RU151224U1 - ACTIVE ECHO-PULSE LOCATOR - Google Patents
ACTIVE ECHO-PULSE LOCATOR Download PDFInfo
- Publication number
- RU151224U1 RU151224U1 RU2014136611/07U RU2014136611U RU151224U1 RU 151224 U1 RU151224 U1 RU 151224U1 RU 2014136611/07 U RU2014136611/07 U RU 2014136611/07U RU 2014136611 U RU2014136611 U RU 2014136611U RU 151224 U1 RU151224 U1 RU 151224U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- unit
- location
- signal
- output
- input
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Measurement Of Velocity Or Position Using Acoustic Or Ultrasonic Waves (AREA)
Abstract
Активный эхо-импульсный локатор, содержащий блок управления, соединённый с управляющими входами блока обработки и индикации, генераторного и приёмного трактов, состоящего из последовательно соединённых блока усилителей и блока частотной фильтрации, выход которого соединён с сигнальным входом блока обработки и индикации, блок акустических преобразователей, соединённый с выходом генераторного и входом блока усилителей, отличающийся тем, что в него дополнительно введён блок расчёта коэффициентов, управляющий вход которого соединён с выходом блока управления, дополнительный управляющий вход соединён с выходом блока обработки и индикации, а выход соединён с управляющим входом блока частотной фильтрации, комплексная частотная характеристика К(jω) которого изменяется во времени в соответствии с выражениемгде В - постоянный множитель;- спектральная плотность помехи;- функция комплексно сопряжённая спектральной плотностисигнала, определяемой выражениемгде- спектральная плотность исходного зондирующего сигнала, излучаемого в среду лоцирования;- множитель, характеризующий ослабление зондирующего сигнала при его распространении в среде лоцирования; t - время отсчёта от начала цикла лоцирования; β - коэффициент поглощения, с - скорость распространения акустического сигнала в среде лоцирования;комплексный коэффициент отражения зондирующего сигнала от объекта лоцирования.An active echo-pulse locator containing a control unit connected to the control inputs of the processing and display unit, the generator and receiving paths, consisting of series-connected amplifier units and a frequency filtering unit, the output of which is connected to the signal input of the processing and display unit, acoustic transducer unit, connected to the output of the generator and the input of the amplifier unit, characterized in that it additionally includes a coefficient calculation unit, the control input of which is connected to the control unit, the additional control input is connected to the output of the processing and display unit, and the output is connected to the control input of the frequency filtering unit, the complex frequency response K (jω) of which changes in time in accordance with the expression where B is a constant factor; is the interference spectral density; is the function complex conjugate of the spectral density of the signal, defined by the expression where the spectral density of the initial probe signal radiated into the location medium; is a factor its attenuation of the probe signal during its propagation in the location medium; t is the countdown time from the beginning of the location cycle; β is the absorption coefficient, and c is the acoustic signal propagation velocity in the location medium; the complex reflection coefficient of the probe signal from the location object.
Description
Полезная модель относится к локационным приборам, предназначенным для обнаружения объектов находящихся в различных средах. Заявляемый локатор может использоваться в гидролокационных системах различного назначения - эхолотах, гидролокаторах, профилографах, а также в ультразвуковых дефектоскопах, медицинских приборах УЗИ, уровнемерах и других активных локационных системах. Преимущественная область использования - гидроакустика.The utility model relates to location-based devices designed to detect objects located in various environments. The inventive locator can be used in sonar systems for various purposes - echo sounders, sonars, profilographs, as well as in ultrasonic flaw detectors, ultrasound medical devices, level gauges and other active location systems. The preferred area of use is sonar.
Известны активные эхолокационные системы, описание которых приведено в многочисленных литературных [1-7] и патентных [8-10] источниках. Они содержат, как правило, блок акустических преобразователей, соединенный с выходом генераторного и входом приемного трактов, блок управления соединенный с управляющими входами блока обработки и индикации, генераторного и приемного трактов, выход приемного тракта соединен с сигнальным входом блока обработки и индикации. Приемные тракты этих локационных систем содержат в различных сочетаниях последовательно соединенные усилители и частотно избирательные фильтры. Блок обработки и индикации в различных сочетаниях может содержать блоки с изменяемым во времени коэффициентом передачи, детектор, пороговые элементы, аналого-цифровой преобразователь и другие вспомогательные блоки.Active echolocation systems are known, the description of which is given in numerous literature [1-7] and patent [8-10] sources. As a rule, they contain an acoustic transducer block connected to the output of the generator and input of the receiving paths, a control unit connected to the control inputs of the processing and display unit, generator and receiving paths, and the output of the receiving path connected to the signal input of the processing and display unit. The receiving paths of these location systems contain, in various combinations, series-connected amplifiers and frequency selective filters. The processing and display unit in various combinations may contain blocks with a time-varying transmission coefficient, a detector, threshold elements, an analog-to-digital converter, and other auxiliary blocks.
Работа данных локационных систем происходит следующим образом. В блоке управления через заданные временные интервалы T вырабатываются синхросигналы определяющие начало рабочих циклов для остальных блоков локатора, а также другие сигналы определяющие режимы работы этих блоков [1-7]. В генераторном тракте вырабатывается радиоимпульсный зондирующий сигнал длительностью тис частотой заполнения f, поступающий на блок акустических преобразователей, излучающих в среду лоцирования акустический сигнал, который распространяется в среде лоцирования и отражается от объектов находящихся в канале лоцирования. Отраженные акустические эхо-сигналы принимаются элементами блока акустических преобразователей, и соответствующие им электрические сигналы поступают на вход приемного тракта. Значения параметров T, τ и f зависят в каждом конкретном и случае от условий лоцирования и рассчитывают по известным выражениям [1-7].The work of these location systems is as follows. In the control unit, at specified time intervals T, clock signals are generated that determine the beginning of duty cycles for the remaining locator blocks, as well as other signals that determine the operation modes of these blocks [1-7]. In the generator channel, a radio-pulse sounding signal is generated with a duration of yew with a filling frequency f, which arrives at the block of acoustic transducers emitting an acoustic signal into the location medium, which propagates in the location medium and is reflected from objects located in the location channel. The reflected acoustic echo signals are received by the elements of the block of acoustic transducers, and the corresponding electrical signals are fed to the input of the receiving path. The values of the parameters T, τ, and f depend on each specific and case on the location conditions and are calculated according to well-known expressions [1-7].
В приемном тракте эхо-сигналы обрабатываются по заданным алгоритмам - это, как правило, усиление и частотная фильтрация, а затем поступают на блок обработки и индикации, где выполняется их детектирование, обработка в блоках «Отсечка», «ВАРУ»-«ВРЧ», преобразование в цифровую форму и другие [1-7]. Затем выполняется определение параметров обнаруженных объектов (расстояния до них, размеры и другие) с последующей индикацией результатов лоцирования.In the receiving path, the echo signals are processed according to the specified algorithms - this is, as a rule, amplification and frequency filtering, and then they are sent to the processing and display unit, where they are detected, processed in the “Cutoff”, “VARU” - “VCR” blocks, digitization and others [1-7]. Then, the parameters of the detected objects are determined (distances to them, sizes, and others), followed by an indication of the location results.
Все данные локационные системы используют узкополосные зондирующие сигналы простой формы. Поэтому в их приемных трактах выполняется фильтрация, реализуемая обычными активными или пассивными узкополосными частотно избирательными системами с не изменяемыми параметрами.All of these location systems use narrow-band probing signals of a simple form. Therefore, filtering is carried out in their receiving paths, which is realized by conventional active or passive narrow-band frequency-selective systems with unchanged parameters.
Эти локаторы имеют ограниченные эксплуатационные характеристики, вызванные малым отношением сигнал/шум на выходе их приемных трактов. Это обусловлено тем, что при отражении акустических сигналов от объектов, для которых происходит изменение расстояния между носителем локатора и самим объектом - происходит изменение частоты эхо-сигналов на величину доплеровского смещения. Поэтому полосу пропускания частотных фильтров приемных трактов локаторов выбирают больше на величину доплеровского смещения, что увеличивает уровень шумов на выходе приемного тракта. В результате этого снижается дальность лоцирования, также такие локаторы не могут обнаруживать малоразмерные объекты на предельных дальностях лоцирования. Локаторы с узкополосными зондирующими сигналами позволяют получать ограниченную информацию об обнаруженных объектах, обычно это их удаление по направлению лоцирования и сила цели.These locators have limited performance due to the low signal to noise ratio at the output of their receiving paths. This is due to the fact that when acoustic signals are reflected from objects for which there is a change in the distance between the locator carrier and the object itself, the frequency of the echo signals changes by the value of the Doppler shift. Therefore, the passband of the frequency filters of the receiving paths of the locators is chosen more by the magnitude of the Doppler shift, which increases the noise level at the output of the receiving path. As a result of this, the location range is reduced, and such locators cannot detect small objects at the maximum location ranges. Locators with narrowband probing signals allow obtaining limited information about detected objects, usually their removal in the direction of location and target strength.
В патентах [11-15] предложены гидроакустические локационные системы, в которых для приема узкополосных эхо-сигналов, частота которых изменяется в результате эффекта Доплера, используют приемный тракт, в котором частотная фильтрация реализуется блоком, состоящим из нескольких параллельно включенных цепочек, каждая из которых содержит последовательно соединенные узкополосный фильтр, пороговый элемент и блок, разрешающий прохождение только тех частотных составляющих сигнала, уровни которых превышают пороговый уровень, определяемый уровнем шумовой составляющей для того же частотного диапазона. Использование нескольких параллельных цепочек частотной фильтрации повышает отношение сигнал/шум на выходе приемного тракта, однако не позволяет получать дополнительную информацию об обнаруженных объектах.In patents [11-15], hydroacoustic location systems are proposed in which a receiving path is used to receive narrow-band echo signals whose frequency changes as a result of the Doppler effect, in which frequency filtering is implemented by a unit consisting of several circuits connected in parallel, each of which contains a series-connected narrow-band filter, a threshold element, and a block allowing the passage of only those frequency components of the signal whose levels exceed the threshold level determined by the level The noise component for the same frequency range. The use of several parallel chains of frequency filtering increases the signal-to-noise ratio at the output of the receiving path, however, it does not allow obtaining additional information about the detected objects.
Дальнейшее повышение дальностей лоцирования и получение дополнительной информации об объектах лоцирования стало возможным при использовании в локационных системах широкополосных зондирующих сигналов со сложной структурой, модулированных по частоте, фазоманипулированных и других [16-18]. Последующая корреляционная обработка таких сигналов или их оптимальная фильтрация в приемном тракте позволяют получить большее отношение сигнал/шум, по сравнению с использованием узкополосных сигналов, увеличить дальность лоцирования, получить дополнительную информацию об обнаруженных объектах [19-20]. Однако в этих системах при обработке эхо-сигналов не учитывается изменение спектров зондирующих сигналов, происходящее при их распространении в реальных средах лоцирования имеющих частотную зависимость коэффициента затухания. Изменение спектров зондирующих сигналов, а после их отражения от объектов - эхо-сигналов нарушает условия оптимальности обработки эхо-сигналов в приемных трактах таких локаторов. Это не позволяет получить достижимую величину увеличения отношения сигнал/шум на выходе приемного тракта локатора, что ограничивает его эксплуатационные возможности.A further increase in the range of location and obtaining additional information about the objects of location became possible when using in the location systems broadband probing signals with a complex structure, frequency-modulated, phase-shifted and others [16-18]. Subsequent correlation processing of such signals or their optimal filtering in the receiving path allows one to obtain a higher signal-to-noise ratio compared to using narrow-band signals, increase the range of location, and obtain additional information about the detected objects [19-20]. However, in these systems, the processing of echo signals does not take into account the change in the spectra of sounding signals that occurs when they propagate in real-world location media having a frequency dependence of the attenuation coefficient. Changing the spectra of the probing signals, and after their reflection from the objects - the echo signals violates the optimality conditions for processing the echo signals in the receiving paths of such locators. This does not allow to obtain an achievable value of increasing the signal-to-noise ratio at the output of the receiving path of the locator, which limits its operational capabilities.
В работе [19] показано, что при частотной фильтрации аддитивной суммы сигнала и помехи для получения максимального отношения сигнал/помеха на выходе линейного фильтра для времени t0 его комплексная частотная характеристика K(jω) должна соответствовать выражениюIn [19], it was shown that in the case of frequency filtering of the additive sum of the signal and noise in order to obtain the maximum signal / noise ratio at the output of the linear filter for time t0, its complex frequency response K (jω) should correspond to the expression
где B - постоянный множитель, S*(jω) - функция комплексно сопряженная спектральной плотности сигнала S(jω), Sp(jω) - спектральная плотность помехи. Если зондирующий сигнал, излучаемый в среду лоцирования имеет исходную спектральную плотность S1(jω), то при его распространении в среде лоцирования и при отражении от объекта его спектр будет изменяться в соответствии с выражениемwhere B is a constant factor, S * (jω) is the complex complex conjugate function of the signal spectral density S (jω), S p (jω) is the noise spectral density. If the probe signal emitted into the location medium has an initial spectral density S 1 (jω), then when it propagates in the location medium and when reflected from the object, its spectrum will change in accordance with the expression
где множитель A(jω) характеризует комплексный коэффициент отражения зондирующего сигнала от объекта, а множитель exp(-2βr) - ослабление уровня зондирующего сигнала в результате поглощения при распространении в среде лоцирования, β - коэффициент поглощения, r - расстояние до обнаруженного объекта.where the factor A (jω) characterizes the complex reflection coefficient of the probe signal from the object, and the factor exp (-2βr) is the attenuation of the level of the probe signal as a result of absorption during propagation in the location medium, β is the absorption coefficient, and r is the distance to the detected object.
Для случая гидроакустики коэффициент поглощения β для диапазона частот акустических сигналов f=(5-100) кГц можно определить, воспользовавшись эмпирической формулой Шихи и Хелли [1 с. 71]For the case of hydroacoustics, the absorption coefficient β for the frequency range of acoustic signals f = (5-100) kHz can be determined using the empirical formula of Shea and Helly [1 p. 71]
где частота сигнала f выражена в кГц.where the frequency of the signal f is expressed in kHz.
В соответствии с выражениями (2-3) следует, что за счет зависимости величины коэффициента затухания β от частоты, спектр эхосигнала будет зависеть от расстояния r до обнаруженного лоцируемого объекта. С увеличением расстояния r за счет большего поглощения высокочастотных компонент спектра сигнала его огибающая будет смещаться в низкочастотную область. В соответствии с выражением (1) для оптимального приема эхосигналов частотная характеристика линейного фильтра K(jω) также должна иметь разный вид для объектов находящихся на разных расстояниях r.In accordance with expressions (2-3), it follows that, due to the dependence of the attenuation coefficient β on frequency, the spectrum of the echo signal will depend on the distance r to the detected located object. With increasing distance r due to greater absorption of high-frequency components of the signal spectrum, its envelope will shift to the low-frequency region. In accordance with expression (1), for optimal reception of echo signals, the frequency response of the linear filter K (jω) should also have a different form for objects located at different distances r.
Это относится ко всем гидроакустическим локационным системам, в том числе и к специализированным, таким как профилографы, эхоледомеры и другие системы, у которых зондирующий сигнал распространяется не только в водной среде, а и в других средах - донных осадках или в массиве льда. Так в работе [21] приведены графики (фиг. 1) для изменений спектра ЛЧМ-зондирующего сигнала при его распространении в донном осадке, которые показывают значительное искажение спектра зондирующего сигнала при увеличении расстояния r. Из приведенных графиков видно, что при приеме эхосигналов прошедших в осадочных грунтах расстояние до 3-5 м фильтр должен иметь полосу пропускания порядка 10 кГц при центральной частоте фильтра также около 10 кГц, а при прохождении расстояния более 10 м - центральная частота фильтра смещается в область 5 кГц, а полоса его пропускания уменьшается более чем в два раза. Таким образом, в данном случае для получения максимального отношения сигнал/шум на выходе приемного тракта локационной системы, необходимо изменять во времени параметры линейного фильтра, установленного в приемном тракте профилографа. Такой вывод относится и к другим локационным системам использующим широкополосные сигналы.This applies to all hydroacoustic location systems, including specialized ones, such as profilographs, echo-meters, and other systems in which the sounding signal propagates not only in the aquatic environment, but also in other environments - bottom sediments or in the ice mass. So in [21] graphs are given (Fig. 1) for changes in the spectrum of the LFM-probe signal during its propagation in the bottom sediment, which show a significant distortion of the spectrum of the probe signal with increasing distance r. The graphs show that when receiving echoes transmitted in sedimentary soils, a distance of up to 3-5 m should have a filter bandwidth of about 10 kHz at a filter center frequency of about 10 kHz, and if a distance of more than 10 m is passed, the filter’s central frequency will shift to 5 kHz, and its bandwidth is reduced by more than half. Thus, in this case, to obtain the maximum signal-to-noise ratio at the output path of the location system, it is necessary to change in time the parameters of the linear filter installed in the receive path of the profilograph. This conclusion applies to other location systems using broadband signals.
Целью данной полезной модели является расширение эксплуатационных возможностей активного эхо-импульсного локатора.The purpose of this utility model is to expand the operational capabilities of an active echo-pulse locator.
Технический результат заключается в реализации в приемном тракте локатора условия оптимальной фильтрации для широкополосных эхосигналов от всех объектов, независимо от их удаления, что позволяет на выходе приемного тракта получить для них максимальное значение отношения сигнал/шум.The technical result consists in the implementation in the receiving path of the locator of the optimal filtering condition for broadband echo signals from all objects, regardless of their removal, which allows the maximum value of the signal-to-noise ratio to be obtained at the output of the receiving path.
Технический результат достигается тем, что в активном эхо-импульсном локаторе по патенту [11], содержащем блок управления соединенный с управляющими входами блока обработки и индикации, генераторного и приемного трактов, состоящего из последовательно соединенных блока усилителей и блока частотной фильтрации, выход которого соединен с сигнальным входом блока обработки и индикации, блок акустических преобразователей соединенный с выходом генераторного и входом блока усилителей, дополнительно введен блок расчета коэффициентов, управляющий вход которого соединен с выходом блока управления, дополнительный управляющий вход соединен с выходом блока обработки и индикации, а выход соединен с управляющим входом блока частотной фильтрации, комплексная частотная характеристика K(jω) которого изменяется во времени в соответствии с выражениемThe technical result is achieved by the fact that in the active echo-pulse locator according to the patent [11], which contains a control unit connected to the control inputs of the processing and indication unit, generator and receiving paths, consisting of series-connected amplifier unit and frequency filtering unit, the output of which is connected to the signal input of the processing and display unit, the unit of acoustic transducers connected to the output of the generator and the input of the amplifier unit, an additional unit for calculating the coefficients is introduced, I control whose input is connected to the output of the control unit, the additional control input is connected to the output of the processing and display unit, and the output is connected to the control input of the frequency filtering unit, the complex frequency response of which K (jω) changes in time in accordance with the expression
K(jω)=Bexp(-jωt)S*(jω)/Sp(jω),K (jω) = Bexp (-jωt) S * (jω) / S p (jω),
где B - постоянный множитель, Sp(jω) - спектральная плотность помехи, S*(jω) - функция комплексно сопряженная спектральной плотности S(jω) сигнала, определяемой выражениемwhere B is a constant factor, S p (jω) is the interference spectral density, S * (jω) is the complex conjugate function of the spectral density S (jω) of the signal, defined by the expression
, ,
где S1(jω) - спектральная плотность исходного зондирующего сигнала, излучаемого в среду лоцирования, exp(-2βct) - множитель характеризующий ослабление зондирующего сигнала при его распространении в среде лоцирования, t - время отсчета от начала цикла лоцирования, β - коэффициент поглощения, c - скорость распространения акустического сигнала в среде лоцирования, A(jω) комплексный коэффициент отражения зондирующего сигнала от объекта лоцирования.where S 1 (jω) is the spectral density of the initial probe signal radiated into the location medium, exp (-2βct) is the factor characterizing the attenuation of the probe signal during its propagation in the location environment, t is the reference time from the beginning of the location cycle, β is the absorption coefficient, c is the propagation velocity of the acoustic signal in the location medium, A (jω) is the complex reflection coefficient of the probe signal from the location object.
Полезная модель поясняется чертежами. На фиг. 1 приведены графики для огибающей спектра ЛЧМ зондирующего сигнала при его распространении в донных осадках, на фиг. 2 показана структурная схема заявляемого локатора, а на фиг. 3 - структурная схема одного из вариантов реализации блока частотной фильтрации.The utility model is illustrated by drawings. In FIG. 1 shows graphs for the envelope of the LFM spectrum of the probe signal during its propagation in bottom sediments, FIG. 2 shows a structural diagram of the inventive locator, and in FIG. 3 is a structural diagram of one embodiment of a frequency filtering unit.
Активный эхо-импульсный локатор содержит блок управления 1 соединенный с управляющими входами блока обработки и индикации 2, блока расчета коэффициентов 3, генераторного тракта 4 и блока усиления 5 входящего с блоком частотной фильтрации 6 в приемный тракт 7, блок акустических преобразователей 8 соединенный с выходом генераторного тракта 4 и входом блока усиления 5, последовательно соединенного с блоком частотной фильтрации 6, блоком обработки и индикации 2; дополнительный управляющий вход блока расчета коэффициентов 3 соединен с выходом блока обработки и индикации 2, а выход блока расчета коэффициентов 3 соединен с управляющим входом блока частотной фильтрации 6, комплексная частотная характеристика K(jω) которого изменяется во времени в соответствии с выражениемThe active echo-pulse locator contains a
K(jω)=Bexp(-jωt)S*(jω)/Sp(jω),K (jω) = Bexp (-jωt) S * (jω) / S p (jω),
где B - постоянный множитель, Sp(jω) - спектральная плотность помехи, S*(jω) - функция комплексно сопряженная спектральной плотности S(jω) сигнала, определяемой выражениемwhere B is a constant factor, S p (jω) is the interference spectral density, S * (jω) is the complex conjugate function of the spectral density S (jω) of the signal, defined by the expression
, ,
где S1(jω) - спектральная плотность зондирующего сигнала, излучаемого в среду лоцирования, exp(-2βct) - множитель характеризующий ослабление зондирующего сигнала при его распространении в среде лоцирования, β - коэффициент поглощения, t -время отсчета от начала циклов лоцирования, c - скорость распространения акустического сигнала в среде лоцирования, A(jω) комплексный коэффициент отражения зондирующего сигнала объекта лоцирования.where S 1 (jω) is the spectral density of the probe signal radiated into the location medium, exp (-2βct) is the factor characterizing the attenuation of the probe signal during its propagation in the location environment, β is the absorption coefficient, t is the reference time from the start of the location cycles, c is the propagation velocity of the acoustic signal in the location medium, A (jω) is the complex reflection coefficient of the probe signal of the location object.
Работа эхо-импульсного локатора происходит следующим образом.The operation of the echo-pulse locator is as follows.
В блоке управления 1 через заданные временные интервалы T вырабатываются синхросигналы определяющие начало рабочих циклов для остальных блоков локатора. В генераторном тракте 4 вырабатывается широкополосный зондирующий сигнал длительностью τ, поступающий на блок акустических преобразователей 8, излучающих в среду лоцирования акустический сигнал, который распространяется в среде лоцирования и отражается от объектов находящихся в канале лоцирования. Отраженные акустические эхо-сигналы принимаются элементами блока акустических преобразователей 8, и соответствующие им электрические сигналы поступают на вход блока усиления, а затем на вход блока частотной фильтрации 6 приемного тракта 7. Значения параметров T, τ, спектральные и временные параметры зондирующего сигнала зависят от конкретных условий лоцирования и рассчитываются по известным выражениям [1-7].In the
В приемном тракте 7 сигналы обрабатываются по заданным алгоритмам - это, как правило, усиление и частотная фильтрация, а затем поступают на блок обработки и индикации, где выполняются детектирование, обработка в блоках «Отсечка» и «ВАРУ»-«ВРЧ», преобразование в цифровую форму и другие [1-7]. После этого выполняется определение параметров обнаруженных объектов (расстояния до них, размеров и других) с последующей индикацией результатов лоцирования.In the
Для получения максимальной величины отношения сигнал/шум в блоке 6 выполняется линейная частотная фильтрация аддитивной суммы сигнала и помехи. Управляющие сигналы поступающие с блока расчета коэффициентов 3 на дополнительный вход блока частотной фильтрации 6 изменяют во времени его комплексную частотную характеристику K(jω) в соответствии с условиемTo obtain the maximum value of the signal-to-noise ratio in
где B - постоянный множитель, Sp(jω) - спектральная плотность помехи, S*(jω) - функция комплексно сопряженная спектральной плотности S(jω) сигнала, которая равнаwhere B is a constant factor, S p (jω) is the interference spectral density, S * (jω) is the complex conjugate function of the spectral density S (jω) of the signal, which is
где S1(jω) - спектральная плотность зондирующего сигнала, излучаемого в среду лоцирования, A(jω) комплексный коэффициент отражения зондирующего сигнала от объекта лоцирования, множитель exp(-2βct) - характеризует ослабление зондирующего сигнала в результате поглощения при его распространении в среде лоцирования, t - время отсчета от начала цикла лоцирования, β - коэффициент поглощения, c - скорость распространения акустического сигнала в среде лоцирования.where S 1 (jω) is the spectral density of the probe signal radiated into the location medium, A (jω) is the complex reflection coefficient of the probe signal from the location object, the factor exp (-2βct) characterizes the attenuation of the probe signal as a result of absorption during its propagation in the location environment , t is the reference time from the beginning of the location cycle, β is the absorption coefficient, and c is the propagation velocity of the acoustic signal in the location environment.
Параметры коэффициента A(jω) для различных видов объектов, от которых может происходить отражение зондирующего сигнала для рассматриваемого локатора, а также значения остальных параметров S1(jω), β, c, f хранятся в блоке 3 и используются для расчета сигналов поступающих на управляющий вход блока 6 и изменяющий его комплексный коэффициент передачи в соответствии с выражениями (4)-(5). Причем, коэффициенты β, с могут быть приведены и использованы последовательно для нескольких различных сред лоцирования, например, для профилографа - это могут быть вода и различные осадочные породы. Выбор тех или иных значений коэффициентов определяется по командам, поступающим на дополнительный управляющий вход блока 3 с блока обработки и индикации 2.The parameters of the coefficient A (jω) for various types of objects from which the probe signal can be reflected for the considered locator, as well as the values of the remaining parameters S 1 (jω), β, c, f are stored in
Возможны различные варианты структурного построения блока 2, где может выполняться как обработка аналоговых сигналов (детектирование, преобразование в блоках «Отсечка», «ВАРУ»-«ВРЧ»), так и их преобразование в цифровую форму с последующей программной обработкой по заданным алгоритмам.There are various options for the structural construction of
Также возможны различные варианты построения блока частотной фильтрации 6. На фиг. 3 приведен один из вариантов построения блока 6. Он содержит n параллельно включенных цепочек, каждая из которых содержит последовательно соединенные узкополосный фильтр 10, усилитель с регулируемым коэффициентом усиления 11 и фазовращатель 12. Входы всех n фильтров соединены с выходом блока усиления 5, выходы n фазовращателей соединены с n входами сумматора 13, выход которого соединен с входом блока обработки и индикации 2. Управляющие входа n усилителей и n фазовращателей соединены с выходами блока расчета коэффициентов 3.Various construction options for the
Сигналы с выхода блока усиления 5 поступают на входы n узкополосных фильтров 10, которые пропускают отдельные частотные компоненты сигналов. Количество фильтров 10 и их полосы пропускания определяются шириной спектра обрабатываемых эхосигналов. С выходов фильтров эти частотные компоненты усиливаются усилителями 11 и поступают на входы фазовращателей 12. Коэффициенты передачи усилителей 11 и значения изменений фазы частотных компонент сигналов в фазовращателях 12 устанавливают путем подачи управляющих сигналов с блока 3 на их управляющие входы так, чтобы выполнялись условия выражений (4) и (5) для отдельных частотных компонент обрабатываемых сигналов. Частотные компоненты сигналов затем поступают на входы сумматора 13, на выходе которого формируется сигнал с максимальным отношением сигнал/шум, поступающий затем на вход блока 2.The signals from the output of the
Моделирование локатора с предложенным блоком частотной фильтрации, выполненное для различных условий лоцирования, подтвердило работоспособность его блока частотной фильтрации при обработке реальных широкополосных эхосигналов получаемых при использовании локационных систем различного назначения. Все блоки предлагаемого эхо-импульсного локатора реализуются путем использования распространенных аналоговых и цифровых элементов различной степени интеграции.Simulation of the locator with the proposed frequency filtering unit, performed for various location conditions, confirmed the operability of its frequency filtering unit when processing real wideband echo signals obtained when using location systems for various purposes. All blocks of the proposed echo-pulse locator are implemented using common analog and digital elements of varying degrees of integration.
Источники информацииInformation sources
1. Кобяков Ю.С., Кудрявцев Н.Н., Тимошенко В.И. Конструирование гидроакустической рыбопоисковой аппаратуры. - Л.: Судостроение, 1986. - 272 с.1. Kobyakov Yu.S., Kudryavtsev NN, Timoshenko V.I. Design of sonar fishing equipment. - L .: Shipbuilding, 1986 .-- 272 p.
2. Хребтов А.А. «Судовые эхолоты», Л.: Судостроение, 1982. - 232 с.2. Khrebtov A.A. “Ship echo sounders”, L .: Shipbuilding, 1982. - 232 p.
3. Яковлев А.Н., Каблов Г.П. «Гидролокаторы ближнего действия», - Л.: Судостроение, 1983. - 172 с.3. Yakovlev A.N., Kablov G.P. "Short-range sonar", - L .: Shipbuilding, 1983. - 172 p.
4. Колчеданцев А.С. Гидроакустические станции. - Л.: Судостроение, 1982. - 240 с.4. Kolchedantsev A.S. Hydroacoustic stations. - L .: Shipbuilding, 1982. - 240 p.
5. Богородский А.В., Яковлев Г.В., Корепин Е.А., Должиков А.К. Гидроакустическая техника исследования и освоения океана. - Л.: Гидрометеоиздат, 1984. - 264 с.5. Bogorodsky A.V., Yakovlev G.V., Korepin E.A., Dolzhikov A.K. Hydroacoustic technology for research and development of the ocean. - L .: Gidrometeoizdat, 1984. - 264 p.
6. Карлик Я.С., Марапулец Ю.В. Рыбопромысловая гидроакустика. - Петропавловск-Камчатский.: Камчат ГТУ, 2004. - 260 с.6. Karlik Y.S., Marapulets Yu.V. Hydroacoustic fishing. - Petropavlovsk-Kamchatsky .: Kamchatka State Technical University, 2004 .-- 260 p.
7. Горбатов А.А., Рудашевский Г.Е. «Акустические методы и средства измерения расстояний в воздушной среде», М.: Энергия, 1973. - 126 с.7. Gorbatov A.A., Rudashevsky G.E. “Acoustic methods and means of measuring distances in the air”, Moscow: Energia, 1973. - 126 p.
8. Патент RU 2123191 «Эхолот», МПК G01S 15/00, опубликован 10.12.1998 г.8. Patent RU 2123191 “Echo sounder”,
9. Патент RU 2241242 «Эхолот», МПК G01S 15/08, G01S 7/52, опубликован 27.11.2004 г.9. Patent RU 2241242 "Echo sounder",
10. Патент RU 2390796 «Эхолот», МПК G01S 15/00, опубликован 27.05.2010 г.10. Patent RU 2390796 "Echo sounder",
11. Патент RU 20389 «Гидролокатор обнаружения и классификации надводных и подводных целей для надводных кораблей», МПК G01S 15/02, опубликован 27.10.2001 г.11. Patent RU 20389 “Sonar detection and classification of surface and underwater targets for surface ships”,
12. Патент RU 108642 «Система многочастотного акустического зондирования», МПК G01S 15/00, опубликован 07.06.2011 г.12. Patent RU 108642 “Multi-frequency acoustic sounding system”,
13. Патент RU 1840759 «Устройство обработки и обнаружения гидроакустических сигналов», МПК G01S 7/52, опубликован 27.04.2009 г.13. Patent RU 1840759 “Device for processing and detection of hydroacoustic signals”,
14. Патент RU 1840779 «Приемно-усилительный тракт гидролокатора», МПК G01S 7/52, опубликован 27.07.2009 г.14. Patent RU 1840779 “Receiving and amplifying path of a sonar”,
15. Патент RU 83344 «Устройство обнаружения подводных объектов по оценке меры случайности эхосигнала гидролокатора», МПК G01S 15/04, опубликован 27.05.2009 г.15. Patent RU 83344 “A device for detecting underwater objects for evaluating the measure of randomness of sonar echo,”
16. Патент RU 105470 «Акустический тракт гидролокатора бокового обзора», МПК G01S 15/02, опубликован 10.06.2011 г.16. Patent RU 105470 “Acoustic path of a side-scan sonar”,
17. Патент RU 125726 «Гидролокатор бокового обзора со сверхширокополосным зондирующим сигналом», МПК G01S 15/00, опубликован 10.03.2013 г.17. Patent RU 125726 "Side-scan sonar with ultra-wideband sounding signal",
18. Патент RU 126848 «Излучающий тракт гидролокатора с сверхширокополосным зондирующим сигналом», МПК G01S 15/02, опубликован 10.04.2013 г.18. Patent RU 126848 “Radiating path of a sonar with an ultra-wideband probing signal”,
19. Тихонов В.И. Оптимальный прием сигналов. - М.: Радио и связь, 1983. - 320 с.19. Tikhonov V.I. Optimum signal reception. - M .: Radio and communications, 1983. - 320 p.
20. Гоноровский И.С. Радиотехнические цепи и сигналы. Учебник для ВУЗов. - М.: Радио и связь, 1986. - 512 с.20. Gonorovsky I.S. Radio circuits and signals. Textbook for high schools. - M .: Radio and communications, 1986. - 512 p.
21. Черниховская Г.Л. Особенности применения сложных сверхширокополосных сигналов в гидроакустике. Радиофизические методы в дистанционном зондировании сред. Материалы V Всероссийской научной конференции (Муром, 26-28 июня. 2012 г.) - Муром: Изд. - полиграфический центр МИ ВлГУ, 2012. с. 371-376.21. Chernikhovskaya G.L. Features of the use of complex ultra-wideband signals in sonar. Radiophysical methods in remote sensing of media. Materials of the V All-Russian Scientific Conference (Murom, June 26-28, 2012) - Murom: Ed. - printing center MI VlSU, 2012. p. 371-376.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2014136611/07U RU151224U1 (en) | 2014-09-09 | 2014-09-09 | ACTIVE ECHO-PULSE LOCATOR |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2014136611/07U RU151224U1 (en) | 2014-09-09 | 2014-09-09 | ACTIVE ECHO-PULSE LOCATOR |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU151224U1 true RU151224U1 (en) | 2015-03-27 |
Family
ID=53293636
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2014136611/07U RU151224U1 (en) | 2014-09-09 | 2014-09-09 | ACTIVE ECHO-PULSE LOCATOR |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU151224U1 (en) |
-
2014
- 2014-09-09 RU RU2014136611/07U patent/RU151224U1/en active IP Right Revival
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP2007507691A (en) | Sonar systems and processes | |
RU2634787C1 (en) | Method of detecting local object against background of distributed interference | |
JP2017072590A (en) | Detector, fish detector, and radar | |
RU2650835C1 (en) | Method of the target parameters determining by the sonar | |
JP6403669B2 (en) | Tidal meter | |
RU2541699C1 (en) | Hydroacoustic method of distance measurement with help of explosive source | |
US8437222B2 (en) | System and method of range estimation | |
RU2451300C1 (en) | Hydroacoustic navigation system | |
RU75062U1 (en) | DOPPLER LOCATION SYSTEM | |
RU2535238C1 (en) | Method of synchronising emission and reception functions in bistatic sonar | |
RU2692841C1 (en) | Hydro acoustic method for determining purpose parameters when using an explosive signal with a wireless communication system | |
RU2559159C1 (en) | Ice thickness measuring method | |
RU2624826C1 (en) | Method of classification of objects adapted to hydroacoustic conditions | |
RU178905U1 (en) | MULTI-BEAM SCIENTIFIC ECHO SOUNDER FOR ACCOUNTING WATER BIORESOURCES | |
RU2581416C1 (en) | Method of measuring sound speed | |
RU151224U1 (en) | ACTIVE ECHO-PULSE LOCATOR | |
RU2585401C1 (en) | Device for detecting objects in aqueous medium | |
RU2390796C1 (en) | Echo sounder | |
RU2421755C1 (en) | Method and device for searching for and counting fish | |
RU75060U1 (en) | ACOUSTIC LOCATION SYSTEM OF NEAR ACTION | |
RU2510608C1 (en) | Method of measuring thickness of ice from underwater vehicle | |
RU2568070C1 (en) | Method of measuring complex frequency dependence of transfer impedance of radiator-receiver pair in free field | |
RU2658528C1 (en) | Method of measuring target speed with echo-ranging sonar | |
RU2650419C1 (en) | Sonar method of classification of underwater objects in a controlled area | |
RU2593622C1 (en) | Method of measuring radial velocity of object at its noise emission |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM1K | Utility model has become invalid (non-payment of fees) |
Effective date: 20150413 |
|
NF9K | Utility model reinstated |
Effective date: 20180619 |