Гидроакустическая система подводной навигации для водолазов

Предлагается гидроакустическая система подводной навигации для водолазов, включающая навигационную базу из множества плавучих маяков (3) и портативный гидроакустический приемник (2) водолаза (1). Каждый из плавучих маяков (3) содержит приемник внешней навигационной системы (6), приемная часть (4) которого установлена над поверхностью воды, для определения координат своего местоположения в режиме реального времени, и гидроакустический передатчик (5), выполненный с возможностью передачи гидроакустического сигнала, включающего информацию о текущих координатах местоположения плавучего маяка (3) на портативный гидроакустический приемник (2). Портативный гидроакустический приемник (2) выполнен с возможностью приема сигналов от гидроакустических передатчиков (5) плавучих маяков (3), дальнейшего вычисления на базе принятых сигналов текущих координат местоположения водолаза (1) и отображения информации, касающейся вычисленных текущих координатах местоположения водолаза (1). Система является относительно простой при ее установке и эксплуатации и позволяет не только с достаточно высокой точностью определять координаты абсолютного местоположения водолаза (1), но и его относительно местоположение, т.е. местоположение относительно других надводных или подводных объектов (7, 9), оборудованных соответствующими передатчиками (8, 10). 13 з.п. ф-лы, 1 ил.

Полезная модель относится к гидроакустическим системам подводной навигации для определения координат местоположения небольшого подводного объекта навигации, в частности водолаза.

Известны гидроакустические системы подводной навигации, включающие навигационную базу из множества гидроакустических приемоответчиков и размещенного на подводном объекте навигации гидроакустического приемопередатчика, взаимодействующего с гидроакустическими приемоответчиками для определения координат местоположения подводного объекта навигации по известным алгоритмам. Здесь, известно техническое решение, когда в состав навигационной базы входят гидроакустические приемоответчики, установленные на дне, т.е. выполненные в виде донных маяков, и по крайней мере один гидроакустический приемоответчик, установленный на водной поверхности, т.е. выполненный в виде дрейфующего маяка [патент RU 2371738, опубл. 27.10.2009]. В другом подобном техническом решении, вся навигационная база состоит из дрейфующих маяков [патент RU 2365939, опубл. 27.08.2009].

В общем случае, вышеуказанный дрейфующий маяк дополнительно включает в себя приемник внешней навигационной системы, в частности спутниковой системы GPS, за счет чего такой дрейфующий маяк может постоянно определять координаты своего местоположения в режиме реального времени и передавать гидроакустический сигнал, включающий информацию о своих координатах, как на донные маяки для дальнейшего определения координат местоположения каждого из них, так и на гидроакустический приемопередатчик подводного объекта навигации непосредственно, в частности для определения координат местоположения подводного объекта навигации в пассивном режиме.

В пассивном режиме работы этой известной системы, для определения координат подводного объекта навигации могут использоваться периодические гидроакустические сигналы с высокой точностью синхронизации по крайней мере от трех-четырех дрейфующих маяков навигационной базы с последующим приемом таких сигналов гидроакустическим приемником подводного объекта навигации и решением триангуляционной задачи по определению как относительных, так и абсолютных координат местоположения этого объекта.

Несмотря на очевидные преимущества вышеописанной гидроакустической системы навигации с использованием навигационной базы из дрейфующих маяков, таких как простота установки и обслуживания навигационной базы, такая гидроакустической система не может быть использована на практике для подводной навигации водолазов из-за относительно большой массы, габаритных размеров и энергоемкости гидроакустического передатчика, входящего в состав гидроакустического приемопередатчика, устанавливаемого на подводном объекте навигации.

Из уровня техники известны технические решения гидроакустических систем подводной навигации, подобные вышеописанным, предназначенные именно для навигации водолазов, где проблема больших массогабаритов и энергоемкости гидроакустического передатчика решена за счет его исключения из оборудования водолаза как объекта навигации, т.е. такие системы работают исключительно в пассивном режиме, для чего водолазу достаточно нести на себе только относительно небольшой гидроакустический приемник [например, заявка US 2004155815, опубл. 12.08.2004].

В качестве прототипа выбрана одна из таких систем подводной навигации для водолазов, в которой используется спутниковая система GPS [патент US 7483337, опубл. 27.01.2009]. Эта система, в частности, включает в себя навигационную базу из множества подводных гидроакустических приемопередатчиков, выполненных в виде донных маяков, размещенных на дне, дрейфующий гидроакустический приемопередатчик, размещаемый на водной поверхности, в частности выполняемый в виде дрейфующего маяка, и портативный гидроакустический приемник, входящий в комплект оборудования водолаза.

Дрейфующий маяк включает в себя приемник внешней навигационной системы, в частности спутниковой системы GPS, предназначенный для определения координат местоположения дрейфующего маяка в режиме реального времени, и гидроакустический приемопередатчик, предназначенный для передачи гидроакустического сигнала, включающего информацию о координатах местоположения дрейфующего маяка на донные маяки для дальнейшего определения координат местоположения каждого из них. Каждый из донных маяков включает в себя гидроакустический приемопередатчик, предназначенный, во-первых, для приема сигнала от гидроакустического приемопередатчика дрейфующего маяка, включающего информацию о координатах местоположения, и дальнейшего определения координат своего собственного местоположения, и, во-вторых, для передачи гидроакустического сигнала, включающего информацию о координатах местоположения донного маяка на портативный гидроакустический приемник водолаза. В свою очередь, портативный гидроакустический приемник водолаза включает в себя собственно гидроакустический приемник для приема сигналов от гидроакустических приемопередатчиков донных маяков и дальнейшего вычисления на базе принятых сигналов текущих координат местоположения водолаза.

Здесь, гидроакустический приемник водолаза дополнительно оборудован различными устройствами, в частности устройством отображения, которое отображает информацию о текущих координатах местоположения водолаза, устройством определения глубины, компасом, часами и т.п., а также микропроцессором, управляющим гидроакустическим приемником и входящими в его комплект устройствами.

Такой гидроакустический приемник вместе с входящими в его комплект устройствами выполнен в виде одного наручного прибора в водонепроницаемом корпусе, надеваемого на запястье водолаза с помощью ремешка, при этом устройство отображения выполнено в виде электронного дисплея, который визуально отображает не только информацию о текущих координатах местоположения водолаза, но также отображает и другую информацию, например, глубину погружения, текущий курс, расстояние и пеленг до требуемого объекта, текущее время, текущую температуру окружающей воды и т.п.

Однако, несмотря на очевидные преимущества известной системы, вытекающие из небольших массогабаритов наручного прибора, обусловленных исключением из его состава гидроакустического передатчика, все же эта система имеет все те же недостатки, присущие системам, в которых используются навигационные системы из донных маяков, а именно, достаточно большая сложность их установки и обслуживания.

Технической задачей, для решения которой предлагается полезная модель, является создание гидроакустической системы подводной навигации для водолазов, объединяющей преимущества системы подводной навигации для относительно больших подводных объектов с навигационной базой из дрейфующих маяков с преимуществами системы подводной навигации, а именно создание гидроакустической системы подводной навигации для водолазов, которая проста в установке и обслуживании.

Для решения поставленной технической задачи предлагается гидроакустическая система подводной навигации для водолазов, включающая навигационную базу из множества маяков и портативный гидроакустический приемник водолаза. Каждый из маяков содержит гидроакустический передатчик и выполнен с возможностью определения координат своего местоположения в режиме реального времени с помощью приемника внешней навигационной системы, приемная часть которого установлена над поверхностью воды, а также с возможностью передачи гидроакустического сигнала, включающего информацию о текущих координатах своего местоположения на портативный гидроакустический приемник водолаза. Портативный гидроакустический приемник водолаза выполнен с возможностью приема сигналов от гидроакустических передатчиков маяков и дальнейшего вычисления на базе принятых сигналов текущих координат местоположения водолаза и отображения информации, касающейся вычисленных текущих координатах местоположения водолаза. Новым является то, что каждый из маяков выполнен в виде плавучего маяка и оборудован собственным приемником внешней навигационной системы.

В качестве внешней навигационной системы может быть использована любая внешняя глобальная или локальная система определения местоположения, например спутниковая система GPS.

Плавучий маяк может выполняться в виде дрейфующего маяка.

Плавучий маяк может содержать гидроакустический приемопередатчик. Это позволяет использовать навигационную систему из множества плавучих маяков не только в качестве системы для водолазов, но и в составе гидроакустической системы подводной навигации для других подводных объектов, оборудованных гидроакустическими приемопередатчиками и работающих по известным способам обмена гидроакустическими сигналами, а также позволяет использовать плавучие маяки в качестве ретрансляторов для передачи гидроакустических сигналов с других надводных или подводных объектов.

Система может дополнительно включать другой надводный или подводный объект, оснащенный передатчиком, выполненным с возможностью передавать дополнительную информацию на портативный гидроакустический приемник водолаза.

Здесь другой надводный или подводный объект может быть оснащен гидроакустическим передатчиком.

Следует отметить, что вместо гидроакустического передатчика на другом надводном или подводном объекте может быть установлен передатчик другого типа, например, радиопередатчик. В последнем случае, плавучий маяк дополнительно оборудуется радиоприемником, и, при приеме радиосигнала с дополнительной информации от другого надводного или подводного объекта, такой радиосигнал преобразуется в гидроакустический, который передается гидроакустическим передатчиком плавучего маяка на портативный гидроакустический приемник водолаза

В другом варианте осуществления, другой надводный или подводный объект может быть выполнен с возможностью передавать дополнительную информацию на портативный гидроакустический приемник водолаза по крайней мере через один плавучий маяк, выполненный с возможностью работы в режиме ретранслятора.

В качестве другого объекта система может включать судно обеспечения или подводный маяк, установкой которого помечается место проведения водолазных работ.

Дополнительно, передатчик другого надводного или подводного объекта может быть выполнен с возможностью передавать на портативный гидроакустический приемник водолаза дополнительную информацию в виде информации о текущих координатах местоположения этого объекта.

В последнем случае, устройство отображения лучше выполнять с возможностью отображения информации о текущих координатах местоположения другого надводного или подводного объекта или связанной с ней информации, выбираемой из группы: расстояние до другого надводного или подводного объекта, пеленг другого надводного или подводного объекта, ориентировочное время в пути до другого надводного или подводного объекта (при движении с текущей или другой заданной скоростью).

Портативный гидроакустический приемник водолаза лучше выполнять наручным.

Устройство отображения лучше выполнять в виде электронного дисплея.

Также, портативный гидроакустический приемник водолаза может быть дополнительно оборудован измерительным устройством или устройствами, выбираемыми из группы: устройство определения глубины, компас, таймер, термометр.

В последнем случае, устройство отображения может быть выполнено с возможностью отображения информации, измеренной измерительным устройством или устройствами.

Полезная модель поясняется на примере, сопровождаемым чертежом, представленным на одной фигуре, на которой схематично показан вариант осуществления предлагаемой гидроакустической системы подводной навигации для водолазов. Стрелками, выполненными сплошной тонкой линией с изломом, на чертеже показаны направления сигналов, включающих информацию о координатах местоположения элементов системы.

Далее предлагаемая полезная модель поясняется на примере, служащим исключительно для целей иллюстрации возможности осуществления настоящей полезной модели с достижением заявленного технического результата.

Гидроакустическая система подводной навигации для водолазов включает следующие элементы системы: портативный гидроакустический приемник 2 водолаза 1; множество плавучих маяков 3, каждый из которых включает приемник спутниковой системы GPS 6, оснащенный спутниковой антенной 4, и гидроакустический приемопередатчик 5.

В состав системы могут также входить другие надводные и подводные объекты, например, судно сопровождения 7, оборудованное гидроакустическим передатчиком 8 и спутниковой антенной 11 системы GPS 6, и подводный маяк 9, оборудованный гидроакустическим передатчиком 10, установкой которого предварительно помечается место проведения необходимых водолазных работ.

Портативный гидроакустический приемник 2 может выполняться в виде известного наручного портативного гидроакустического приемника, раскрытого в вышеописанном патенте US 7483337, и иметь аналогичное оборудование и выполняемые функции, в частности, включать: водонепроницаемый корпус, источник питания, блок управления с микропроцессором, сенсорный жидкокристаллический дисплей (далее - ЖК-дисплей), устройство определения глубины, таймер, термометр и т.п.

Плавучий маяк 3 может выполняться в виде известного маяка-дрифтера, раскрытого в вышеописанном патенте RU 2365939.

При вычислении координат местоположения водолаза 1 на базе гидроакустических сигналов, полученных от плавучих маяков 3, портативный гидроакустический приемник 2 может использовать известные способы и алгоритмы вычисления, раскрытые как в патенте US 7483337, так и патенте RU 2365939 (для пассивного режима работы).

Гидроакустическая система подводной навигации для водолазов работает следующим образом.

Каждый из множества плавучих маяков 3 определяет текущие координаты своего местоположения за счет сигнала, полученного спутниковой антенной 4 от спутниковой системы GPS 6. Текущие координаты каждого из множества плавучих маяков 3 передаются в форме гидроакустического сигнала с помощью гидроакустического приемопередатчика 5 на портативный гидроакустический приемник 2 водолаза 1.

Получив гидроакустические сигналы по крайней мере от трех-четырех плавучих маяков 3, портативный гидроакустический приемник 2 вычисляет на их основе текущие координаты абсолютного местоположения водолаза 1 и отображает на ЖК-дисплее либо информацию о вычисленных координатах абсолютного местоположения водолаза, либо связанную с ней другую навигационную информацию.

В последнем случае, в качестве другой навигационной информации может быть информация, касающаяся местоположения цели в виде подводного маяка 9. Здесь, портативный гидроакустический приемник 2 на базе информации о вычисленных координатах абсолютного местоположения водолаза и информации о местоположении подводного маяка 9, полученной с гидроакустическим сигналом с гидроакустического передатчика 10, может вычислить и отобразить на ЖК-дисплее следующую визуальную информацию: расстояние до подводного маяка 9, пеленг подводного маяка 9, ориентировочное время в пути до подводного маяка 9 при движении с текущей или другой заданной скоростью.

Далее, в качестве другой навигационной информации может быть информация, касающаяся местоположения судна обеспечения 7. В этом случае, судно обеспечения 7 определяет текущие координаты своего местоположения за счет сигнала, полученного спутниковой антенной 11 от спутниковой системы GPS 6. Текущие координаты судна обеспечения 7 передаются в форме гидроакустического сигнала с помощью гидроакустического приемопередатчика 8 на портативный гидроакустический приемник 2 водолаза 1 непосредственно или через гидроакустический приемопередатчик 5 одного из плавучих маяков 3. Портативный гидроакустический приемник 2 на базе информации о вычисленных координатах абсолютного местоположения водолаза и информации о местоположении судна обеспечения, полученной с соответствующим гидроакустическим сигналом, может вычислить и отобразить на ЖК-дисплее следующую визуальную информацию: расстояние до судна обеспечения 7, пеленг судна обеспечения 7, ориентировочное время в пути до судна обеспечения 7 при движении с текущей или другой заданной скоростью, скорость и направление движения судна обеспечения 7.

Приведенный выше пример был использован только для целей иллюстрации возможности осуществления заявленной полезной модели. Эти примеры не предназначены для ограничения объема правовой охраны, представленного в формуле, при этом специалист в данной области техники относительно просто способен осуществить и другие пути осуществления полезной модели как по любому из раскрытых в описании вариантов осуществления, так и в любом сочетании этих вариантов в рамках объема правовой охраны.

1. Гидроакустическая система подводной навигации для водолазов, включающая навигационную базу из множества маяков и портативный гидроакустический приемник водолаза, при этом каждый из маяков содержит гидроакустический передатчик и выполнен с возможностью определения координат своего местоположения в режиме реального времени с помощью приемника внешней навигационной системы, приемная часть которого установлена над поверхностью воды, а также с возможностью передачи гидроакустического сигнала, включающего информацию о текущих координатах своего местоположения на портативный гидроакустический приемник водолаза, причем портативный гидроакустический приемник водолаза выполнен с возможностью приема сигналов от гидроакустических передатчиков маяков и дальнейшего вычисления на базе принятых сигналов текущих координат местоположения водолаза и отображения информации, касающейся вычисленных текущих координат местоположения водолаза, отличающаяся тем, что каждый из маяков выполнен в виде плавучего маяка и оборудован собственным приемником внешней навигационной системы.

2. Система по п.1, отличающаяся тем, что в качестве внешней навигационной системы использована спутниковая система GPS.

3. Система по п.1, отличающаяся тем, что плавучий маяк выполнен в виде дрейфующего маяка.

4. Система по п.1, отличающаяся тем, что плавучий маяк содержит гидроакустический приемопередатчик.

5. Система по п.1, отличающаяся тем, что дополнительно включает другой надводный или подводный объект, оснащенный передатчиком, выполненным с возможностью передавать дополнительную информацию на портативный гидроакустический приемник водолаза.

6. Система по п.5, отличающаяся тем, что другой надводный или подводный объект оснащен гидроакустическим передатчиком.

7. Система по п.5, отличающаяся тем, что другой надводный или подводный объект выполнен с возможностью передавать дополнительную информацию на портативный гидроакустический приемник водолаза по крайней мере через один плавучий маяк, выполненный с возможностью работы в режиме ретранслятора.

8. Система по п.5, отличающаяся тем, что в качестве другого объекта включает судно обеспечения.

9. Система по п.5, отличающаяся тем, что передатчик другого надводного или подводного объекта выполнен с возможностью передавать на портативный гидроакустический приемник водолаза дополнительную информацию в виде информации о текущих координатах местоположения этого объекта.

10. Система по п.5, отличающаяся тем, что устройство отображения выполнено с возможностью отображать информацию о текущих координатах местоположения другого надводного или подводного объекта или связанную с ней информацию, выбираемую из группы: расстояние до другого надводного или подводного объекта, пеленг другого надводного или подводного объекта, ориентировочное время в пути до другого надводного или подводного объекта.

11. Система по п.1, отличающаяся тем, что портативный гидроакустический приемник водолаза выполнен наручным.

12. Система по п.1, отличающаяся тем, что устройство отображения выполнено в виде электронного дисплея.

13. Система по п.1, отличающаяся тем, что портативный гидроакустический приемник водолаза дополнительно оборудован измерительным устройством или устройствами, выбираемыми из группы: устройство определения глубины, компас, таймер, термометр.

14. Система по п.13, отличающаяся тем, что устройство отображения выполнено с возможностью отображения информации, измеренной измерительным устройством.