NO139620B - Doppler sonar-utstyr. - Google Patents

Description

Den foreligaende oppfinnelse vedrører Doppler sonar-utstyr on nærmere bestemt slikt utstyr som er anvendbart for ski<p>sstyrings- on naviga-sjonssystemer, hvor reflektert akustisk energi evalueres under ønskede måleintervaller, oq som omfatter signalbehandlinnskanal-midler som har innmatningsmidler for tilveiebrinaelse av en spenning som er representativ for den øyeblikkelige verdi av den mottatte akustiske energi, samt terskel- og detekteringsmidler.

Et stort utvalg av skipsnavigatorer og styringsanordninger som anvender sonar Doppler-teknikk, er kjent. En klasse av anordninger, generisk betegnet "Janus"-typeanordninger, anvender par av asimutvis motsatte lydstråler slik som en fremadseende og en akterseende stråle for å kansellere feil som bevirkes ved rulling, stigning og hiv hos fartoyet. Horisontal bevegelse av fartoyet bevirker Doppler-skift i frekvensen av lydbolgene som reflekteres fra havbunnen og/eller vannmassen. Dette resulterer i en forskjell i frekvenser for de reflekterte strå-

ler og tillater en måling av fartoyets hastighet.

I systemer som er konstruert for bunnrefleksjon av lydenergien,

er hastigheten som måles, beholden fart. I systemer som er konstruert for å reagere på lydenergien som reflekteres fra selve vannmassen, er hastigheten som måles, vannhastighet.

De sistnevnte systemer innbefatter vannhastighetslogger såvel

som strom-målere.

Sokerens US-patent nr. 3.795.893 vedrorer en Doppler-hastighets-logg i hvilken"frekvensen" for det mottatte signalet i en Doppler sonarkanal bestemmes ved måling av gjennomsnitts-

perioden for det mottatte signal. Dette fullfores ved å gene-

rere en portpuls som i bredde er lik et fast antall perioder av det mottatte signal. Frekvensforskjellen mellom signalene

som mottas i de to mottakersignalene, hvilken er proporsjonal med hastigheten, finnes så ved å styre en klokke med fast frekvens med portsignalene og akkumulere forskjellen i en opp-ned-teller.

Selv om teknikkene som anvendes i det ovennevnte US-patent representerer en betydelig forbedring overfor kjente anordninger, eksisterer fremdeles feil som er bevirket av stoy ved mottaker-utgangen i tillegg til signalet. Den foreliggende oppfinnelse tilveiebringer et middel for i alt vesentlig å redusere stor-relsen av denne stoyfeil.

Ifølge oppfinnelsen kjennetegnes det innledningsvis nevnte Doppler-sonar-utstyr ved detekteringsmidler som er istand til å detektere omhyllinnskurven av signal-pluss-støy-fluktuasjonene i spenningene som tilveiebringes av innmatningsmidlene, terskelmidler som reagerer på utmatningen fra detekteringsmidlene for å tilveiebringe et frigivelsessignal når og kun når omhyllingen overstiger en forutbestemt terskel, samt nullkryssingskomparatormidler for tilveiebringelse av utmatningspulser når den øyeblikkelige spenning fra innmatningsmidlene går over nullaksen, N-periodetellermidler som er koblet til å motta pulser fra nullkryssningskomparatormidlene, midler til å frembringe et Doppler-port-pulssignal som reaksjon på forekomsten av et frigivelsessignal under et måleintervall, midler for å tillate N-perioc tellermidlene til å telle pulser kun under forekomsten av et Doppler-portpulssignal og midler til å avslutte Doppler-portpulssignalet når N-periodetellertnidlene har reagert på N

tellinger, hvor utstyret ytterligere innbefatter Doppler-portpulsfolsomme midler som reagerer på tidsintegralet av Doppler-portpulssignalene for bestemmelse av nettotiden som

kreves for N-periodetellermidlene å telle N pulser under et gitt måleintervall, og midler for fremvisning av den således bestemte nettotid i onskede enheter.

Ved hjelp av oppfinnelsen detekteres omhyllingskurven av signal -pluss-stoy-fluktuasjonene som fremkommer ved utgangen av hver mottaker i en Doppler-sonar. Kun når denne omhyllings-

kurve overstiger en forutinnstilt terskel, tillates Doppler-

porten for den kanalen å åpne således at periodetellingen kan foregå. Porten forblir åpen inntil tellingen når et for-

utbestemt tall med mindre signal-pluss-stoy-omhyllingskurven faller under terskelen. Hvis dette skjer, lukker Doppler-porten mens periodetellingen som er nådd til dette punkt, beholdes i telleren. Når signal-pluss-stoy-omhyllingskurven igjen overstiger terskelen, åpner Doppler-porten igjen, og tellingen gjenopptas. Hvis man således antar et stbyinnholdig signal, tilveiebringes det et antall Doppler-portpulser som har en total tidsvarighet som korresponderer med det forutbestemte antall perioder. Terskelprosessen oker i stor grad den sta-tistiske mulighet for at periodene som således tas i gjennomsnitt, representerer signalet i stedet for stbyen.

Doppler sonar-utstyr som representerer en foretrukket utforelse

av oppfinnelsen, vil nå bli beskrevet i eksempels form under henvisning til vedlagte tegninger, hvor

fig. 1 er et blokkdiagram som illustrerer utstyret, og

fig. 2 er et diagram som illustrerer signalkombinerings- og fremvisningsmidlene i utstyret i fig. 1. - Operasjonsprinsippene av den foretrukkede utforelse kan best forstås ved forst å ta i betraktning den underliggende teori.

Null- kryssingene av summen av to sinusbolger

Et av de betydelige begrep hvorpå terskelteknikken er basert, vedrorer null-kryssingene av summen e av to sinusbolger. Det kan lett vises at hvis to sinus bølger som nar vinkelfrekvenser på CO og (0> f fl) , amplituder henholdsvis lik 1 og OC, og er forskjøvet fra hverandre med <P grader, kombineres, vil resultantforskyvningen ved tiden t være gitt av:

er hastigheten av de positivtgående nullkryssingene av e lik <_>C0 , akkurat som hvis a (eller-O.) var null, forutsatt at 271 Ettersom i alle praktiske Doppler-systerner Doppler-skiftet er lite sammenliknet med den utsendte frekvens, er Doppler-mottakerne smalbåndet. Derfor får man for alle signal- og stbyspenningene som passerer av mottakeren, og likning (2) reduseres til

Dvs., nullkryssingshastigheten av summen av to sinusbolger i en smalbåndforsterker er hastigheten av den storste av de to kom-ponentbolgene uforstyrret av nærværet av den mindre bolgen.

Kvasisinusmessiq natur for Doppler- signåler og stoy

Det er vel kjent at et Doppler-signal es, som summen av tilfel-digfasede tilbakestroingskomponenter fra partikler i vannmassen eller bunnen, har mange av tilskrivelsene til tilfel-dig stoy og er representerbar i formen

Her varierer R s (t) og \ i s(t), omhyll i ngskurven og fasefunk-sjonene respektivt, av eg med en hastighet tilsvarende spek-tralbredden av Doppler-returen, en bredde bestemt av slike fak-torer som fartoyshastighet, transduktorstrålebredde og (for et pulssystem) utsendt pulsbredde. I hvert fall er fluktuasjons-hastighetene for Rg og Ps lave sammenliknet med cos/ slik at eg har utseendet av og oppforer seg som en sinusbolge med vinkel-frekvens (X's med sakte varierende amplitude (og fase) .

På liknende måte er den tilfeldige stoyen som er til stede ved utgangen av en Doppler-mottaker, enten dens kilde kan være sjostoy, stromningsstoy, mottaker-front-ende-stoy, eller en kombinasjon av alle tre, representerbar som

Her fluktuerer ^N(t) og PN(t) langt hurtigere enn deres signal-motparter, som korresponderer (slik de gjor) med den fulle spektrale bredde på mottakeren. Imidlertid er denne fluktua-sjonshastighet fremdeles liten sammenliknet med 6J , gjennom-snittsstoyfrekvensen, slik at eN også er kvasisinusformet.

Som omhyllingskurver av stoyprosessene kan både Rs og R ka-rakteriseres, i form av deres respektive eks<p>onenter P oa P

S - N

ved hjelp av sannsynlighetsdistribusjoner. Spesielt ettersom Rg og RN er ukorrelert, er sannsynligheten for at ved et hvilket som helst oyeblikk R s er mellom R s og R s + dR s og R w er

mellom R og R + dR lik

Stoyfeil

I overensstemmelse med den foregående diskusjon vedrorende nullkryssinger av to sinusbolger, når Rg > R^, er kanalen u)^ ; og når R ^ R , er kanalen CO»,- Derfor utgjor den i'te kanal i et Doppler-system en gjennomsnittsfrekvens på

Her er f si og fM Ni signal- og stoyspektralsenterfrekvensene respektivt i den i'te kanalen, og^ s_ ogy^ er sannsynligheten for at, ved et hvilket som helst oyeblikk, kanalen opererer på signal eller stoy,respektivt, Ettersom imidlertid f*.+ /V = 1'blir iiknin9 (8)

I en typisk fremad, bakoverseende Janus-konfigurasjon, er hastigheten proporsjonal med forskjellen f^ mellom de to kanalut<g>anas-frekvensene. Dvs., fM = f2" fi*

Stbyfeilen, en kvantitet som er indikator for den brokmessige feil som stammer fra ikke-uendelige signal-stoyforhold i mot-takerne, er er nullstoy-differansefrekvensen. Likning (8) med i = 1, 2 gir

I de fleste systemer er J^^ = J?N =,/n' sli:k at liknin9 (10)

reduseres til

Stoyfeilen fra likning (11) ser man er lik p^, brokdelen av total tid som hver kanal opererer på stoy, modifisert med en faktor som tar i betraktning stoy- og signalenergisentrene. Det vil bli vist at,ved en produksjon av en minimumsomhyllings-kurveterskel i hver kanal, kan verdien o. v J2^, og derfor stoyfeil, bli vesentlig redusert.

Måten på hvilken disse prinsipper kan anskueliggjøres i en spesiell krets, er vist i fig. 1, som illustrerer en kanal av et dobbeltkanalsystem. Pulser fra en sender 11 energiserer en transduktor 13, som sender ut pulser av akustisk energi nedad og utad fra fartoyets skrog i overensstemmelse med kjente prinsipper. Reflektert akustisk energi returneres langs ba-nen for utsendte pulser, og stoter mot en transduktor 15 i form av en hydrofon. Transduktoren 15 omformar det akustiske signalet til et korresponderende elektrisk signal som kan be-handles i den tilknyttede kanalen.

Selv om transduktorene 13 og 15 er vist som separate anordninger, vil man forstå at i mange tilfeller kan både sendings- og mot-takningsfunksjonene kombineres i en enkelt transduktor ved å anvende en konvensjonell sender-mottaker-bryter i overensstemmelse med vel kjente prinsipper.

Det elektriske signalet fra transduktoren 15 påtrykkes en avstemt begrenserforsterker 17. Forsterkeren 17 er en avstemt forsterker med fast forsterkning, hvilken forsterker innbefatter begrenserstyrkekontrollmidler i stedet for automatiske styrke-kontrollmidler. Forsterkeren 17 er avstemt til å akseptere alle frekvenser som Ventes innenfor det bnskede hastighetsom-rådet, men til å avvise stoyfrekvenser som er fjerne fra dette området. Begrensningsnivået er satt over terskelnivået som skal beskrives. Utmatningen fra forsterkeren 17 påtrykkes en null-kryssingskomparator 19 som tilveiebringer et tog av utmatningspulser som representerer nullkryssingene av en signal-pluss-stoy-utmatning fra begrensningsforsterkeren 17. Kompa-ratoren 19 er av regulær konstruksjon og anvender en referanse-spenning på jord-nivået.

Utmatningen fra begrensningsforsterkeren 17 påtrykkes også en omhyllingskurvedetektor 21. Omhyllingskurvedetektoren 21 innbefatter en likeretter 12 som mates et R-C-nettverk 14, som har tendens til å gi et gjennomsnitt av signalet som påtrykkes dets inngang. Typisk velges omhyllingskurvedeteksjonstids-konstanten således at de relativt sakte fluktuasjoner i signalet folges, mens det tas gjennomsnitt av de hurtige stoy-fluktuasjonene.

Signalet fra omhyllingskurvedetektoren 21 påtrykkes en

vanlig terskelkomparator 23 som er forspent i overensstemmelse med vel kjente prinsipper for således å frembringe et bestemt utgangssignal kun når signalet fra detektoren 21 overstiger en forutinnstilt terskelverdi.

Utmatningen fra terskelkomparatoren 23 påtrykkes en påkoblings-logikk 25 og en avkoblingslogikk 27. Komponentene 25 og 27 kan være konvensjonelle OG-porter.

Utmatningen fra terskelkomparatoren 23 kan eksempelvis anses

a være en logisk EN som tjener som et frigivelsessignal som aktiverer påkoblingslogikken 25 når signalet fra omhyllingskurvedetektoren 21 overstiger den forutinnstilte terskelverdi,

og som et logisk NULL-signal som tjener som et sperresignal til å aktivere avkoblingslogikken 27 når signalet fra omhyllings-kurvedetektoren 21 er mindre enn den forutinnstilte terskelverdi.

Påkoblingslogikken 25 er også folsom for avstandsportpuls-

signaler fra senderen 11. I overensstemmelse med vel kjente prinsipper innbefatter sendere for pulsede systemer typisk midler for tilveiebringelse av et avstandsportpulssignal ved et forutvalgt tidspunkt etter at et signal er blitt påtrykket transduktormidlene.

Påkoblingslogikken 25 reagerer videre på et TELLING-KLAR-

signal fra signalkombinerings- og fremvisningsmidlene 29, slik det vil bli forklart i detalj.

Utgangspulsene fra nullkryssingskomparatoren 19 påtrykkes en N-periodeteller 31 og en Doppler-portpulsgenerator 33, hvor

de anvendes som synkroniseringssignaler.

Doppler-portpulsgeneratoren 33 er en konvensjonell omvekslings-

krets slik som en J-K-flip-flop som veksler til en forste eller andre tilstand ved hjelp av en synkroniseringspuls som inntreffer ved nærværet av en spenning fra henholdsvis påkoblings-eller avkoblingslogikken 25 eller 27. Generatoren 33

tilveiebringer en Doppler-portpuls som starter med den forste forekomst av en synkroniseringspuls i nærværet av en påkob-lingslogikkspenning og avslutter med den forste påfolgende synkroniseringspuls som inntreffer i nærværet av en avkoblings-logikkspenning.

N-periodetelleren 31 er en vanlig overlopsteller som

frigis av Doppler-portpulsen og frembringer et utmatnings-

signal på en linje 35 etter at et forutbestemt antall pulser er blitt tellet.

Forekomsten av avstandsportpulsen i forbindelse med et terskel-frigivelsessignal (logisk EN) fra terskelkomparatoren 23 og et TELLING-KLAR-signal fra signalkombinerings- og fremvisningsmidlene 29 tillater Doppler-portpulsgeneratoren 33 å omveksle når den synkroniseres av den neste positive kryssing fra nullkryssingskomparatoren 19. Når Doppler-portpulsgeneratoren 33 omveksler frembringer den et Doppler-portpulssignal som tillater signal-pluss-stoy-nullkryssingen å gå inn i N-periodetelleren 31.

Under sterkesignaltilstander er utmatningen fra terskelkomparatoren 23 alltid logisk EN, og de N periodene som kreves for hastighetsfremvisningen, registreres på minimalt mulig tid.

Når N-periodetelleren 31 overloper, påtrykkes et signal på avkoblingslogikken 27, som virker til å avkoble Doppler-portpulsgeneratoren 33 ved forekomsten av den neste signal-pluss-stoy-nullkryssingen, for således å avslutte . Doppler-portpulssignalet.

Når det mottatte signal er svakere, faller terskelkomparator-utmatningen av og til til logisk NULL, hvilket frembringer et terskelsperresignal ved en inngang av avkoblingslogikken 27. Dette bevirker avkoblingslogikken 27 til å aktivere Doppler-portpulsgeneratoren 33 ved det neste synkroniseringssignalet for således å avslutte Doppler-portpulsen inntil videre. Ved fravær av en Doppler-portpuls kan N-periodetelleren 31 ikke reagere på ytterligere nullkryssinger, slik at telleren holder tellingen som allerede er akkumulert. Når signalet igjen oker, tilveiebringer terskelkomparatoren 23 igjen et logisk EN-utgangssignal slik at påkoblingslogikken 25 igjen frigis. Doppler-portpulsgeneratoren 33 omvekslerved forekomsten av

det neste synkroniseringssignalet for således å tilbakestille. Doppler-porten. På denne måte åpnes og lukkes Doppler-porten automatisk så ofte som nodvendig for å akkumulere N perioder av signal-pluss-stoy når omhyllingskurveterskelen overstiges.

Doppler-portpulsgeneratoren 33 tilveiebringer Doppler-portpulssignaler til signalkombinerings- og fremvisningsmidlene 29 så vel som til N-periodetelleren 31. Videre påtrykkes overlops-signalet fra N-periodetelleren 31 også på signalkombinerings-og fremvisningsmidlene 29, som et TELLING-FULLSTENDIG-signal av grunner som vil fremgå av den etterfSigende beskrivelse.

Således vil man se at tidsintegralet av Doppler-portpulssignalet som påtrykkes signalkombinerings- og fremvisermidlene 29, under et gitt måleintervall er et mål på netto tid som kreves for N-periodetelleren 31 å reagere på N pulser uansett antallet avbrytelser som inntreffer under dette måleintervallet.

Signalkombinerings- og fremvisermidlene 29 mottar også andre Doppler-portpuls- og N-periode-TELLING-FULLFORT-signaler fra

en andre kanal 28. Midlene 29 mates også med signaler fra en klokke 30.

I de fleste tilfeller vil oppfinnelsen bli anvendt i et Janus-system hvor transduktoren 15 kan, f.eks., orienteres i en fremadseende retning, og en korresponderende hydrofon for bruk med den andre kanalen, kan orienteres i en akterutseende retning. Ved et slikt arrangement vil den andre kanalen være iden-tisk med den tidligere beskrevne signalbehandlingskanalen. Avstandsportpulsen fra senderen 11 og TELLING-KLAR-signalet fra signalkombinerings- og fremvisermidlene 29 vil bli påtrykket påkoblingslogikken i den andre kanalen så vel som påkoblingslogikken 25 i den allerede beskrevne signalbehandlingskanalen. På tilsvarende måte vil TELLER-NULLSTILLINGS-signalet fra signalkombinerings- og fremvisermidlene påtrykkes N-periodetellerne i hver av kanalene.

Ordinært vil Doppler-portpulsene overlappe i en grad som av-henger av Doppler-skiftene som erfares av det mottatte signalet og avhengig av hvorvidt terskelkomparatoren i en av eller begge kanalene har avbrutt operasjonen av N-periodetellerne.

Av samme grunn vil begynnelsen av de to TELLING-FULLFORT-signalene ordinært være forskjovet.

Et hensiktsmessig signalkombinerings- og fremvisermiddel er vist i fig. 2. I overensstemmelse med kjente prinsipper måler kretsen i fig. 2 forskjellen i tidsvarighet av de to Doppler-port pul sene fra de respektive kanaler ved selektivt å påtrykke klokkepulser med en kjent frekvens til en opp-ned-teller under forekomsten av en, men ikke begge Doppler-portpulsene, og så bestemme verdien av den lagrede telling ved slutten av det målte intervallet.

Nærmere bestemt påtrykkes Doppler-portpulsen fra kanalen 1 direkte til en forste OG-port 37, og også inverteres og påtrykkes en andre OG-port 39. På en tilsvarende måte påtrykkes en Doppler-portpuls fra kanalen 2 direkte på OG-porten 39 og i en invertert form på OG-porten 37. Utgangssignalene fra portene 37 og 39 påtrykkes en opp-ned-teller 41. En klokkekilde 43 påtrykker pulser med en kjent frekvens på begge OG-portene. 37 og 39. Porten 37 vil bli åpnes kun når en Doppler-portpuls fremkommer i kanalen 1, men ikke i kanalen 2. Porten 39 vil bli åpnet når en Doppler-portpuls fremkommer i kanalen 2,

men ikke i kanalen 1. Opp-ned-telleren 41 vil da reagere på en måte som avhenger av hvilken av de to kanalene det er som tilveiebringer Doppler-portpulsen.

Opp-ned-telleren 41 vil forbli tilgjengelig for ervervelsen

av tellinger inntil N-periodetellerne i begge kanaler overloper og tilveiebringer TELLING-FULLFORT-signaler til en "telling-klar"-logisk OG-port 45 som igangsetter utlesing av informasjonen og forbereder kretsen for et nytt måleintervall.

Nærmere bestemt resulterer nærværet av TELLING-FULLFORT-signaler fra begge kanaler i et utgangssignal fra porten 45. Dette overforer informasjon fra opp-ned-telleren til et skiftregister 47, fra hvilket den kan påtrykkes en hensiktsmessig frem-visningsenhet.

Utgangssignalet fra porten 45 anvendes også til å nullstille N-periodetellerne i de to kanalene og tilveiebringe et TELLING-KLAR-signal som forbereder påkoblingslogikkretsene i de to kanalene for det neste måleintervallet.

Signalet fra porten 45 forsinkes også med en hensiktsmessig tidslengde og påtrykkes så som en nullstillingspuls på opp-ned-telleren 41, som forbereder denne telleren for ervervelsen av friske data i det neste måleintervallet.

Typisk vil fremviserenheten være ved en posisjon som er fjern fra signalmottakelses-, behandlings- og kombineringsdelen av kretsen. Således må informasjonen som er temporært lagret i skiftregisteret 47, sendes ved hjelp av en transmisjonslinje 49 til den fjerntliggende fremviserenheten. I en typisk krets kan utmatningen fra porten 45 forsinkes en andre gang og anvendes til å utlese informasjon fra skiftregisteret 47 og inn i

et skiftregister 51 i fremviserenheten. Utmatningen fra skiftregisteret 51 kan så påtrykkes en hensiktsmessig, konvensjonell dekoder 52, som omformer informasjonen til en form som er hensiktsmessig for aktivering av en konvensjonell fremviser 55 slik at utlesingen kalibreres i hensiktsmessige enheter for hastighetsmåling. Midler for fullforing av en slik omforming er omtalt f.eks. i det tidligere nevnte US-patent 3.795.893.

Slik som det for nærværende foretrekkes, anvendes terskelbe-grepet i den foreliggende utforelse ordinært i et pulset Janus-system i hvilket senderen utsender pulser med oscille-rende energi og hvor mottakningskretsene aktiveres under intervallet mellom senderpulsene. I slike systemer tilveiebringer senderen en konvensjonell avstandsportpuls som effektivt tillater mottakerutstyret å "se på" returpulsen ved et angitt tidspunkt etter den utsendte pulsens avgivelse. Man vil forstå at terskelbegrepet i den foreliggende utforelse også kan anvendes på CW-systemer hvor terskelnivåene som etableres, må diskriminere mot sendergjennommatning så vel som stoy.

Selv om terskelbegrepet i den foreliggende utforelse ordinært anvendes på et Janus-system, kan det samme prinsippet anvendes på et enkeltstrålesystem hvor den andre kanalen (fig. 1) tar form av en referansekanal i hvilken en pulskilde tilveiebringer simulerte Doppler-portpulssignaler med fast varighet og frekvens med hvilke Doppler-portpulsen fra signalbehandlingskanalen kan sammenliknes. Referansekanalen tilveiebringer også simulerte TELLING-FULLFORT-signaler for etablering av tidspunkter når informasjon skal fremvises, og kretsen må forberedes for et nytt måleintervall.

Etableringen av en terskel for detektert signal-pluss-stoy-omhyllingskurve representerer et hensiktsmessig og effektivt middel for oking av sannsynligheten for at Rg> IL når periode-målesystemet opererer, slik at CJ S måles i stedet for Q vM i. Det er rimelig å forvente at den sammensatte signal-pluss-stoy-omhyllingskurve når en elevert terskel oftere på grunn av storre R s -verdier enn storre R.N ,-verdier, ettersom P santas storre enn PN i likning (7). Bekreftelse av denne forventning ligger i utledningen som folger.

Med omhyllingskurvens deteksjonstidskonstant valgt for således

å folge de relativt sakte fluktuasjoner av R , men å ta gjennomsnitt av de hurtige RN~fluktuasjoner, er omhyllingskurven R av signal-pluss-stoy lik

Her er funksjonene I og 1^ modifiserte Bessel-funksjoner

av forste type.

Det foregående uttrykk stammer fra likningene 3.10-12 og 4B-9, som inngår i en artikkel med tittel "Mathematical Analysis of Random Noise", som befinner seg i Volumes 23 og 24 i Bell System Technical Journal.

Tidsbrokdelen^^^, som detektorutmatningen R- overstiger RT,

er

hvor X er signal-til-stoy-forholdet, dvs.

14

Signalomhyllingskurven R s<*> i likning (13) er verdien som bevirker terskelkomparatorene til å omveksle og finnes ved å sette R = Rm i likning (12) og lose for R = R * . Det er klart at, ettersom terskelen R^ bkes, minsker/»^,, hvorved opera-sjonstiden som kreves for å oppnå den faste N-periodetellingen, okes.

Sannsynligheten for at detektorutmatningen R overstiger terskelen RT, og RN overstiger Rg, finnes ved å integrere likning (7) over hensiktsmessige grenser.

Derfor er sannsynligheten^N for at når terskelen er over-skredet RN">RS/ er og, fra likningene (13) og (15),

Denne sannsynlighet, når den innfores i likning (11), gir stbyfeil.

Mens innforingen av et minimumsamplitudekrav ved mottaker-utgangen reduserer stbyfeil, oker den også tiden som kreves for å akkumulere et fast antall perioder, dvs. & oppdatere

hastighetsavlesingen. Med optimal logisk konstruksjon kan hastighet soppdateringen gjores til å nærme seg den minimale okning

som er mulig, nemlig

I betraktning av likning (16), kan den minimale oppdateringsokningsfaktor ^ også skrives

For eksempel, hvis = 5, gir en R* =^0 (ingen terskelvirk-ning) en stoyfeil, fra likning (16), på 1/6 eller 16,7%.

Hvis det er onskelig å redusere feilen til 1/200 eller 0,5%, gir likning (18) 1 = (6/200) ^S - 2,02; dette finnes via likningene (16) og (12) til å korrespondere med RT = 2 >/~2F~^. Dvs., ved bruk av denne terskelverdi, reduseres systemstoyfeilen fra 16, 7% til 0,5% på bekostning av dobling av hastighets-oppdateringstiden. Uten terskelvirkning ville oppnåelsen av 0,5% stoyfeil krevet* = 200, en okning på 16 decibel.

Som et andre eksempel anta X= 100, hvilket gir en stoyfeil

på 1% uten terskelvirkning- For å redusere dette til 0,01% kreves en oppdateringsokningsfaktor på kun

^ = (101/10 000)"'</>,<0>° = 1,047, dvs. 4,7% med en hensikts-messig terskel som bestemt av likningene (16) og (12) .

Claims (8)

1. Dopplér sonar-utstyr hvor reflektert akustisk energi evalueres under ønskede måleintervaller, og som omfatter signalbehandlingskanal-midler (fig 1) som har innmatningsmidler (15, 17) for tilveiebringelse av en spenning som er representativ for den øyeblikkelige verdi av den mottatte akustiske energi, samt terskel og detekteringsmidler, —karakterisert ved detekteringsmidler (21) som er istand til å detektere omhyllincrskurven av signal-pluss-støy-fluktua-sjonene i spenningene som tilveiebringes av nevnte innmatningsmidler (15, 17), terskelmidler (23) som reagerer på utmatningen fra nevnte detekteringsmidler (21) for tilveiebringelse av et frigivelsessignal når og kun når nevnte omhyllingskurve overstiger en forutbestemt terskel, samt nullkryssningskomparatormidler (19) for tilveiebringelse av utmatningspulser når den øyeblikkelige spenningen fra nevnte innmatningsmidler (15, 17) går over nullaksen, N-periodetellermidler (31) som er koblet til å motta pulser fra nevnte nullkryssingskomparatormidler (19), midler (25, 27, 33) til å frembringe et Doppler-portpulssignal som reaksjon på forekomsten av et frigivelses-signal under et måleintervall, midler (31, 33) for å tillate N-periodetellermidlene (31) å telle pulser kun under forekomsten av et Doppler-portpulssignal, og midler (27, 35) for å avslutte nevnte Doppler-portpulssignal når N-periodetellermidlene (31) har reagert på N tellinger, og at utstyret ytterligere innbefatter Doppler-portpulsmidler (37, 39, 41, 43) som reagerer på tidsintegralet av Doppler-portpulssignalene for bestemmelse av nettotiden som kreves for N-periodetellermidlene (31) å telle N pulser under et gitt måleintervall, og midler (55) for fremvisning av den således bestemte nettotiden i onskede enheter.

2. Utstyr som angitt i krav 1, karakterisert ved at utstyret er av Janus-typen som anvender et par av asimutmessig motsatte, akustiske stråler, og at nevnte signal-behandlingskanalmidler innbefatter forste og andre individuelle kanaler (fig. 1) som er folsomme for mottatt akustisk energi fra .henholdsvis første og andre stråle i nevnte par, hvor nevnte Doppler-portpulsf61somme midler (37, 39, 41, 43) er koblet til å reagere differensielt på Doppler-portpulssignalene fra nevnte forste og andre individuelle kanaler, hvor de Dopplerportpulsfblsomme midlene (37, 39, 41, 43) er operative til å tilveiebringe en indikasjon av forskjellen i netto-tidene som kreves for N-periodetellermidlene (31) i de individuelle kanalene å reagere på N tellinger.

3. Utstyr som angitt i krav 2, karakterisert ved at de Doppler-portpulsfblsomme midlene (37, 39, 41, 43) innbefatter en kalibrert klokkepulskilde (43) og en opp-ned-teller (41) som er koblet til å motta klokkepulser gjennom portmidler (37, 39) som frigis av Doppler-portpulssignaler fra begge signalbehandlingskanaler, og at nevnte Doppler-portpuls-avsluttningsmidler (27, 35) i hver signalbehandlihgskanal ytterligere innbefatter midler (35) for tilveiebringelse av signaler til nevnte Doppler-portpulsfblsomme midler når de respektive N-periodetellermidlene (31) har reagert på N tellinger, idet nevnte portmidler (37, 39) innbefatter en forste port (37) anordnet til å påtrykke klokkepulser på nevnte opp-ned-teller (41) i den forste retning som reaksjon på nærværet og fraværet av Doppler-portpulssignaler i nevnte henholdsvis første og andre signalbehandlingskanaler , og en andre port (39) for å påtrykke klokkepulser på nevnte opp-ned-teller (41) i den motsatte retning som reaksjon på nærværet og fraværet av Doppler-portpulssignaler i nevnte henholdsvis andre og første signalbehandlingskanaler , hvor nevnte Doppler-portpulsfølsomme midler (37, 39, 41, .43) ytterligere innbefatter skiftregistermidler (47) for utlesing og temporær lagring av informasjon fra opp-ned-telleren (41) som reaksjon på forekomsten av signaler fra Doppler-portpuls-avsluttningsmidlene(27, 35) i begge signalbehandlingskanalene, og midler for å nullstille opp-ned-telleren (41) etter at informasjonen er blitt lagret i skift-registermidlene (47), hvor fremvisermidlene (51, 53, 55) innbefatter midler (51, 53) for omforming av informasjonen som lagres i nevnte skiftregistermidler (47) til ekvivalente enheter for hastighetsmåling.

4, Utstyr som angitt i krav 3, karakterisert ved at midlene for utlesing av informasjon fra nevnte opp-ned-teller (41) ytterligere innbefatter midler (45) for null-stilling av N-periodetellennidlene (31) i begge signalbehandlingskanalene og midler (45) for å frembringe et TELLING-KLAR-signal for forberedelse av nevnte Doppler-portpulssignal ~ ffembringelsesmidler (25, 27, 33) for igangsetting av et nytt måleintervall.

5. Utstyr som angitt i krav 4, karakterisert ved at utstyret er et pulset Doppler-system som har pulsede sendermidler for utsendelse av stot eller pulser av akustisk energi og midler for å tilveiebringe et avstandsportpulssignal ved et forutbestemt tidspunkt etter begynnelsen av hvert stot av utsendt energi, hvor hvert Doppler-portpulssignal-frembringel-sesmiddel (25, 33) innbefatter en Doppler-portpulsgenerator (33) og påkoblings-logiske. midler (25) for å forberede nevnte Doppler-portpulsgenerator (33) for iverksettelsen av et Doppler-port-pulssignal, idet nevnte Doppler-portpulsgenerator (33) er koblet til å motta pulser fra de korresponderende null-kryssingskomparatormidler (19) og utmatningssignaler fra påkoblings-logikkmidlene (25), hvor nevnte påkoblingslogikkmidler (25) er konstruert til å tilveiebringe et utgangssignal som reaksjon på den samtidige forekomst av et avstandsportpulssignal, et TELLING-KLAR-signal og et frigivelsessignal fra nevnte ters-kelholdemidler (23), hvor nevnte Doppler-portpulsgenerator (33) er konstruert til å utlose et Doppler-portpulssignal ved mot-takelse av den forste pulsen fra null-kryssingskomparator-midlene (19), som inntreffer etter tilsynekomsten av et utgangssignal fra nevnte logiske midler.

6. Utstyr som angitt i krav 5, karakterisert ved at hvert Doppler-portpulssignal-frembringende middel (25, 27, 33) innbefatter avkoblings-logiskemidler (27) for tilveiebringelse av et utgangssignal som forbereder Doppler-portpulsgeneratoren (33) på avslutting av et Doppler-portpulssignal ved mottakelsen hos nevnte generator av en puls fra nevnte null-kryssingskomparatormidler (19), hvor nevnte avkoblings-logiskemidler (27) er konstruert til å tilveiebringe et utgangssignal som reaksjon på enten fraværet av et frigivelsessignal fra nevnte terskelmidler (23) eller tilsynekomsten av et signal fra nevnte avsluttingsmidler (35) som indike-rer at de korresponderende N-periodetellermidler (31) har tellet N pulser.

7. Utstyr som angitt i krav 6, karakterisert ved at nevnte omhyllingskurve-detekteringsmidler (21) ut-gjores av en R-C-krets (14) som er proporsjonert slik at spen-ningsutmatningen fra nevnte detekteringsmidler folger de relativt sakte fluktuasjoner i det onskede signal i den mottatte energi, men tar gjennomsnitt av de relativt hurtige stoyfluk-tuasjoner i dette.

8. Utstyr som angitt i krav 7, karakterisert ved at nevnte innmatningsmidler (15, 17) innbefatter transduktormidler (15) og en avstemt begrenserforsterker (17) som er folsom for nevnte transduktormidler, hvor nevnte forsterker (17) er avstemt til å slippe igjennom frekvenser innenfor området av Doppler-skift som ventes for alle skipshastighetstilstander, hvor nevnte forsterker (17) ytterligere har i alt vesentlig konstant forsterkning for alle signalnivåer opp til en grense-verdi som er storre enn nevnte forutbestemte terskelverdi.