13.Методы повышения точности доплеровских лагов

1. Компенсация влияния непостоянства скорости звука в воде( с ):

Скорость звука в морской воде изменяется в пределах ±5% от 1500м/с, возникают недопустимо большие погрешности, поэтому применяют следующие способы компенсации этой погрешности:

а).Метод прямого измерения (с) вблизи места установки акустической антенны:

- это осуществляется с помощью специальных устройств- скоростомеров, обладающих высокой точностью, характеризуемой сотыми долями процента. Данный способ применяется, когда от лага требуется высокая точность.

б).Использование апробированных эмпирических формул (косвенный способ определения (с). Наиболее часто применяется формула Вильсона:с = 1449,2+4,623*Т-0,0546*Т²+1,391*(S-35), где с- скорость звука в воде,(м/с);

Т-температура воды, (°С); S- соленость воды,(‰). Надо учитывать лишь влияние Т и для этого вблизи антенны лага располагают датчик температуры- термистор. Влияние изменения S учитывают- вводя вручную поправки. Т.о. удается обеспе-

чить погрешность в определении (с) около 0,1%.

в).Метод обеспечения постоянного (неизменного) значения (с), путем стабилизации температуры жидкости(технические масла), омывающей со всех сторон блок акустического преобразователя( нижняя поверхность преобразователя соприкасается с забортной водой). Система автоматической стабилизации Т° содержит простейший нагреватель и термоконтакт, настроенный на определенную Т°.

г). Метод, непосредственно вытекающий из структуры формулы Vx = (fд*с*secΘo)/4fo, (где fд- истинный доплеровский сдвиг частоты.) и заключающийся в компенсации нестабильности (с) за счет синхронного изменения частоты излучаемого сигнала fo

причем скоростомер выступает в качестве прямого регулятора указанной частоты.

д). Метод (вытекающий из формулы (1.1) Vx ≈(fд*с*secΘo)/2*fo ) стабилизации отношения

(с/cosΘo ) при fo - const. Для этого применяют частотно-независимые антенны (в доплеровском смысле) обладающие слабой направленностью. Питание каждого преобразователя происходит с небольшим сдвигом по фазе Δψ= (2πа*cosΘ)/λ, где

а- расстояние между соседними элементами антенн, cosΘ= (Δψ* λ)/ 2πа= Δψ*с/2πа* fo; подбирая величину а= λ = со/ fo, (cos60°=0.5), сдвиг фазы Δψ = π cosΘ= с/2а*fo- это значение определяет, как должен изменятся угол Θ при изменениях (с) и а, fo - const. Подставляя cosΘ в (1.1) получим: Vx= fд* а ., т.е. применение частотно-независимых антенн позволяет исключить влияние (с) на показания лага.

2. Снижение влияния статических углов отклонения судна, качки.

- стабилизация по отношению к плоскости истинного горизонта антенны (характеристики направленности антенны). Это достигается путем установки антенны в кардановом подвесе и придания ей положительного маятникового эффекта( заметное улучшение может быть достигнуто лишь при качке с большим периодом).

- более эффективным является размещение антенны на стабилизированной в плоскости горизонта платформе. Стабилизация платформы осуществляется двухканальной следящей системой по командным сигналам от гирогоризонта.

- реализация антенны лага на основе фазированной решетки преобразователей, в этом случае может быть осуществлена "электронная стабилизация"(введение по апертуре антенны в моменты излучения и приема сигналов фазового распределения по закону качки, обеспечивающего стабилизацию характеристики направленности антенны по отношению к плоскости истинного горизонта).

3. Снижение флюктуационных погрешностей

- их сглаживание путем временного усреднения результатов измерений за некоторое время То.

σv/Vx=(√λoΔΘsinΘo)/(4 cosΘo√VxTo)

Формула позволяет выбирать интервал осреднения на основе компромисса между желанием увеличить точность показания лага и приемлемым временем запаздывания информации о скорости. В открытом море величина То осреднения может составлять 150-300 с и тогда точность измерения скорости будет высокой и погрешность составит 0,005-0,1%( при обычно применяемых частотах fo = 200-300 кГц). При плавании в стесненных условиях значение То ,превышающее 15с, будет уже чрезмерным и, наконец при швартовке То должно быть не более 15с. Для получения высокой точности при малом значении То (при швартовке) надо использовать fo = 1-2 МГц.