и определение толщины льда. Полученная информация в блоке управления переводится в числовой код и посредством приемопередатчика направляется на стационарный пост мониторинга. Одновременно в блоке управления происходит конвертирование сигнала, характеризующего место нахождения комплекса, в форму, пригодную для транслирования подводным навигационным маяком. В последующем периодически по программе, заложенной в блок управления или по управляющему сигналу от стационарного поста мониторинга, повторяют операцию измерения параметров и передачу сигналов. Система подзарядки аккумуляторной батареи работает постоянно.

Таким образом, использование разработанного комплекса позволяет обеспечить повышение уровня безопасной проводки судов во льдах и обеспечение безопасности объектов нефтегазопромысловой и гидротехнической инфраструктуры на шельфе и в прибрежной зоне в ледовитых морях и в условиях ледяного покрова, в том числе дрейфующего.

1. Двухсредный исследовательский и навигационный комплекс с системой обеспечения точной навигационной привязки для подводных подвижных технических объектов, содержащий надводную секцию и подводный навигационный маяк, причем надводная секция содержит блок управления, блок определения координат по системе спутниковой навигации, блок определения толщины ледового покрова, блок определения состояния атмосферы, подключенные к радиопередатчику, а также блок электропитания, подключенный к энергопотребляющим блокам, и генератор электрической энергии, подключенный к входу блока электропитания, отличающийся тем, что он дополнительно содержит приемник радиосигналов, а блок управления выполнен с возможностью включения блоков определения координат по системе спутниковой навигации, определения толщины ледового покрова и определения состояния атмосферы, а также приемопередающего устройства и подводного навигационного маяка по получению управляющего сигнала.

2. Комплекс по п.1, отличающийся тем, что он выполнен с возможностью установки его с борта летательного аппарата.

3. Комплекс по п.1, отличающийся тем, что блок определения состояния атмосферы выполнен с возможностью определения скорости ветра, температуры и влажности воздуха.