Зондирующий комплекс профиля скоростей течения

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

3(59001 Р 5 00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPGH0MY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ- КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЬГГИЙ (21) 3502837/18-10 (22) 22.10.82 (46) 30.01.84. Вюл. Р 4 (72) Г. В. Смирнов, В. М. Кушнир, A. Б. Шадрин и Б. В; Шамрай (71) Северно-Западный заочный политехнический институт и Морской гидрофизический институт AH УССР (53) 621.317.39 ° 531.7(088.8) (56) 1. Патент Франции Р 2271578, кл. 5 01 Р 5/00, 1976.

2. Патент Японии 9 52-55180, кл. 111А-1, 1977.

3. Шевцов В. П. и др. О методике исследования вертикальной структуры морских течений с борта судна. Океанология, т. 13, вып. 6, 1973, с. 1108-1113.

4. Авторское свидетельство СССР

9 792144, кл. Q 01 Р 5/00, 1980

{ПРототип1 ° (54)(57) ЗОНДИРУЮЩИЙ КОМПЛЕКС ПРОФИЛЯ СКОРОСТЕЙ ТЕЧЕНИЯ, содержащий погружаемый блок, палубный блок, первый блок управления и блоки навигационных и метеосиноптических измерений, при этом погружаемый блок состоит из подводных измерительных преобразователей, выходы которых соединены с входами первого коммутатора, выход которого через аналогоцифровой преобразователь, первый преобразователь кодов и первый модем подключен к входу кабель-троса, второго блока управления, первый — Четвертый выходы которого соединены соответственно с управляющим входом первого коммутатора, анапого-цифрового преобразователя, первого преобразователя кодов и первого модема, причем палубный блок состоит из кабельтроса, выход которого через второй модем подключен к входу второго коммутатора, остальные входы которого соединены с выходами палубных изме. рительных преобразователей, а управ„„SU„„1070484 А ляющий вход — с первым выходом третьего блока управления; второй выход. которого подключен к управляющему входу второго модема, о т л и ч а— ю шийся тем, что, с целью повышения быстродействия и достоверности определения текущих оценок пространственно распределенных гидрофизических характеристик в реальном. темпе комплексных судовых исследований океана, в него введены канал связи, второй преобразователь кодбв, первый блок сопряжения, первый блок шин и блок вычисления гидрофизических характеристик, включающий в себя второй блок шин, семь блоков сопряже- д ния, оперативное запоминающее уст- ройство, перепрограммируемое посто- у янное запоминающее устройство, четвертый блок управления и три вычислителя, причем выход второго коммутатора соединен через .канал связи и второй преобразователь кодов с входом первого блока сопряжения, управляющий вход которого подключен к четвертому выходу третьего блока уп- СР равления, третий выход которого сое- а 1 динен. с управляющим входом второго преобразователя кодов, вход и выход первого блока сопряжения подключены Д, к первым входу и выходу второго блока шин, вход и выход первого блока 4" управления и блоков навигационных и Д, „ метеосиноптических измерений через первый блок шин, восьмой блок сопряжения, четвертый блок управления и второй блок сопряжения соединены с вторым входом и выходом второго блока шин, третий вход и выход которого подключены через третий блок сопряжения к входу и выходу оперативного запоминающего устройства, четвертый вход и выход через четвертый блок сопряжения — к входу и выходу перепрограммируемого постоянного за.поминающего устройства, а пятый, шес«

1070484 той и седьмой вход и выход соответственно через пятый, шестой и седь1

Изобретение относится к технике измерения скорости текущих сред и может использоваться для измерения параметров вертикального распределения горизонтальной скорости течения в 5 океане.

Известен измерительный комплекс для получения данных о распределениях скорости течения в океане, в котором используются акустические или электромагнитные измерители скорости течения с применением нескольких из мерительных баэ Г1).

Недостатками данного комплекса являются низкие, быстродействие и до-, стоверность комплексных измерений .гидрофизических характеристик профиля скорости течения в океане в реальном масштабе эксперимента.

Известен также измерительный зондирующий комплекс для получения данных о вертикальных распределениях горизонтальной скорости течения океане, в котором используется вращение чувствительных элементов вокруг . своей продольной оси для модуляции сигналов геомагнитным полем или полем течения и последующее выделение компонент вектора скорости (2 j.

При .этом. не, устраняется влияние сноса устройства течениями и имеет ЗО, место сильная чувствительность измерителей от географической широты или величины скорости, поэтому, указанный зондирующий комплекс также не обеспечивает оперативных достоверных ком- 35 плексных измерений гидрофизических характеристик в реальном масштабе эксперимента, Известен также зо дирующий кОмп 4О лекс. профиля скоростей течения, содержащий корпус, измеритель гидростатического давления, выход которого соединен с выходом коммутатора каналов, два акустических измерителя скорости течения, измерительные базы ко- торых ориентированы перпендикулярно продольной оси корпуса, а их парные выходы соединены соответственно с входами коммутатора каналов, измеритель угла азимута, подключенный к Ю входу коммутатора, выход которого через преобразователь угол-временной интервал соединен с входом коммутатора каналов, два выхода которого подключены к первым входам двух счет 55 мой блоки сопряжения — к входу и выходу трех вычислителей.

2 чиков, к вторым вентильным входам которых подключен генератор опорной частоты, а выходы счетчиков через преобразователь кода и модулятор связи соединены кабель-тросом с бортовой аппаратурой, выход которой через приемник-демодулятор подключен к входу магнитного регистратора и к выходу коммутатора бортовых измерителей, причем один из его входов соединен с блоком управления, подключенным к входу приемника-демодулятора, а другой вход соединен с выходом измерителя изменения координат судна по данным радионавигационной системы (3 J.

В данном комплексе невозможно оперативное определение достоверных геофизических характеристик профиля скоростей течения, т.е. Одновременное определение текущих оценок гидрологических В,, гидроакустических

8О и дополнительных 8g характеристик в реальном времени комплексных гидрофизических исследований океана, что резко ограничивает производительность таких исследований и достоверность получаемых (только после трудоемкой обработки магнитных записей в вычислительном центре) результатов °

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является зондирующий комплекс профиля скоростей течения, содержащий погружаемый блок, палубный блок, первый блок управления и блоки навигационных и метеосиноптических измерений, при этом погружаемый блок состоит из подводных измерительных преобразователей, выходы которых соединены с входами первого коммутагора, выход которого через аналого-цифровой преобразователь, первый преобразователь кодов и первый модем подключен к входу кабель-троса, второго блока управления, первый — четвертый выходы которого соединены соответственно с управляющим входом первого коммутатора, аналого-цифрового преобразователя, первого преобразователя кодов и первого модема, причем палубный блок состоит из кабельтроса, выход которого через второй модем подключен к входу второго коммутатора, остальные входы которо-. го соединены с выходами палубных

1070484 измерительных преобразователей, а управляющий вход - с первым выходом третьего блок управления, второй . выход которого подключен к управляющему входу второго модема. .5

Погружаемый блок содержит измеритель гидростатического давления, гидроскойический измеритель угла азимута и измерители углов отклонения продольной оси зонда от вертикали. Выходы измерителей соединены с входами -коммутатора, выход которого через преобразователь угол-временной интервал совместно с выходом измерителя гидростатического давле- <5 ния подключен к первому и второму входам коммутатора каналов соответственно. Третий и четвертый, пятый и шестой, седьмой и восьмой входы коммутатора каналов соединены соответст- 0 венно с парными выходами трех взаимно перпендикулярных акустических измерителей скорости течения, причем измерительные базы первого и второго, акустических измерителей ориентиро вани вдоль взаимно перпендикулярных йоперечных осей корпуса, а измерительная база третьего акустического измерителя - по продольной оси корпуса. Первый и второй выходы коммутатора каналов соединены соответственно с первыми входами вентилей двух счетчиков, вторые входы которых подключены к генератору опорной частоты, а выходы счетчиков соединены с выходами преобразователя параллельного кода в последовательный,, выход которого через модулятор связи подключен к входу кабель-тросовой линии связи между погружаемым и палубным блоками. Выход кабель-тросо- 40 вой линни связи через приемник-демодулятор соединен с входом магнитного регистратора. К этому же входу подключен выход коммутатора бортовых измерителей, к первому — пятому входам 45 которого подключены соответственно выходы бортовых измерителей: курса судна, измерителя координат судна по данным радионавигационной системы, интервалов вр м ни, длины сма-. 50 тываемого кабель-троса и угла отклонения кабель-троса от поперечной плоскости судна. В состав зондирующего комплекса входит также блок управления, вход которого соединен с выходом5 приемника-демодулятора, а выход подключен к шестому входу коммутатора бортовых измерений (4).

Известный комплекс повышает по сравнению с комплексом (3 ) точность измерений первичных параметров 8., 60 .профиля течений океана и дополнительных параметров 8g в подводном и палубном блоках, но не обеспечивает достижения высокой производительности и достоверности одновременного 65 определения текущих оценок гидрологических 9„, гидроакустических 6 и дополнительных 9 в реальном темйе комплексных гйдрофиэических иссле дований океана в силу того, что данный комплекс построен по радиальной жесткой деревовидной структуре, не соответствующей новейшим достижениям в области автоматизации судовых гидрофизических исследований океана и новейших средств измерительной и вычислительной техники.

Цель изобретения — повышение быстродействия и достоверности определения текущих оценок пространственно распределенных гидрофизических характеристик в реальном времени комплексных судовых исследований океана.

Поставленная цель достигается тем; что в зондирующий комплекс профиля скоростей течения, содержащий погружаемый блок, палубный блок, первый блок управления и блоки навигационных и метеосиноптических измерений, при этом погружаемый блок состоит из подводных. измерительных преобразователей, выходы которых соединены с входами первого коммутатора, выход которого через аналого-цифровой преобразователь, первый преобразователь кодов и первый модем подключен к входу кабель-троса, второго блока управления, первый — четвертый выходы которого соединены соответственно с управляющим входом первого коммутатора, аналого-цифрового преобразователя, первого преобразователя кодов и первого модема, причем палубный блок состоит из кабель-троса, выход которого через второй модем подключен к входу второго коммутатора, остальные входы которого соединены с выходами палубных измерительных преобразователей, а управляющий вход — с первым выходом третьего блока управления, второй выход которого подключен к управляющему входу второго модема, введены канал связи, второй преобразователь кодов, первый блок сопряжения, первый блок шин и блок вычисления гидрофиэических характеристик включающий в себя второй блок шин, семь блоков сопряжения, оперативное запоминающее устройство, перепрограммируемое постоянное запоминающее устройство, четвертый блок управления и три вычислителя, причем вьход второго коммутатора соединен через канал связи и второй преобразователь кодов с входом первого блока сопряжения, управляющий вход которого подключен к четвертому выходу третьего блока управления, третий выход которого соединен с управляющим входом второго преобразователя кодов, вход и выход первого блока сопряжения подключены к первым входу и выходу второго блока шин, вход и

1070484 выход первого блока управления и блоков навигационных и метеосиноптических измерений через первый блок шин, восьмой блок сопряжения, четвертый блок управления и второй блок сопряжения соединены с вторым вхо- 5 дом и выходом второго блока шин, третий вход и выход которого подключены через третий блок сопряжения к входу и выходу оперативного запоминающего устройства, четвертый вход и 1О выход через четвертый блок сопряжения к входу и выходу перепрограммируемого постоянного запоминающего устройства, а пятый,.шестой и седьмой входы и выход соответственна через пятый, шестой и седьмой блоки сопряжения — к входу и .выходу трех вычислителей.

На чертеже приведена схема зондирующего комплекса профиля скоростей течения.

Зондирующий комплекс состоит иэ погружаемого блока 1, палубного блока 2, блоков 3 вычисления гидрофиьических характеристик, блока 4 навигационных измерений, первого и второго блоков 5 и 5 шин, блока 6 ме.теосиноптических измерений, первого.четвертого блоков 7 -7 управления, первого и второго коммутаторов 8„ .и

8, подводных измерителвых 91 и па.лубных измерительных 9 преобразователей, аналого-цифрового преобразователя 10, первого и второго преобразователей 11 . и 11 кодов, первого и второго модемов 12 и 122, кабель35 троса 13, канала 1 связи., первоговосьмого блоков 15 -15< сопряжения, .оперативного 16 и йерепрограммируемого постоянного 17 запоминающих устройств, а также первого-третьего вы- 40 числителей 18„, 18, и 18g . В погружаемом блоке подводимые измерительные преобразователи 91 соединены с входами первого коммутатора 8, выход которого соединен с входом аналого- 45 цифрового преобразователя 10, выход которого подключен к входу первого преобразователя 11„ кодов, выход которого соединен с первым модемом

12„, первый-четвертый выходы второго о блока 7> управления соединены с входами первых коммутатора 81, аналогоцифрового преобразователя 10 преобразователя 11< кодов и модема 12„, выход которого соединен с выходом погружаемого блока 1. В.палубном блоке 2 вход кабель-троса 13 соединен через вход палубного блока 2 с выходом пагружаемога блока 1, выход кабель-троса 13 через второй модем 12 и палубные измерительные преобразова-6О .тели 9 .соединен с входами второго коммутатора 82, выход которого соединен через первый канал 14 связи, и второй преобразователь 112 кодов .с входом первого блока 15 сопря- Я жения, выход и вход которого соединены с выходом и вхадом палубного блока, Первый-четвертый выходы третьего блока 7 управления соединены с входами второго коммутатора 8, Второго модема 12, второго преобразователя 11 кодов и первого блока

15„ сопряжейия, первые вход и выход которого соединены с первыми входом и выходом второго блока 5 шин, вто рые-седьмые вход и выход которого через второй-седьмой блоки 15 -157 сопряжения соединены cпервымйвыходом и входом четвертого блока 7 управления, с выходом и входом оперативного запоминающего устройства 16, перепрограммируемого постоянного запоминающего устройства 17 и первоготретьего вычислителей 18 -18> . Вторые вход и выход четвертого блока 7+ управления через восьмой блок 15 сопряжения соединены с вторыми входом и выходом первого блока 5 шин, первые, третьи, четвертые вход и выход которого соединень с выходом и входом блока 4 навигационнь|х измерений блока 6 метеосиноптических измерений и первого блока 7„ управления.

Для повышения быстродействия и достоверности определения текущих оценок гидрофизических характеристик океана в реальном времени комплексных судовых исследований океана органи.— зованы функционально и территориально распределенные и распараллеленные урони обработки подводных 8„, палубных 82 измерений и вычислений гидрологических 8р, гидроакустических

8С, и дополнительных текущих характериатик, создана возможность гибкого .перераспределения вычислительных ресурсов между вычислителями 18„- 18, а также между блоками 3 вычисления гидройизических характеристик, блоками" навигационных 4 и метеосиноптических 6 измерений, обеспечена воэможность. эффективного использования новейших достижений в области создания высокоскоростных асинхронных блоков шин типов UNIBVË, МБ?.YIBVH, О-BVS, CP-1Â.

Зондирующий комплекс профиля скоростей течения работает следующим образом.

В погружаемом блоке 1, например, в зоне в заданном К-м профиле океана выполняются измерения 8„ которые с выхода погружаемого блока 1 поступают на вход палубного блока 2, в котором выполняются вспомогательные измерения 82 и полученные результаты

9 = 8„ + 8g через выход и вход палубного блока поступают через первые вход и выход в блок 3 вычисления гйдрофиэических характеристик.

Данные о координатах К и дрейфе и судна с блока навигационных измерений через первые вход и выход пер1070484 вого блока 51 шин через его вторые вход и выход поступают на вторые вход и выход блока 3 вычмсления гидрофиэических характеристик.

Метеосиноптические данные.измерений с блока 6 метеосиноптических измерений через тре ьи вход и выход первого блока 5 шин через его втоМ рые вход и выход поступают на вторые вход и выход блока 3 вЫчисления гидрофизических характеристик. t0

Управление этими и аналогичными процедурами асинхронного двунаправлен= ного обмена данными через первый блок

51 шин, а также вторичную обработку гйдрофиэических измерений (6 вы- 15 полняет первый блок 7„ управления с помощью его входа и выхода, подключенных к четвертым выходу и входу первого блока 5„ шин.

В погружаемом блоке 1 второй блок Zg

7> управления управляет измерениями

61 . По его сигналам управления с ere первого — четвертого выходов последовательно с помощью. первого коммутатора 3„ опрашиваются выходы подводных иэмерительных преобразователей 9 (виброчастотный преобразователь давления, гироскопический и маятниковые .преобразователи углов отклонения, акустические преобразователи скорости течения и звука), и последовательность данных измерений 61 подается на вход первого аналого-цифрового преобразователя 10„; в котором аналоговые данные измерений преобразуются в цифровые данные в форме двоичных кодов, поступающих в первый преобразователь 11, кодов (параллельных дво ичных в последовательны ), и с его выхода (в форме последовательности прямоугольных импульсов) измерения 4Q

9„ поступают в первьй модем 12.. В подводные измерения 6„ в погружаемом блоке 1 входят глубина погружения угли отклонения зонда от оси ориции Ч, от р к Ы, oT ro 4 риэонтали р, относительные скорости течения у звука С, температура Т и электрическая проводимость g, С выхода первого модема 12„ по цепочке через первый выход погружае- 5О мого блока 1, через вход палубного блока 2, через кабель-трос 13 и втррой модем 12@ на первый вход второго коммутатора 8 передаются подводные измерения 8„. При этом первый модем

12„, кабель-трос 13 и второй модем

12 последовательно выполняют прямое

М частотное преобразование; передачу промодулированных на основе ЧИМ и о6ратное частотное преобразование измерений В . Второй коммутатор 8 опрашива- <О

1 ет второй модем 12 и палубные измеритель ные преобразователи 92 (преобразователи углов отклонения от вертикали кабель-троса 13, счетчик длины ка, бель-троса ), выполняющие вспомога- 65

I тельные измерения 8,. и полученная общая последовательность измерений

Из 0 + Од через цепочку: первый канал 14 связи, второй преобразователь 112 кодов (из последовательных в параллельные двоичные передается на первый вход первого блока 15.1 сопряжения. Управление преобразованием

Формы измерений 93 и их передачей в палубном блоке 2 выполняет. третий блок 7 управления. С выхода и входа первого блока 15„ сопряжения через выход и вход палубного блока 2 измерения 6 поступают через первые вход и выход блока 3 вычисления гидрофиэических характеристик на первые вход и вь ход второго блока 5 шин.

Управление асинхронными двунаправленными. передачами через второй блок

5 шин,череэ вторые выход и вход и второй блок 15@ сопряжения выполняет через первые выход и вход четвертый блок 74 управления.

Измерения О через второй блок 5 шин,.через его третьи выход и вход и через третий блок 15> сопряжения поступают в оперативное запоминающее устройство 16; Программы гидрофиэических вычислений хранятся в перепрограммируемом постоянном запоминающем устройстве 17 и через четвертый. блок 15+ сопряжения, четвертый выход и вход второго блока 5 шин мо- гут передаваться через пятые — седьмые его выходы и входы и через пятыеседьмые блоки 15 -15 сопряжения, на первые — третьи вьчислнтели 18 -18> первичных гидрологических 6, гидроакустических 8О и вспомогательных, 18

9з параметров. При этом первый вычислйтель 18„ вычисляет зависимости тем- пературы ;, солености g; и давления а также выполняет сглаживание н интерполяцию этих зависимостей.

Второй вычислитель 182 вычисляет зависимости скорости течения V; н скорости звука С; по всем коордйнатам и разным базам (расстояние между аку стическими датчиками в подводных измерительных преобразователях 9 ), обеспечивает пересчет составляющих этих параметров из системы отсчета погружаемого блока 1 в географическую систему координат с учетом палубных вспомогательных измерений 62и данных о координатах К и дрейфе d судна, а также метеосиноптических данных .

Повышение быстродействия и достоверности комплексных измерений гидрофизических характеристик профиля скоростей течений океана в реальном времени эксперимента, в широких диапазонах глубины, в условиях сильного воздействия мешающих факторов (волнение, естественные и преднамеренные помехи )достигнуто за счет обеспечения во времени эксперимента

1070484

ВНИИПИ 3аказ11674/43 Тираж 823 Подписное

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул.Проектная, 4 распараллеливания, функциональной и территориальной децентрализации про° цедур подводных измерений 9„ в погружаемом блоке 1, палубных дополнительных измерений 0g от .независимых и параллельных гидрологических 8п

5 гидроакустических О и дополнительных 8 вычислений в блоке 3 вычисления гидрофизическия характеристик и от передач через первый блок 5 шин гидрофизических зависимостей

В5®t8, g, з), Навигационных fE u df и метеосиноптических р данных между разнесенными по всему судну блоками

2, 3,. 4 и б и первым блоком 7 управления. 15

Третий вычислитель 18 дополнид тельных параметров 8 обеспечивает цифровую Фильтрацию зависимостей -О л и .6, вычисляет вторичные характеристики Е (частота Брента-Бяйсяля, градиенты скорости, температуры, солености, плотности, число Ричардсона) с учетом данных о координатах К, дрейфе d и метеосиноптических измерениях р», поступаюших через первый блок 5„ шин, вторые вход .и выход блока 3 вычисления гидрофизических характеристик З,.восьмой блок 15 сопряжения, четвертый блок 7 уп6 равления, второй блок 15 сопряжения

2 У второй блок 5> шин и седьмой блок 15 сопряжения в третий вычислитель 18