Книжная полка Сохранить
Размер шрифта:
А
А
А
|  Шрифт:
Arial
Times
|  Интервал:
Стандартный
Средний
Большой
|  Цвет сайта:
Ц
Ц
Ц
Ц
Ц

Теория, устройство и способы использования многолучевого эхолота

Покупка
Основная коллекция
Артикул: 617756.01.99
Рассмотрен комплекс взаимосвязанных вопросов теории и эксплуатации многолучевого эхолота, нашедшего широкое применение в современных гидрографических исследованиях поля глубин и гидрографических работах. Предназначено для студентов и курсантов старших курсов, проходящих обучение по специальностям "Судовождение", "Водные пути сообщения и гидрография". Полезно преподавателям, адъюнктам, гидрографам и судоводителям.
Катенин, В. А. Теория, устройство и способы использования многолучевого эхолота : учебное пособие / В. А. Катенин. - Москва : Альтаир-МГАВТ, 2013. - 220 с. - Текст : электронный. - URL: https://znanium.com/catalog/product/447664 (дата обращения: 28.03.2024). – Режим доступа: по подписке.
Фрагмент текстового слоя документа размещен для индексирующих роботов. Для полноценной работы с документом, пожалуйста, перейдите в ридер.
МИНИСТЕРСТВО ТРАНСПОРТА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ 
МОСКОВСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ АКАДЕМИЯ ВОДНОГО ТРАНСПОРТА 
 

 
 
Катенин В.А., Бойков А.В., Чернухо Г.С., Катенин А.В. 
 
ТЕОРИЯ, УСТРОЙСТВО И СПОСОБЫ 
ИСПОЛЬЗОВАНИЯ МНОГОЛУЧЕВОГО 
ЭХОЛОТА 
 
УЧЕБНОЕ ПОСОБИЕ 
 

 
 
Альтаир‐МГАВТ 
Москва 
2013 

МИНИСТЕРСТВО ТРАНСПОРТА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ 
МОСКОВСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ АКАДЕМИЯ ВОДНОГО ТРАНСПОРТА 

Катенин В.А., Бойков А.В., Чернухо Г.С., Катенин А.В. 
 

 

ТЕОРИЯ, УСТРОЙСТВО И СПОСОБЫ 
ИСПОЛЬЗОВАНИЯ МНОГОЛУЧЕВОГО 
ЭХОЛОТА 
 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 
Альтаир ‐ МГАВТ 
Москва 

2013 
УДК: 551.46.06 

Б-77 

 

Катенин В.А., Бойков А.В., Чернухо Г.С., Катенин А.В. Теория, устройство и способы использования многолучевого эхолота. Учебное пособие. 
– М.: «Альтаир-МГАВТ», 2012. – 220 с. 
 

Рассмотрен комплекс взаимосвязанных вопросов теории и эксплуатации 

многолучевого эхолота, нашедшего широкое применение в современных гид
рографических исследованиях поля глубин и гидрографических работах.  

Предназначено для студентов и курсантов старших курсов, проходящих 

обучение по специальностям «Судовождение», «Водные пути сообщения и 

гидрография». 

Полезно преподавателям, адъюнктам, гидрографам и судоводителям. 

 
Рецензент – д.т.н., профессор Кубрин С.С.; доцент кафедры Судовожде
ние Бурханов М.В. 

 

Рассмотрено и рекомендовано к использованию в учебном процессе на 
заседании кафедры Судовождения (протокол №    от      ) 
 
 
Рекомендовано к изданию Учебно-методическим советом МГАВТ. 
 
Ответственность за оформление и содержание передаваемых в печать 
материалов несут авторы и кафедры академии, выпускающие учебнометодические материалы. 
                                                                               © Катенин А.В., 2013 
                                                                               © МГАВТ 2013  
                                                                               © Катенин В.А., 2013 
                                                                               © Чернухо Г.С., 2013

© Бойков А.В., 2013 
СОДЕРЖАНИЕ 
УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ И СОКРАЩЕНИЯ  .  .  .  .  .  .  .  .       5 

ВВЕДЕНИЕ   .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .      9 

Часть 1. Теоретические основы измерения глубин многолучевыми 

эхолотами    .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .     14 

1.1. Гидрографическая съемка поля глубин и предъявляемые к ней требо
вания  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .     14 

1.2. Измерение глубины однолучевым эхолотом  .  .  .  .  .  .  .  .  .     34  

1.3. Назначение и принцип действия многолучевого эхолота   .  .  .       43 

1.4. Точность измерения глубин эхолотами   .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .     71 

Часть 2. Конструктивные особенности многолучевых эхолотов      89 

2.1. Конструкция многолучевого эхолота ЕМ 2040    .  .  .  .  .  .  .      89 

2.2. Эксплуатационные характеристики многолучевого эхолота    .       94  

2.3. Возможности многолучевого эхолота ЕМ 2040    .  .  .  .  .  .  .    102 

2.4. Особенности монтажа многолучевого эхолота ЕМ 2040   .  .  .     109 

2.5. Эксплуатация многолучевого эхолота ЕМ 2040   .  .  .  .  .  .  .    117 

Часть 3. Способы использования многолучевых эхолотов    .  .    126 

3.1. Площадная съемка поля глубин   .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .    126 

3.2. Съемка поля глубин дна на реках  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .     149 

3.3. Съемка полосы дна акватории заданной ширины для обеспечения ук
ладки подводной трубопроводной системы  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .    154 

3.4. Определение границ арктического шельфа   .  .  .  .  .  .  .  .  .     160 

3.5. Поиск и обследование навигационных опасностей  .  .  .  .  .  .    173 

3.6. Определение пространственно-временной изменчивости рельефа  дна 

(заносимости) акваторий   .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .   178 

Приложение 1. Вычисление погрешностей съемки поля глубин многолу
чевым эхолотом  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .   180 

Приложение 2. Выбор и уточнение междугалсовых расстояний при про
мере  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .    187 

 Приложение 3. Методика калибровки многолучевого эхолота    .  .    199 

Приложение 4. Рекомендуемое расположение галсов при промере для 

некоторых типовых форм подводного рельефа    .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .    216 

ЛИТЕРАТУРА    .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .  .       219 
 
 

Условные обозначения и сокращения 
АП — адаптивный параллельный метод 

АР — антенная решетка 

АС — аналитическая сеть 

АПЛ — атомная подводная лодка 

АРЩ — аварийный распределительный щит 

АЭ — антенна эхолота 

БП — блок питания 

БРАС — Береговая радионавигационная автоматизированная система 

БЭ — блок электронный 

ВМФ — Военно-Морской Флот 

ВОП — взрывоопасный предмет 

ВУ — выдвижное устройство 

ГБО — гидролокатор бокового обзора 

ГГС — государственная геодезическая сеть 

ГЛОНАСС — глобальная навигационная спутниковая система 

ГСК — географическая система координат 

ГЭЛ-4 — глубоководный эхолот 

ДБКК — датчик бортовой и килевой качки 

ДП — диаметральная плоскость 

ИМ — извещения мореплавателям 

ИМО — Международная морская организация 

ИК — истинный курс 

ИКМ-74 — инструкции по производству корректуры по местности 

ИНС — инерциальная навигационная система 

ИПР —  инструкция по промеру на реках 

ИСК — инерциальная система координат 

К — курс судна относительно географического меридиана; 

КА — космический аппарат 

КК — компасный курс 

ККС — контрольно-корректирующая станция 

КЛ — кусочно-линейный метод 

КП — компасный пеленг 

ЛР — метод линейной регрессии 

МА — метод определения направления, соответствующего макси
мальной амплитуде 

МАРС-75 — Морская автоматизированная радионавигационная система 

МГО — международная гидрографическая организация 

МЛЭ — многолучевой эхолот 

МНРФ — метод определения направления по моменту нулевой разности фаз 

МРФ — метод разности фаз 

МТ-2000 — мореходные таблицы 

МЭК — международная электротехническая комиссия 

НАП — навигационная аппаратура потребителей 

НИС — научно-исследовательское судно 

НТУ — наинизший теоретический уровень 

НЭС — научное экспедиционное судно 

ОСП  — отношение «сигнал/помеха» 

ОТП — опасности техногенного происхождения 

ПГС — правила гидрографической службы 

ПЗ-90 — параметры Земли (1990 г.) 

ПКС — плата курса и скорости 

ПКСО — приборная координатная система отсчета 

ПО — программное обеспечение 

ППД — поправки к псевдодальности 

ПС — положение сомнительно 

ПСК — пульт сопряжения курсографа 

ПТ — плата таймера 

ПУ — плата управления 

ПФС — плата формирования скорости 

РК — распределительная коробка 

РНС — радионавигационная система 

РЭ — руководство по эксплуатации 

СК-95 — система координат 1995 года 

СЕГ — Северо-Европейский газопровод 

СКО — среднее квадратическое отклонение 

СКП — средняя квадратическая погрешность 

СКСО — судовая координатная система отсчета 

СКТ — синусно-косинусный трансформатор 

СНО — средства навигационного оборудования 

СНС — спутниковая навигационная система 

ФМП — ферромагнитные предметы 

ХН — характеристика направленности 

ЦНК — цифровая навигационная карта 

ЭВМ — электронная вычислительная машина 

CW (continuous wave) — незатухающая гармоническая волна 

CPU ( central processing unit) — центральный процессор 

EGNOS — (Europian Geostationary Navigation Overlay Service) – евро
пейская дополнительная геостационарная навигационная служба 

FM (frequency modulation) — частотная модуляция 

FPGA (field-programmable gate array) — матрица логических элементов с  

эксплуатационным программированием 

GDOP (Geomentrical Delution of Precition) — ухудшение точности, обу
слов-ленное геометрическими факторами 

GMT (Greenwich Mean Time) — Гринвичское среднее время 

GPS (Global Positioning System) — глобальная система позиционирования 

GNSS (Global Navigation Satellite System) — Глобальная навигационная 

спутниковая система 

IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers) — Институт инжене
ров по электротехнике и радиоэлектронике 

GSM (Group Special Mobile, позже переименован в Global System for Mo
bile Communication) — глобальный стандарт цифровой мобильной связи 

DGPS (Differencial Global Positioning System) — дифферециальная  

подсистема глобальной системы позиционирования 

HDOP (Horizontal Delution of Precition) — горизонтальный фактор ухуд
шения точности 

ECS — электронная картографическая система 

MSAS (MT SAT Augmentation System) — широкозонная дифференциаль
ная подсистема (Япония) 

PDOP (Position Delution of Precition) — пространственный фактор ухуд
шения точности 

RTK (Real Time Kinematics) — кинематическая геодезическая съемка в 

реальном времени для подвижных объектов 

RTCM (Radio Technical Commission 

 for Maritime Services) — Радиотехническая комиссия для обслуживания  

мореплавания — международная некоммерческая научно-образовательная и 

производственная организация 

STD (salinity,temperature,depth)-зонд — судовой зонд для измерения соле
ности, температуры воды и глубиныю 

UTC (Universal Time Coordinated) — Всемирное координатное время 

VDC (volts DS) — постоянное напряжение в вольта 

 

Введение 

Эхолот — это гидроакустический судовой прибор для измерения глубин, 

действие которого основано на измерении интервала времени прохождения им
пульса ультразвука от вибратора, установленного на днище судна, до дна и об
ратно. Эхолоты в зависимости от предназначения бывают разных типов: нави
гационные, промерные, глубоководные, рыбопромысловые и др. 

Для выполнения промерных работ на больших площадях, с большой про
изводительностью, с большой детальностью (подробностью) и с гарантирован
ным сплошным покрытием дна акватории измерениями глубин (промером) ис
пользуются многолучевые эхолоты. 

Принцип работы многолучевых эхолотов основан на формировании с ис
пользованием антенной решетки и/или электронным способом пучка узких лу
чей, расходящихся веером в плоскости, перпендикулярной направлению дви
жения и диаметральной плоскостью судна. 

С учетом параметров движения судна (курс, крен, дифферент, вертикаль
ные перемещения) и распределения скорости звука по глубине в обследуемой 

акватории в результате каждого излучения серии звуковых импульсов получа
ется набор глубин по линии галса, перпендикулярной диаметральной плоскости 

судна и пути. Ширина полосы зондирования пропорциональна глубине (обычно 

составляет от 3 до 7 глубин). Число лучей, так же как и методы их формирова
ния и обработки информации, в различных моделях многолучевых эхолотов 

существенно различаются в зависимости от их конструкции. Обязательным до
полнением к многолучевому эхолоту являются: навигационное оборудование 

для определения точных координат судна-носителя, система определения па
раметров движения судна (гирокомпас, крен-дифферент, датчик вертикальных 

перемещений), датчик определения вертикального распределения скорости 

звука в воде (STD-зонд).  

Применение многолучевых эхолотов в океанографических (гидрографи
ческих) и нефте-газопоисковых исследованиях на больших и средних глубинах 

началось достаточно давно (с середины 80-х годов прошлого века). Применение 

данной технологии на мелководных водоемах стало возможным только после 

существенного увеличения производительности вычислительных комплексов. 

Это связано с тем, что при работах на малых глубинах для обеспечения полного 

покрытия дна акватории требуется существенное увеличение числа посылок в 

единицу времени, что, в свою очередь, вызывает значительное увеличение ско
рости обработки и объема обрабатываемой информации.  

В России для выполнения промерных работ используются, в основном, 

многолучевые эхолоты известных зарубежных фирм, имеющих большой опыт в 

разработке и производстве данного оборудования и имеющих сертификаты, 

подтверждающие технические характеристики приборов. Как правило, это эхо
лоты производства компании Reson (Дания) и Kongsberg (Норвегия). Их основ
ные технические характеристики представлены в следующих таблицах В1 и В2. 

Таблица В1 
Основные технические характеристики многолучевых эхолотов Reson 

Модель SeaBat Частота 

(кГц) 

Глубина под 

трансдьюсером 

(м) 

Возможная глубина 
погружения транс
дьюсера (м) 

Ширина захвата (коэфф. 

к глубине) 

Кол-во лу
чей 

8125 
455 
120 
600 и 1,500 
3.5 
240 

8101 
240 
300 
120, 1, 500 и 3,000 
7.4 
101 

8124 
200 
400 
100 
3.5 
101 

8111 
100 
1000 
100 
7.4 
101 

8160 
50 
3000 
100 
7.4 
126 

8150 
12и/или 

24 
12,000 
100 
5 

Таблица В2 
Основные 
технические 
характеристики 
многолучевых 
эхолотов

Kongsberg 

Модель 
Частота 

(кГц) 

Глубина под 

трансдьюсером (м)

Ширина захвата 
отн. к глубине Н 
максимальная, м) 

Кол-во лучей 

EM 3000S 
300 
0.5-150 
4xН/200 
127 

EM 3000D 
300 
0.5-150 
10xН/250 
254 

EM 2000 
200 
1-250 
7.5xН/300 
111 

EM 1002 
95 
2-1000 
7.5xН/1250 
111 

EM 300 
30 
5-5000 
5.5xН/5000 
135 

EM 120 
12 
50-11000 
6xН/25000 
191 

EM 121 
12 
10-11000 
3.5xD/25000 
121 

 

 

Из многолучевых эхолотов отечественного производства серийные изде
лия выпускает НТП «Реаконт».  

Технические характеристики многолучевых эхолотов НТП «Реаконт» 

Модель Частота 

(кГц) 

Глубина под транс
дьюсером (м) 

Сектор обзора 
макс. (град.) 

Ширина 

луча 

Разрешение угловое 

/ по дальности 

Кол-во 
лучей 

Р-161 
155 
1-300 
120 
7 
0.2/0.05 
200 

Р-322 
155 
1-200 
150 
3 
0.1/0.05 
800 

Р-323 
155 
3-300 
150 
3 
0.1/0.05 
1000 

Однако успешному освоению новой техники мешало и продолжает ме
шать отсутствие технической учебной литературы, которая позволила бы: 

— понять теоретические основы действия отдельных элементов и 

МЛЭ в целом; 

— практически освоить эксплуатацию МЛЭ. 

Что касается первой проблемы, то нам видится ее решение по двум на
правлениям: 

— изложение минимально необходимого объема теоретических знаний, 

способных удовлетворить потребности пользователя; 

— изложение расширенного теоретического курса построения и функ
ционирования МЛЭ с выводами математических зависимостей и формул, объ
ясняющих процессы построения и работы многолучевого эхолота в различных 

условиях плавания. 

Вторая проблема, может быть решена за счет доступного, последовательно
го и наглядного изложения технической документации по эксплуатации МЛЭ.