Теория, устройство и способы использования многолучевого эхолота
Покупка
Основная коллекция
Год издания: 2013
Кол-во страниц: 220
Дополнительно
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.
Тематика:
ББК:
УДК:
ОКСО:
- ВО - Бакалавриат
- 26.03.01: Управление водным транспортом и гидрографическое обеспечение судоходства
- 26.03.02: Кораблестроение, океанотехника и системотехника объектов морской инфраструктуры
- ВО - Специалитет
- 26.05.04: Применение и эксплуатация технических систем наводных кораблей и подводных лодок
- 26.05.05: Судовождение
ГРНТИ:
Скопировать запись
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.