RU2006874C1 - Device for measuring distance to edges of navigating way and detecting obstacles on it - Google Patents
Device for measuring distance to edges of navigating way and detecting obstacles on it Download PDFInfo
- Publication number
- RU2006874C1 RU2006874C1 SU5002046A RU2006874C1 RU 2006874 C1 RU2006874 C1 RU 2006874C1 SU 5002046 A SU5002046 A SU 5002046A RU 2006874 C1 RU2006874 C1 RU 2006874C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- input
- output
- information
- antennas
- switch
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Measurement Of Velocity Or Position Using Acoustic Or Ultrasonic Waves (AREA)
- Radar Systems Or Details Thereof (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к навигационным устройствам с применением ультразвуковых волн и может быть использовано для повышения безопасности проводки речных плоскодонных судов по мелководным извилистым фарватерам путем определения дистанций до кромок судоходной полосы посредством горизонтальной локации. The invention relates to navigation devices using ultrasonic waves and can be used to increase the safety of piloting flat-bottomed river vessels along shallow, winding fairways by determining distances to the edges of the shipping lane by means of horizontal location.
Известны устройства для горизонтальной локации, включающие в себя гидролокаторы шагового, секторного и кругового обзоров. Они используют или электромеханический разворот акустической антенны, или переключение набора акустических антенн, или сканирование характеристики направленности антенн при излучении или приеме. Все эти условия конструктивно сложны, громоздки, дороги, вследствие чего не получили распространения на речных судах. Known devices for horizontal location, including sonar stepper, sector and circular reviews. They use either the electromechanical spread of the acoustic antenna, or switching the set of acoustic antennas, or scanning the directional characteristics of the antennas during radiation or reception. All these conditions are structurally complex, bulky, expensive, and as a result they are not widespread on river vessels.
Известно устройство для горизонтальной локации, содержащее 48 гидроакустических антенн, расположенных по окружности для кругового обзора. A device for horizontal location containing 48 sonar antennas located around the circumference for a circular view.
Недостатком данного устройства, применительно к речным судам, является невозможность обнаружения навигационных опасностей в ближней зоне и сложность конструкции. The disadvantage of this device, in relation to river vessels, is the inability to detect navigation hazards in the near zone and the complexity of the design.
Гидролокаторы бокового обзора, применяемые, например, для гидрографических исследований выдают информацию о рельефе дна в форме, непосредственно непригодной для использования при судовождении. Кроме того, из-за узкой (1-3о) характеристики направленности в горизонтальном направлении затруднено обнаружение препятствий малых размеров в пределах судоходной полосы, представляющих навигационные опасности, а получение информации о глубине, соответствующей данному участку рельефа, требует применения специальных методов, что значительно усложняет гидролокатор.Side-scan sonars, used, for example, for hydrographic surveys, provide information about the bottom topography in a form that is not immediately suitable for use in navigation. In addition, due to the narrow (1-3 ° ) horizontal directivity, it is difficult to detect small obstacles within the shipping lane that represent navigational hazards, and obtaining information about the depth corresponding to a given terrain requires special methods, which significantly complicates sonar.
Наиболее близким решением по технической сущности и достигаемому эффекту к предложенному и принятому за прототип является устройство под названием "Излучатели для локации при помощи звуковых волн". The closest solution in technical essence and the achieved effect to the proposed and adopted as a prototype is a device called "Radiators for location using sound waves."
Известное устройство содержит приемопередатчик и две гидроакустические высокочастотные антенны, помещаемые на штоке под корпусом судна и излучающие два горизонтальных звуковых пучка. Каждая антенна имеет большой размер по вертикали, например равный 50 длинам волн, и малый по горизонтали (порядка одной длины волны), что обеспечивает узкие в вертикальной плоскости (2-3о) и широкие в горизонтальной плоскости (например, 60о) характеристики направленности.The known device contains a transceiver and two hydroacoustic high-frequency antennas placed on a rod under the hull of the vessel and emitting two horizontal sound beams. Each antenna has a large vertical size, for example, equal to 50 wavelengths, and a small horizontal (of the order of one wavelength), which provides narrow vertical (2-3 ° ) and wide horizontal (for example, 60 ° ) directivity .
Для регистрации и индикации эхосигналов устройство содержит самописец с двумя пишущими узлами, дающими запись дистанций до подводных откосов по правому и левому борту относительно средней линии на одной ленте. For registration and indication of echo signals, the device contains a recorder with two recording units that record the distances to underwater slopes on the right and left side relative to the midline on one tape.
Известное устройство содержит также дополнительную высокочастотную антенну для измерения дистанций впереди по курсу судна и отдельный самописец для регистрации этих дистанций (при значении их до 300 м), пишущая лента которого перемещается перпендикулярно к ленте основных самописцев. The known device also contains an additional high-frequency antenna for measuring distances ahead in the direction of the ship and a separate recorder for recording these distances (up to 300 m), the writing tape of which moves perpendicular to the tape of the main recorders.
Недостатком прототипа является невозможность обеспечения безопасной проводки судов при малых запасах воды под днищем, которые могут быть равны всего 0,2 м, из-за того, что антенны располагаются под корпусом судна, а также из-за помех, создаваемых боковыми лепестками характеристик направленности антенн, которые затрудняют получение достоверных данных о расстояниях в наиболее опасных для судоходства случаях, когда кромка судового хода находится в 10-20 м от борта. The disadvantage of the prototype is the inability to ensure safe wiring of vessels with small reserves of water under the bottom, which can be equal to only 0.2 m, due to the fact that the antennas are located under the hull, as well as due to interference from the side lobes of the directional characteristics of the antennas , which make it difficult to obtain reliable data on distances in the most dangerous cases for shipping, when the edge of the ship's passage is 10-20 m from the side.
Использование дополнительной высокочастотной антенны для измерения дистанций впереди по ходу судна неэффективно, так как при малых запасах воды под днищем сигналы от препятствий не могут быть зарегистрированы на расстояниях до 300 м из-за расширения звукового пучка и из-за рефракции и будут замаскированы донной реверберацией. The use of an additional high-frequency antenna for measuring distances ahead along the vessel is inefficient, because with small reserves of water under the bottom, signals from obstacles cannot be detected at distances up to 300 m due to the expansion of the sound beam and due to refraction and will be masked by bottom reverb.
Недостатком прототипа является также невозможность определения глубины под корпусом судна. The disadvantage of the prototype is the inability to determine the depth under the hull.
Техническим результатом применения предлагаемого устройства является повышение безопасности судовождения при проводке речного судна по мелководным фарватерам, в стесненных условиях, за счет получения информации о дистанциях до кромок судоходной полосы на уровне осадки судна и обнаружения препятствий, представляющих навигационные опасности в пределах этой полосы, в том числе и при малом отстоянии антенн от дна (до 0,2 м) или поверхности воды. The technical result of the application of the proposed device is to increase the safety of navigation when guiding a river ship in shallow fairways, in cramped conditions, by obtaining information about the distances to the edges of the navigable strip at the level of the draft and detect obstacles that represent navigational hazards within this strip, including and with a small distance of the antennas from the bottom (up to 0.2 m) or the surface of the water.
Эти технические результаты достигаются за счет того, что в устройстве, содержащем излучающие и приемные антенны по каждому борту, приемопередатчик, регистратор и индикатор для записи и индикации дистанций до кромок, одну приемопередающую высокочастотную антенну с вертикально направленной характеристикой и отдельным приемником для измерения глубины под днищем, горизонтально излучающие высокочастотные антенны выполнены параметрическими с расположенными на них элементами на две частоты накачки, например, f1 = 380 кГц и f2 = 290 кГц, имеют высоту h, в 14-20 раз превышающую их ширину b, например, 380 и 26 мм (соответственно h 70-100 λ, b 5-7 λ), образующими безлепестковые характеристики направленности, узкие (до 1-1,5о) в вертикальной плоскости и широкие (до 8-20о) в горизонтальной плоскости, а также за счет того, что эти антенны, стабилизированные специальными карданными подвесками, установлены внутри судна у правого и левого бортов в местах перехода скулы цилиндрической части корпуса к носовой оконечности в непосредственной близости к днищу, при этом перед антеннами установлены звукопрозрачные обтекатели, врезанные в корпус судна.These technical results are achieved due to the fact that in a device containing emitting and receiving antennas on each side, a transceiver, a recorder and an indicator for recording and indicating distances to the edges, one transceiver high-frequency antenna with a vertically directed characteristic and a separate receiver for measuring depth under the bottom horizontally radiating high-frequency antennas are made parametric with elements located on them at two pump frequencies, for example, f 1 = 380 kHz and f 2 = 290 kHz, have a high from h, 14-20 times their width b, for example, 380 and 26 mm (respectively h 70-100 λ, b 5-7 λ), forming non-petal directivity characteristics, narrow (up to 1-1.5 о ) in the vertical plane and wide (up to 8-20 о ) in the horizontal plane, and also due to the fact that these antennas are stabilized by special gimbal pendants installed inside the vessel at the right and left sides at the junction of the cheekbones of the cylindrical part of the hull to the bow at the very bottom, with soundproof fairings embedded in the hull in front of the antennas.
Особенностью предлагаемых параметрических антенн является также возможность введения конструктивного фазового сдвига при наклейке элементов (излучателей) одной из частот накачки, например f1, для разворота характеристики направленности по этой частоте по отношению к характеристике направленности по частоте f2, с расчетом, чтобы нижние края характеристик совпадали и имели горизонтальное направление на уровне осадки судна. Это повысит точность измерений дистанций до подводной кромки берегового откоса и до препятствий. Паразитный помеховый сигнал от поверхности воды на частоте f2 подавляет приемопередатчик за счет селективности его приемной части.A feature of the proposed parametric antennas is also the possibility of introducing a constructive phase shift when sticking elements (emitters) of one of the pump frequencies, for example, f 1 , for reversing the directivity characteristics at this frequency with respect to the directivity characteristics at frequency f 2 , with the expectation that the lower edges of the characteristics coincided and had a horizontal direction at the level of the draft. This will increase the accuracy of distance measurements to the underwater edge of the coastal slope and to obstacles. The spurious interference signal from the water surface at a frequency f 2 suppresses the transceiver due to the selectivity of its receiving part.
Прием эхосигналов разностной частоты F = f1 - f2 (например, 90 кГц) осуществляют приемные антенны, чувствительные к слабым эхосигналам, установленные в непосредственной близости к горизонтально излучающим параметрическим антеннам и в одной горизонтальной плоскости с ними. Они соединены с приемником разностной частоты приемопередатчика через переключатель приемных антенн.The difference frequency echo signals F = f 1 - f 2 (for example, 90 kHz) are received by receiving antennas sensitive to weak echo signals, installed in close proximity to the horizontally radiating parametric antennas and in the same horizontal plane with them. They are connected to the receiver of the differential frequency of the transceiver through a switch of the receiving antennas.
Высокочастотная передающая антенна с вертикальной характеристикой направленности врезана в днище судна. Она соединена с одним из генераторов импульсов накачки (f1 или f2), причем в приемопередатчик введен коммутатор приемопередачи, включенный между антенной и приемником, работающим на частоте выбранного генератора накачки, а выход приемника подключен к АЦП измерения глубины.A high-frequency transmitting antenna with a vertical directivity pattern is embedded in the bottom of the vessel. It is connected to one of the pump pulse generators (f 1 or f 2 ), and a transceiver switch is inserted into the transceiver, connected between the antenna and the receiver operating at the frequency of the selected pump generator, and the output of the receiver is connected to an ADC for measuring depth.
Применение параметрических излучающих антенн позволяет сформировать узкие в вертикальной плоскости характеристики направленности с малым уровнем боковых лепестков, что дает возможность существенно увеличить точность и угловое разрешение по сравнению с прототипом, сводя при этом к минимуму влияние помех, создаваемых донной и поверхностной реверберацией. Последнее необходимо при работе в условиях речного мелкодовья и позволяет получать эхосигналы от объектов в придонных слоях. The use of parametric emitting antennas allows you to create narrow vertical patterns with a low level of side lobes, which makes it possible to significantly increase the accuracy and angular resolution compared to the prototype, while minimizing the effect of interference from bottom and surface reverberation. The latter is necessary when working in shallow river waters and allows you to receive echo signals from objects in the bottom layers.
При крене и дифференте судна антенны должны поворачиваться в карданном подвесе и поэтому не могут быть врезаны в борт судна, что приводит к необходимости укрепления в бортовой обшивке судна, перед антеннами, звукопрозрачных обтекателей. During the roll and the differential of the vessel, the antennas must rotate in a gimbal and therefore cannot be cut into the side of the vessel, which leads to the need to strengthen the soundproof fairings in the side skin of the vessel, in front of the antennas.
На крупных судах (например, длиной более 80 м) могут быть дополнительно установлены антенны в кормовой части, по своему устройству аналогичные описанным. При этом в приемопередатчике устанавливают переключатель на работу с носа или кормы (на рисунках не отображено). On large vessels (for example, more than 80 m long) antennas can be additionally installed in the stern, similar in design to those described. At the same time, a switch is installed in the transceiver for operation from the bow or stern (not shown in the figures).
На фиг. 1 схематично показаны в плане и в разрезе основные узлы устройства и их размещение на транспортном судне. Эта фигура поясняет общий принцип работы устройства; на фиг. 2 - структурная схема предлагаемого устройства; на фиг. 3 - эпюры напряжений на выходах блока синхронизации; на фиг. 4 - электрическая схема переключателя излучающих антенн; на фиг. 5 - структурная схема аналого-цифрового преобразователя (АЦП) информации о дистанциях до кромок судоходной полосы; на фиг. 6 - эпюры, поясняющие его работу; на фиг. 7 - отображение информации на экране индикатора; на фиг. 8 - принципиальная схема коммутатора приема-передачи тракта измерения глубины; на фиг. 9 - структурная схема АЦП информации о глубине; на фиг. 10 - эпюры, поясняющие его работу; на фиг. 11 - принципиальная схема защиты приемных антенн и приемника разностной частоты от мощных зондирующих импульсов. In FIG. 1 schematically shows in plan and in section the main components of the device and their placement on a transport vessel. This figure explains the general principle of the device; in FIG. 2 is a structural diagram of the proposed device; in FIG. 3 - plot voltage at the outputs of the synchronization unit; in FIG. 4 is an electrical diagram of a switch of radiating antennas; in FIG. 5 is a structural diagram of an analog-to-digital converter (ADC) of information about distances to the edges of the shipping lane; in FIG. 6 - diagrams explaining his work; in FIG. 7 - display of information on the indicator screen; in FIG. 8 is a schematic diagram of a receive-transmit switch of a depth measuring path; in FIG. 9 is a block diagram of an ADC of depth information; in FIG. 10 - diagrams explaining his work; in FIG. 11 is a schematic diagram of the protection of receiving antennas and a differential frequency receiver from powerful probing pulses.
Устройство содержит две горизонтально излучающие высокочастотные параметрические антенны 1, 2 и две приемные антенны 3, 4 разностной частоты, установленные в непосредственной близости от днища, у правого и левого бортов судна в местах перехода скулы цилиндрической части корпуса к носовой оконечности за звукопрозрачными обтекателями 5, 6, высокочастотную вертикально излучающую антенну 7, приемопередатчик 8, регистраторы дистанций 9 и глубин 10, индикатор 11. The device contains two horizontally radiating high-frequency
Приемопередатчик 8 содержит тракт 12 измерения дистанций и тракт 13 измерения глубины. The
В тракт измерения дистанций входят: два генератора импульсов накачки 14 и 15 на частоты f1 и f2, соединенных с параметрическими антеннами 1 и 2 через переключатель 16 для поочередной работы с правого и левого бортов, что обеспечивается управляющими сигналами, поступающими на два входа переключателя 16 с блока 17 синхронизации; приемник 18 разностной частоты F = f1 - f2, соединенный через переключатель приемных антенн 19 с приемными антеннами 3 и 4 левого и правого бортов, при этом выходы приемника 18 соединены с информационными входами АЦП дистанций 20 и АЦП амплитуды 21; управляющие входы блоков 19-21 соединены с соответствующими выходами блока 17 синхронизации.The distance measuring path includes: two
В тракт измерения глубины входят: приемник 22 на частоту f1 или f2, соединенный с приемопередающий антенной 7 через коммутатор 23 приемопередачи, один вход которого соединен с генератором импульсов накачки 15 (или 14); выход приемника 22 подключен к информационному входу АЦП 24, управляющие входы которого подключены к блоку 17 синхронизации.The depth measurement path includes: a
Выходы АЦП 20, 21 и 24 соединены с соответствующими входами блока буферных регистров 25; входы регистраторов дистанций 9, глубины 10 и индикатора 11 соединены с выходами блока буферных регистров 25. The outputs of the
Устройство работает следующим образом. The device operates as follows.
Измерение дистанций до кромок судоходной полосы обеспечивается за счет излучения в горизонтальном направлении антеннами 1 и 2 перпендикулярно к ДП судна ультразвуковых зондирующих посылок 26 (фиг. 1). Антенны возбуждаются генераторами импульсов накачки 14 и 15 приемопередатчика 8. The measurement of distances to the edges of the shipping lane is provided by radiation in the horizontal direction by
Для этого блок 17 синхронизации приемопередатчика 8 формирует импульсы длительностью τu, определяющие длительность посылок 26, с периодом следования Т, задержанные относительно тактовых импульсов формируемых им же (фиг. 3а) на время t3, и подает их на генераторы 14 и 15, которые вырабатывают импульсы посылок, заполненные частотами накачки f1 и f2. Блок синхронизации также вырабатывает сигналы управления переключателями 16 излучающих антенн и 19 приемных антенн (фиг. 3б, в). Особенностью излучения зондирующих посылок является поочередная подача радиоимпульсов на параметрические излучающие антенны 1 и 2, что позволяет использовать одну пару генераторов 14 и 15 и один переключатель 16 для измерения дистанций с двух бортов. При этом отпадает необходимость использования двух пар генераторов с разнесенными по частоте излучаемыми импульсами для предотвращения взаимного проникновения сигналов одного борта в тракт другого. Это упрощает устройство.For this, the
Переключатель 16 излучающих антенн может представлять собой, например, два последовательно соединенных магнитоуправляемых трансформатора насыщения (фиг. 4) для сигналов частоты f1 (и два аналогичных для частоты f2), в обмотки управления которых поочередно подаются с блока 7 синхронизации управляющие сигналы (фиг. 3б, в), а их выходные обмотки подключены к параметрическим антеннам правого и левого бортов. В одном цикле излучения, например в первом, управляющий сигнал насыщает сердечник одного из трансформаторов, поэтому все напряжение генератора 15 накачки приложено к первичной обмотке другого трансформатора, чем обеспечивается излучение по одному из бортов. Во втором цикле управляющий сигнал подается на управляющую обмотку другого трансформатора, насыщает его сердечник и излучение происходит по другому борту. Время задержки t3 (фиг. 3г) выбирается достаточным для окончания переходных процессов в трансформаторах переключателя, до подачи на генераторы 14 и 15 модулирующих импульсов посылки.The
Эхосигналы разностной частоты F = f1 - f2, отраженные от берегового откоса 27 на уровне осадка судна, принимают антенны 3 и 4, преобразовывают их в электрические и через переключатель приемной антенны 19, выполненный, например, как аналоговый переключатель, подают их на вход приемника 18 разностной частоты, где осуществляются их фильтрация и усиление.The echo signals of the difference frequency F = f 1 - f 2 reflected from the
Работой переключателя 19 управляют импульсы (фиг. 3б, в) с блока синхронизации, что обеспечивает поочередное подключение входа приемника 18 к антеннам 3 и 4 левого и правого бортов. The operation of the
Входы переключателя и приемника защищены от мощных сигналов в момент посылки двухсторонними диодными ограничителями. The inputs of the switch and receiver are protected from powerful signals at the time of sending double-sided diode limiters.
Аналоговая информация о дальностях до кромок (время от излучения до прихода отраженного сигнала) и амплитуде отраженного сигнала подается с приемника 18 на входы АЦП дистанций 20 и амплитуды 21, где она преобразуется в цифровую форму. Analog information about the distances to the edges (time from radiation to the arrival of the reflected signal) and the amplitude of the reflected signal is fed from the
Если между кромкой судоходной полосы и бортом судна (фиг. 1) окажется препятствие 28, информация о дистанции до него и амплитуде сигнала также преобразовывается в цифровую форму. If there is an
Преобразование аналоговой информации в цифровой код осуществляется путем дискретизации временного интервала между зондирующими импульсами. Этот интервал заполняется счетными импульсами, частота следования которых fcч= C/2 Δ L, где С - скорость звука в воде, Δ L - минимальный интервал дистанции, различаемый устройством (иными словами Δ L = L/n, где L - предел измерения, т. е. максимальная дальность действия устройства; n - число дискретных интервалов, на которое она разбивается для измерения).The conversion of analog information into a digital code is carried out by discretizing the time interval between the probe pulses. This interval is filled with counting pulses, the repetition rate of which f sc = C / 2 Δ L, where C is the speed of sound in water, Δ L is the minimum distance interval distinguished by the device (in other words, Δ L = L / n, where L is the measurement limit , i.e., the maximum range of the device; n is the number of discrete intervals into which it is divided for measurement).
АЦП дистанций 20 может быть выполнен, например, по структурной схеме, приведенной на фиг. 5. Он работает следующим образом. The ADC of
Синхроимпульс (фиг. 3а), поступающий с блока синхронизации на вход "Установка 0" счетчика 29, обнуляет его, подготавливая к подсчету импульсов, вырабатываемых генератором 30 счетных импульсов (фиг. 6а). Они поступают на счетный вход счетчика 29 через схему И 31, которая открывается при поступлении на другой ее вход сигнала (фиг. 6в) с управляющего триггера 32, вырабатываемого при поступлении на вход этого триггера импульса запуска (фиг. 3г). Он совпадает по времени с моментом излучения зондирующей посылки. The sync pulse (Fig. 3a), coming from the synchronization unit to the input "Setting 0" of the
Сигнал с приемника 18 разностной частоты поступает на вход компаратора 33, на второй вход которого подается напряжение с блока 34, задающего пороговый уровень. Задание порогового уровня для сигнала приемника способствует выделению полезного сигнала на фоне шумов. Когда сигнал с приемника превышает пороговый уровень (фиг. 6г), компаратор 33 вырабатывает сигнал (фиг. 6д), поступающий на один из входов схемы И 35. На два других входа схемы И 35 подаются сигналы от управляющего триггера 32 и счетные импульсы с генератора 30. При наличии разрешающих сигналов (единичного уровня) на двух входах схемы И 35 - от компаратора и триггера на ее выходе будут появляться импульсы при каждом счетном импульсе, поступившем от генератора 30 (фиг. 6е). The signal from the
Импульсы с выхода схемы И 35 поступают на соответствующие входы счетчика 29 и блока 25 буферных регистров. При этом происходит запись показаний счетчика в блок 25 буферных регистров. Нарастание показаний счетчика продолжается по мере прихода счетных импульсов. The pulses from the output of the circuit And 35 are supplied to the corresponding inputs of the
При спадании выходного сигнала приемника 18 ниже порогового уровня (фиг. 6г) компаратор 33 возвращается в исходное состояние ("нулевой" уровень на его выходе, фиг. 6д). Вследствие этого прекращается прохождение счетных импульсов через схему И 35 и запись показаний счетчика в блок буферных регистров. When the output signal of the
Так как количество импульсов, зафиксированных счетчиком, пропорционально времени счета, т. е. времени прихода эхосигнала, то оно отражает в соответствующем масштабе дистанцию до берегового откоса или препятствия. Since the number of pulses recorded by the counter is proportional to the counting time, i.e., the time of arrival of the echo signal, it reflects, on an appropriate scale, the distance to the coastal slope or obstacle.
Импульсы, подаваемые на блок 25 буферных регистров через схему И 31, обеспечивают продвижение информации по регистрам. The pulses supplied to the
Процесс счета импульсов продолжается до заполнения счетчика, когда его показание становится равным выбранному числу дискретных интервалов n, что соответствует по времени окончанию цикла измерений по одному из бортов. При заполнении счетчика с него подается импульс на управляющий триггер 32, который опрокидывается и закрывает схемы И 31 и 35 для прохождения счетных импульсов с генератора 30. При этом процесс счета и записи в регистры прекращается до следующего цикла. The pulse counting process continues until the counter is full, when its reading becomes equal to the selected number of discrete intervals n, which corresponds in time to the end of the measurement cycle on one of the sides. When the counter is full, a pulse is sent from it to the
АЦП амплитуды сигнала 21 может быть реализован на базе серийно выпускаемых отечественной промышленностью функционально законченных АЦП, в состав которых входят все узлы, необходимые для аналого-цифрового пребразования, работающие по методу поразрядного уравновешивания, называемого также методом последовательного приближения. Для управления АЦП амплитуды, схемой ИЛИ 36 вырабатываются управляющие сигналы. Для этого на один ее вход подается через схему НЕ 37 разрешающий сигнал с компаратора 33, а на другой - импульсы с выхода схемы И 35. С выхода схемы ИЛИ 36 управляющий сигнал подается на вход B/C (блокирование - преобразование) АЦП амплитуды. The ADC of the
Таким образом при амплитуде аналогового сигнала с приемника 18, превышающей пороговый уровень на входе компаратора, на выходе схемы ИЛИ 36 образуется последовательность импульсов, каждый из которых осуществляет сброс текущего выходного кода АЦП, после чего инициируется новый цикл преобразования. По окончании преобразования на выходе DR ("Готовность") микросхемы появляется сигнал, свидетельствующий о том, что на кодовых выходах АЦП установилась информация, соответствующая результатам преобразования (информация об амплитуде). Этот сигнал подается на блок 25 буферных регистров и служит командой для записи результата преобразования в этот блок. Запись производится в отведенные разряды того же регистра, в котором по очередному импульсу запишется время прихода измеренного сигнала, соответствующее расстоянию до кромки или препятствия. Thus, when the amplitude of the analog signal from the
От блока буферных регистров полученная информация подается на регистратор дистанций 9 и индикатор 11. From the block of buffer registers, the received information is fed to the
На фиг. 7 показано отображение получаемой информации на экране электронно-лучевой трубки индикатора. Экран разделен на две части: левая половина отведена для отображения в выбранном масштабе информации 38 о дистанции до левой кромки судоходной полосы, правая - об информации 39 до правой кромки. При этом в средней части экрана изображается нулевая линия 40, от которой производится отсчет дистанций. Текущая информация (от последней пары посылок) отображается в верхней части экрана, смещаясь на строку вниз с каждой новой парой посылок. Одновременно информация с нижней строки стирается. In FIG. 7 shows the display of the received information on the screen of the cathode ray tube indicator. The screen is divided into two parts: the left half is reserved for displaying, at a selected scale,
Таким образом судоводитель получает возможность не только видеть положение судна относительно кромок фарватера, но и оценивать тенденцию его изменений, что позволяет вовремя выбрать тот или иной маневр при управлении судном. Thus, the skipper gets the opportunity not only to see the position of the vessel relative to the edges of the fairway, but also to assess the tendency of its changes, which allows you to choose one or another maneuver in time for controlling the vessel.
Текущие значения дистанций до кромок от бортов судна дополнительно высвечиваются в верхней части экрана в цифровом виде. The current values of the distances to the edges from the sides of the vessel are additionally displayed in the upper part of the screen in digital form.
Если между кромкой судоходной полосы и бортом судна окажется препятствие 28 (фиг. 1), то оно отобразится на экране в виде характерной дужки 41. Это объясняется значительным угловым размером характеристики направленности излучающих антенн в горизонтальной плоскости. Узкий в горизонтальной плоскости ультразвуковой пучок дал бы на экране малозаметную точку, так как препятствие малых размеров находилось бы в зоне эхолокации всего на время 2-3 посылок, а, следовательно, отображалось бы всего на 2-3 строках. If there is an
Для получения описанного отображения информации индикатор 11 имеет оперативно-запоминающее устройство (ОЗУ), каждая строка которого содержит информацию, отображающуюся на соответствующей строке экрана. Так как длина строки равна удвоенному пределу измерения дистанции, а предел разбит на n дискретных интервалов при аналого-цифровом преобразовании, то каждая строка экрана состоит из 2n+1 дискретов (один дискрет отведен на изображение нулевой линии), каждому из которых соответствует определенная ячейка памяти строки ОЗУ. To obtain the described display of information, the
Разрядность каждой ячейки соответствует разрядности АЦП амплитуды. В целом строка содержит всю информацию о цикле зондирования. The capacity of each cell corresponds to the capacity of the ADC amplitude. In general, the line contains all the information about the sensing cycle.
Таким образом очевидно, что каждая строка ОЗУ состоит из 2n+1 ячеек, в которых хранится информация об амплитуде эхосигналов, а код адреса каждой ячейки соответствует определенной дистанции и борту. При этом верхняя строка экрана соответствует первой (начальной) строке ОЗУ, в которую производится запись из буферного регистра. Thus, it is obvious that each line of RAM consists of 2n + 1 cells, which store information about the amplitude of the echo signals, and the address code of each cell corresponds to a certain distance and board. At the same time, the top line of the screen corresponds to the first (initial) line of RAM, into which recording from the buffer register is performed.
Запись информации, полученной при эхолокации с правого борта, производится по сигналам блока синхронизации, показанным на фиг. 3д, а с левого борта - по сигналам, показанным на фиг. 3е, что позволяет разместить ее в отведенные зоны строки. При этом предыдущая информация из первой строки ОЗУ переписывается во вторую, из второй в третью и т. д. Так заполняется весь объем памяти, число строк которой соответствует числу строк рабочего поля на экране. Information obtained by echolocation from the starboard side is recorded using the signals of the synchronization unit shown in FIG. 3d, and from the port side, according to the signals shown in FIG. 3rd, which allows you to place it in the designated areas of the line. In this case, the previous information from the first line of RAM is rewritten into the second, from the second to the third, and so on. So the entire memory is filled, the number of lines of which corresponds to the number of lines of the working field on the screen.
В режиме воспроизведения данного кадра считывание начинается с первой строки, в которой записана текущая информация, и производится построчно, по мере увеличения номера строки. In the playback mode of this frame, reading starts from the first line in which the current information is recorded, and is done line by line, as the line number increases.
Период зондирования выбирается таким, чтобы он в целое число раз превышал время отображения полного кадра. Поэтому данный кадр воспроизводится на экране несколько раз. The sounding period is chosen so that it is an integer number of times longer than the display time of the full frame. Therefore, this frame is displayed on the screen several times.
Для высвечивания на экране информации о дистанциях в цифровом виде в ОЗУ предусмотрены соответствующие зоны памяти. To display distance information on the screen in digital form, the corresponding memory zones are provided in RAM.
Конкретная техническая реализация воспроизведения на экране индикатора информации, хранящейся в ОЗУ, зависит от типа применяемых блоков, элементной базы и др. The specific technical implementation of the reproduction on the screen of an indicator of information stored in RAM depends on the type of blocks used, the element base, etc.
Такая индикация амплитуды эхосигнала дает возможность судить о характере грунта (так от твердых грунтов сигнал интенсивнее, чем от песчаных и илистых), что способствует выбору безопасного положения судна на фарватере, при лимитированных запасах дистанции по траверзу. Such an indication of the amplitude of the echo signal makes it possible to judge the nature of the soil (so the signal from hard soils is more intense than from sandy and silty soils), which contributes to the choice of a safe position of the vessel on the fairway, with limited distance reserves along the beam.
Для измерения глубины под корпусом судна в устройстве служит дополнительная приемопередающая антенна 7, например на частоту f1, которая возбуждается импульсами этой частоты от генератора 15 через коммутатор приема-передачи 23. Коммутатор может быть выполнен, например, по схеме, приведенной на фиг. 8. Диоды 42 и резистор 43 образуют двухсторонний амплитудный ограничитель, соединяющий вход приемника 22, настроенного на частоту f1, с приемопередающей антенной 7 и защищающий входные цепи приемника от мощных зондирующих импульсов. Диоды 44 предотвращают шунтирование антенны 7 низкоомными выходными цепями генератора 15 во время приема эхосигналов. Цепи ВАРУ приемника 22 управляются сигналами блока 17 синхронизации (фиг. 3г). Усиленные и отфильтрованные эхосигналы с выхода приемника 22 подаются на АЦП глубины 24, где аналоговая информация о глубине преобразуется в цифровую форму.An
АЦП глубины может быть выполнен, например, по схеме, приведенной на фиг. 9. Сигнал с приемника поступает на первый вход компаратора 45, на второй вход которого подано напряжение с задатчика 46 порогового уровня. Выход компаратора соединен с входом установки в "0" управляющего триггера 47. Выход этого триггера соединен с одним из входов И 48, на второй вход которой подаются счетные импульсы от генератора 49. The depth ADC can be performed, for example, according to the circuit shown in FIG. 9. The signal from the receiver is fed to the first input of the
В АЦП глубины используется "старт-стопный" метод преобразования временного интервала от момента излучения зондирующего импульса до прихода эхосигнала от дна. Это поясняется эпюрами на фиг. 10. The ADC of depth uses the "start-stop" method of converting the time interval from the moment of emission of the probe pulse to the arrival of the echo signal from the bottom. This is illustrated by the diagrams in FIG. 10.
Передним фронтом импульса, модулирующего зондирующие посылки (фиг. 3г и 10б), управляющий триггер 47 устанавливается в "единичное" состояние. Сигнал с его выхода разрешает прохождение счетных импульсов от генератора 49 (фиг. 10а) через схему И на счетный вход счетчика 50, который начинает их подсчет. С приходом усиленного приемником эхосигнала от дна, при превышении им порогового уровня, задаваемого блоком 46, компаратор 45 переключается и устанавливает триггер 47 в "нулевое" состояние, вследствие чего прекращается подача счетных импульсов на счетчик 50. Счет останавливается, а количество импульсов, подсчитанное счетчиком к этому моменту, равно в соответствующем масштабе глубине под днищем судна. The leading edge of the pulse modulating the probe package (Fig. 3d and 10b), the
Одновременно с прекращением счета происходит запись показания счетчика в блок буферных регистров, откуда они переписываются в соответствующую зону ОЗУ индикатора в момент подачи, на блок буферных регистров и индикатор, тактовых импульсов с блока 17 синхронизации (фиг. 3д, е). Simultaneously with the termination of the counting, the meter reads in the block of buffer registers, from where they are transferred to the corresponding RAM zone of the indicator at the time of supply, to the block of buffer registers and indicator, clock pulses from the synchronization block 17 (Fig. 3d, f).
Значение глубины индицируется в нижней части экрана (фиг. 7). The depth value is displayed at the bottom of the screen (Fig. 7).
Кроме перезаписи информации из буферного регистра в ОЗУ индикатора эта же информация может поступать на регистраторы дистанций до кромок 9 и глубины под днищем судна 10. Регистрация позволяет оценить действия судоводителя в опорных ситуациях. In addition to overwriting information from the buffer register in the RAM of the indicator, the same information can be sent to distance recorders to the
В качестве регистратора может быть использован, например, самописец, производящий запись на электротермической бумаге. Этот самописец воспринимает информацию в цифровом виде, для чего имеет встроенное ОЗУ и работает в несинхронном с другими блоками режиме. (56) Патент США N 3005973, кл. G 01 S 7/52, 340-3, 1961. As a recorder can be used, for example, a recorder recording on electrothermal paper. This recorder perceives information in digital form, for which it has built-in RAM and works in a non-synchronous mode with other blocks. (56) U.S. Patent No. 3,005,973, cl. G 01
Патент ФРГ N 1027563, кл. G 01 S 7/52, 74. d 6/15, 1958. German patent N 1027563, class G 01
Claims (2)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU5002046 RU2006874C1 (en) | 1991-07-25 | 1991-07-25 | Device for measuring distance to edges of navigating way and detecting obstacles on it |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU5002046 RU2006874C1 (en) | 1991-07-25 | 1991-07-25 | Device for measuring distance to edges of navigating way and detecting obstacles on it |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2006874C1 true RU2006874C1 (en) | 1994-01-30 |
Family
ID=21585081
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
SU5002046 RU2006874C1 (en) | 1991-07-25 | 1991-07-25 | Device for measuring distance to edges of navigating way and detecting obstacles on it |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2006874C1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2737595C1 (en) * | 2020-01-28 | 2020-12-01 | Павел Александрович Бимбереков | Method of finding position of fictitious points of point pressure sources of wave systems in moving or streamlined object on and/or near boundary of media |
-
1991
- 1991-07-25 RU SU5002046 patent/RU2006874C1/en active
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2737595C1 (en) * | 2020-01-28 | 2020-12-01 | Павел Александрович Бимбереков | Method of finding position of fictitious points of point pressure sources of wave systems in moving or streamlined object on and/or near boundary of media |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US4532617A (en) | System for locating a towed marine object | |
US5530680A (en) | Feature location and display apparatus | |
US4216537A (en) | Sonar for the topographic representation of a submerged surface and underlying strata | |
JPS602634B2 (en) | Fishing net shape display device | |
US5770944A (en) | Method and probe arrangement for the electromagnetic detection of metal objects | |
US11802949B2 (en) | Underwater information visualizing device | |
RU2006874C1 (en) | Device for measuring distance to edges of navigating way and detecting obstacles on it | |
US2853824A (en) | Submarine echo-sounding apparatus for fishing vessels | |
RU178905U1 (en) | MULTI-BEAM SCIENTIFIC ECHO SOUNDER FOR ACCOUNTING WATER BIORESOURCES | |
JPH0665997B2 (en) | Underwater detection display device | |
US3852705A (en) | Sonar depth tracking system | |
US3541499A (en) | Acoustic speedmeter (log) | |
US3469229A (en) | Underwater acoustic navigation system | |
JPH1020045A (en) | Probe device for submarine buried structure | |
US4065744A (en) | Doppler navigation method for determining the distance travelled by a vehicle | |
JP3822654B2 (en) | Fish finder | |
US3122719A (en) | Distance measuring device | |
US3267417A (en) | Navigation of marked channels | |
JP3088557B2 (en) | Fish finder | |
US3353149A (en) | Acoustic ranging system | |
JPS6239336Y2 (en) | ||
JP2599009B2 (en) | Ultrasonic transmission / reception method | |
JPS61265590A (en) | Fish-finder | |
RU2229226C1 (en) | Fish finder | |
JPH0212622Y2 (en) |