PL160234B1

PL160234B1 - Method for measuring the distance in hydroacoustic navigation

Info

Publication number: PL160234B1
Application number: PL27833189A
Authority: PL
Priority date: 1989-03-17
Filing date: 1989-03-17
Publication date: 1993-02-26

Abstract

A device for the measurement of distances in hydroacoustic navigation, particularly for cooperation with many transponders built from an electroacoustic receiving and transmitting converter, a power stage and the measuring device of the distance of the board station and an electroacoustic converter of the transponder with a reception-transmission switch and power stage characterised in that to the power stage of the transmitter (2) of the board station (SP) and the transponder (T), phase modulators (1, 20) and correlation receivers are connected to the electroacoustic receiving converter (4, 12), which contain, connected in parallel, an amplifier (5, 16), a limiter (6, 16), a phase detector (7, 15), a matching filter (8, 17) and a decision circuit (9, 18)<IMAGE>

Description

Przedmiotem wynalazku jest urządzenie do pomiaru odległości dla nawigacji hydroakustycznej, zwłaszcza do współpracy z wieloma transponderami przy określeniu pozycji statku wzglądem dna lub obiektu umieszczonego pod wodą, np. w celu dynamicznej stabilizacji pozycji statku.The subject of the invention is a distance measuring device for hydroacoustic navigation, in particular for cooperation with multiple transponders in determining the position of a ship with respect to the bottom or an object placed under water, e.g. for dynamically stabilizing the ship's position.

Znane i stosowane sposoby i urządzenia zawierają układy hydrolokacji aktywnej z aktywną odpowiedzią, w których stacje pokładowe nawiązują łączność z transponderami umieszczonymi na dnie lub obiektach podwodnych. W układach nawigacji z krótką bazą, pozycję statku określa sią metodą trangulacyjną przez pomiar odległości miądzy transponderami, a zwykle trzema przetwornikami odbiorczymi ze stopniem mocy stacji pokładowej, które są rozstawione pod kadłubem statku w znanych odległościach stanowiących bazą pomiaru. Oo kaZdego przetwornika odbiorczego stacji pokładowej jest przyłączony odbiornik z miernikiem odległości. Odległość wyznacza sią na podstawie pomiaru czasu opóźnienia między momentem nadania sygnału zapytania przez przetwornik nadawczy ze stopniem mocy stacji pokładowej, a momentem odbioru sygnału odpowiedzi przez przetwornik odbiorczy stacji pokładowej, który nadaje transponder po odebraniu sygnału zapytania. Elektroakustyczny przetwornik transpondera zawiera przetwornik nadawanie - odbiór. Sygnał zapytania i odpowiedzi mają postać impulsu wypełnionego przebiegiem o cząstotliwości ultradźwiękowej. Częstotliwość sygnału zapytania róZni sią od częstotliwości sygnału odpowiedzi.The known and used methods and devices include active sonar systems with active response, in which the on-board stations communicate with transponders located on the bottom or underwater objects. In navigation systems with a short base, the position of the ship is determined by a trangulatory method by measuring the distance between the transponders, and usually three receiving transducers with the on-board power stage, that are positioned under the ship's hull at known distances as the measurement base. About each receiving transducer of the on-board station is connected a receiver with a distance meter. The distance is determined by measuring the delay time between the time of transmitting the interrogation signal by the transmitting transducer with the power stage of the on-board station and the time of receiving the response signal by the receiving transducer of the on-board station, which transmits the transponder upon receipt of the interrogation signal. An electro-acoustic transponder transducer includes a transmit-receive transducer. The query and answer signal is in the form of a pulse filled with a waveform with ultrasonic frequency. The frequency of the query signal is different from the frequency of the answer signal.

W znanych 1 stosowanych rozwiązaniach do wywołania różnych transponderów stosuje sią różne cząstotliwości w ten sposób, Ze każdemu transponderowi Jest przyporządkowana inna cząstotliwość, co nazywa sią kodowaniem cząstotliwości. Wywołany transponder odpowiada na cząstotliwość, która jest wspólna dla wszystkich transponderów. Zwiększenie liczby transponderów w układzie nawigacji hydroakustycznej wymaga zwiększenia liczby wykorzystywanych cząstotliwości, a zatem zwiększenia liczby filtrów selektywnych stosowanych w układzie. Wykonanie zestawu stabilnych filtrów selektywnych na częstotliwościach ultradźwiękowych stanowi istotną barierą technologiczną dla zwiększenia liczby transponderów . W systemie z długą bazą pozycja statku jest określona wzglądem stałej sieci transponderów, rozwiniętej na dnie akwenu. Sygnał zapytania o wspólnej cząstotliwości dla wszystkich transponderów emitowany przez nadajnik stacji pokładowej po odebraniu przez transpondery powoduje wysłanie sygnałów odpowiedzi o różnych częstotliwościach przez każdy z transponderów. Ten tryb pracy jednoczesnej wymaga wielokanałowych układów odbiorczych i pomiarowych.In the known solutions used, different frequencies are used to trigger different transponders in such a way that each transponder is assigned a different frequency, which is called frequency coding. The called transponder responds to a frequency that is common to all transponders. Increasing the number of transponders in a hydroacoustic navigation system requires increasing the number of frequencies used, thus increasing the number of selective filters used in the system. The implementation of a set of stable selective filters at ultrasonic frequencies is a significant technological barrier for increasing the number of transponders. In a system with a long base, the position of the vessel is determined by the constant network of transponders developed at the bottom of the sea. The interrogation signal with a common frequency for all transponders emitted by the transmitter of the on-board station when received by the transponders causes response signals of different frequencies to be sent by each of the transponders. This mode of simultaneous operation requires multi-channel receiving and measuring systems.

160 234160 234

Urządzenie według wynalazku, zbudowane z elektroakustycznego przetwornika nadawczego 1 odbiorczego ze stopniem mocy oraz miernika odległości stacji pokładowej 1 elektroakustycznego przetwornika transpondera z przełącznikiem nadawania - odbiór i stopniem mocy, wyróżnia się tym, Ze do stopnia mocy nadajnika stacji pokładowej i transpondera przyłączone są modulatory fazy, zaś do elektroakustycznych przetworników odbiorczych - odbiorniki korelacyjne, zawierające połączone szeregowo wzmacniacz, ogranicznik, detektor fazy, filtr dopasowany oraz układ decyzyjny.The device according to the invention, composed of an electro-acoustic transmitting 1 receiving transducer with a power stage and a distance meter of an on-board station 1 electro-acoustic transponder transducer with a transmit switch - receiving and a power stage, is distinguished by the fact that phase modulators are connected to the transmitter power stage of the on-board station and the transponder and for electroacoustic transducers - correlation receivers, containing an amplifier, limiter, phase detector, matched filter and decision circuit connected in series.

Zaleta urządzenia jest zwiększenie dokładności pomiaru odległości dzięki kompresji impulsu przy odbiorze, a dzięki zakodowanemu sygnałowi zapytania, wykluczone jest fałszywe wyzwolenie transpondera przez inne urządzenia hydrolokacyjne lub źródła zakłóceń. Ponadto zastosowanie kodowania przez manipulację fazy pozwala wyeliminować filtry selektywne. Umożliwione jest również zwiększenie w prosty sposób zbioru przesyłanych informacji, aby wprowadzić np. rozkazy zdalnego sterowania zwalnianiem zanurzonych transponderów, sygnalizację naładowania baterii transponderów.The advantage of the device is the increase in the accuracy of the distance measurement due to the compression of the impulse upon reception, and thanks to the encoded interrogation signal, false triggering of the transponder by other sonar devices or sources of interference is excluded. In addition, the use of phase manipulated coding can eliminate selective filters. It is also possible to easily increase the set of transmitted information in order to introduce e.g. remote control orders for releasing immersed transponders, signaling the transponder battery charge.

Przedmiot wynalazku uwidoczniony jest w przykładzie wykonania na rysunku , na którym przedstawiono schemat blokowy urządzenia.The subject of the invention is illustrated in an exemplary embodiment in the drawing, which shows a block diagram of the device.

Nadajnik stacji pokładowej SP zawiera modulator fazy 1 i stopień mocy nadajnika 2, który napędza elektroakustyczny przetwornik nadawczy 3. Elektroakustyczny przetwornik odbiorczy 4 jest przyłączony do wzmacniacza 5 odbiornika korelacyjnego stacji pokładowej SP. Wzmacniacz 5 ma zasięgową regulację wzmocnienia oraz szerokie pasmo przenoszenia, przewyższające kilkakrotnie szerokość widma sygnału elementarnego w celu uniknięcia zniekształceń faz. Na wyjściu wzmacniacza 3 przyłączony jest ogranicznik 6 wykonany na przerzutnlku Schmitta, do którego dołączony Jest detektor fazy 7 synchroniczny , w którym porównuje się fazę odebranego sygnału z fazą przebiegu odniesienia wytwarzanego w zespole sterowania i synchronizacji 11. Sygnał z dedektora fazy 7 podany jest na filtr dopasowanyThe transmitter of the on-board station SP comprises a phase modulator 1 and a power stage of the transmitter 2, which drives an electro-acoustic transmitting transducer 3. The electro-acoustic receiving transducer 4 is connected to the correlation amplifier 5 of the on-board station SP. The amplifier 5 has a range gain control and a wide frequency response, which is several times the width of the spectrum of the elementary signal in order to avoid phase distortions. At the output of the amplifier 3, a limiter 6 is connected, made on a Schmitt trigger, to which a phase detector 7 is connected, synchronous, in which the phase of the received signal is compared with the phase of the reference waveform produced in the control and synchronization unit 11. The signal from the phase deductor 7 is fed to the filter fitted

8, wykonany Jako dyskretny, zbudowany na cyfrowych rejestrach przesuwających. Filtr dopasowany jest połączony z ostatnim blokiem odbiornika korelacyjnego jakim Jest układ decyzyjny8, made discrete, built on digital shift registers. The matched filter is connected to the last block of the correlation receiver which is the decision circuit

9, którym jest większościowy układ logiczny, nastawiony na wymagany próg wierności odbioru. Sygnał wyjściowy z układu decyzyjnego 9, który Jest jednocześnie sygnałem wyjściowym z odbiornika korelacyjnego podany jest do cyfrowego miernika odległości 10, który zlicza impulsy pomiarowe w przedziale czasu od momentu wysłania sygnału zapytania do momentu otrzymania decyzji z układu decyzyjnego 9 o wykryciu sygnału odpowiedzi.9, which is a majority logic set to the required reception fidelity threshold. The output signal from the decision maker 9, which is also the output signal from the correlation receiver, is fed to the digital distance meter 10, which counts the measuring pulses over the time period from the sending of the query signal until the decision from the decision maker 9 to detect the response signal is received.

Elektroakustyczny przetwornik 12 transpondera T zawiera połączone szeregowo - wzmacniacz 14, ogranicznik 15, detektor fazy 16, filtr dopasowany 17 1 układ decyzyjny 18. Wzmacniacz 14 transpondera T Jest również szerokopasmowy, lecz ma automatyczną regulację wzmocnienia z progiem ustawionym powyżej poziomu szumów otoczenia. Układ decyzyjny 18 wydaje decyzje o zmianie kierunku transmisji w przypadku wykrycia sygnału zapytania o kodzie odpowiadającemu danemu transponderowl. Następuje wówczas nadanie sygnału odpowiedzi przez elektroakustyczny przetwornik 12 transpondera T, napędzany stopniem mocy nadajnika 19 transpondera T, do którego jest przyłączony modulator fazy 20 transpondera T. Działanie transpondera T jest sterowane i synchronizowane przez zespół sterowania i synchronizacji 20.The T-transponder electro-acoustic transducer 12 comprises a series-connected amplifier 14, a limiter 15, a phase detector 16, a matched filter 17, and a decision circuit 18. The T-transponder amplifier 14 is also broadband, but has automatic gain control with a threshold set above the ambient noise level. Decision maker 18 makes a transmission reverse decision when a code query signal corresponding to a given transponder is detected. A response signal is then transmitted by the electroacoustic transducer 12 of the transponder T, driven by the transmitter power stage 19 of the transponder T, to which the phase modulator 20 of the transponder T is connected. Operation of the transponder T is controlled and synchronized by the control and timing unit 20.

Jako zespół ciągów kodowych są wykorzystywane ciągi maksymalnej długości /ciągi M/ o liczbie elementów równej liczbie transponderów, które są utworzone jeden z drugiego przez przestawienie cykliczne. Unormowany poziom listków bocznych funkcji autokorelacji dla takich ciągów jest rzędu 1/ L, a funkcja wzajemnej korelacji tych ciągów nie przekracza 1/L, gdzie L jest liczbą elementów ciągu.As a set of code strings, the maximum length sequences (M strings) are used with a number of elements equal to the number of transponders which are formed from one another by a cyclic shift. The normalized level of side lobes of the autocorrelation function for such sequences is of the order 1 / L, and the mutual correlation function of these sequences does not exceed 1 / L, where L is the number of elements of the sequence.

160 234160 234

Zakład Wydawnictw UP RP. Nakład 90 egz. Cena 10 000 złDepartment of Publishing of the UP RP. Circulation of 90 copies. Price: PLN 10,000

Claims

Patent claim

Distance measuring device for hydroacoustic navigation, in particular for cooperation with multiple transponders, composed of an electro-acoustic transmitting and receiving transducer with a power stage, and an on-board distance meter and an electro-acoustic transponder transducer with a transmit-receive switch and a power stage, characterized by power of the transmitter / 2 / on-board station / SP / and the transponder / T /, phase modulators / 1 and 20 / are connected, and correlation receivers are connected to the electroacoustic transducers / 4 and 12 /, containing the amplifier / 5 1 16 / , a limiter / 6 and 16 /, a phase detector / 7 and 15 /, a matched filter / 8 and 17 / and a decision circuit / 9 and 18 /.

»·«