RU1795395C - Способ измерени глубин в полосе бокового обзора фазового гидролокатора - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к технике гидроакустических измерений, в частности к способам определени  глубин и их относительных координат на основе фазовых измерений направлений на точку отражени  синфазных эхосигналов и соответствующих рассто ний с помощью фазового гидролокатора бокового обзора. Цель изобретени  - повышение достоверности определени  глубин -достигаетс  путем исключени  промахов в определении номеров моментов излучени  и фиксированными моментами кратности измерений разности фаз колебаний целому числу 2л. Дл  этого дополнительно измер ют периоды сравниваемых колебаний на заданном временном интервале от момента начала фиксации кратности разности фаз колебаний целому числу 2лп, определ ют и запоминают характер изменени  периодов на этом интерзале в виде кода, относ щегос  к нижней антенне, определ ют текущую кодовую последовательность периодов, относ щуюс  к верхней антенне, и сравнивают ее с запомненной. При совпадении кодов измер ют врем  относительного запаздывани  колебаний Atn в верхней антенне, на основе чего определ ют пор дковые номера совпадений п по формуле п fn At, округл   полученные значени  п до ближайшего целого числа, Полученные значени  п используют дл  определени  координат точек морской поверхности в полосе обзора фазовой гидролокации бокового обзора. 2 ил, (Л С v| О ел э ю ел

Description

Изобретение относитс  к технике гидроакустических измерений и может быть использовано в фазовых гидролокаторах бокового обзора, предназначенных дл  съемки рельефа дна.

Известен способ определени  глубин в стороне от судна путем измерени  дальностей и определени  направлений на элементы отражени  донного рельефа на основе использовани   влени  интерференции сигналов донной реверберации, принимаемых а двух точках, разнесенных в вертикальной плоскости на известную величину Ь, равную нескольким длинам волн несущей частоты in, возбуждаемых в виде тоннальных импульсов в одной из точек,

Измерение разности фаз колебаний в точках приема, измерение временных интервалов Тп между моментом излучени  и фиксированными моментами кратности измеренной разности фаз колебаний целому числу 2л:, визуальное определение пор дковых номеров этих моментов, дают возможность вычислить искомые глубины Ln и соответствующие им горизонтальные отсто-  ни  In по следующим формулам

Zn DnStn в 2jj- Dn -jg (1)

In On cos 6. Dn V1-(|J)2 (2)

где с - скорость распространени  звука в воде;

Dn

ctn

- наклонные рассто ни  до

n-й точки отражени ;

п - пор дковый номер момента кратности измеренной разности фаз целому числу 2л:;

А - длина волны акустических колебаний;

I - величина базового разноса точек приема по вертикали;

N максимальное число регистрируемых моментов кратности;

sln0n,M-()2 созвп (3)

Посто нными и известными членами формул (1), (2)  вл ютс  значени  с и N, а значени  tn измер ютс  в каждом цикле зондировани , таким образом основной задачей  вл етс  прив зка измерений tn к реальным значени м вп, то есть определение пор дковой нумерации моментов кратности п. Дл  этого, в насто щее врем  используетс , так называемый нониусный способ. При этом способе в моменты времени, при которых разность фаз принимаемых эхо- сигналов кратно целому числу 2 , например, на самописце, производитс   ркостна  отметка , в результате чего, в ходе съемки формируетс  семейство интерференционных полос. Пр ма  оцифровка этих полос, как правило, невозможна из-за отсутстви  информации , поскольку, неопределенное число полос с малыми номерами остаютс  за пределами зоны обзора фазового гидролокатора бокового обзора. Поэтому, дл  определени  пор дкового номера этих полос в систему включены еще два вспомогательные точки приема, которые также как основные разнесены по вертикали, но на несколько меньшую длину bi. Использу  основные и вспомогательные точки приема можно формировать по очереди два семейства интерференционных полос, которые должны иметь совпадающие пары полос с заранее предвычисленными номерами,

Например, при N -7 21 NI Д 14 должны совпадать пары полос с номерами;

21 18-±5 - -3 14 12 10 2

Основным недостатком описанного

способа  вл етс  высока  веро тность ошибки на единицу в определении пор дкового номера п, в услови х качки из-за смещени  полос, при котором совпадающими оказываютс  полосы соседние с предвычисленными . Вы вление ошибки путем частого повторени  данной операции, ведет к значительным потер м информации о глубинах из-за низкой производительности способа. Целью изобретени   вл етс  упрощение процесса определени  глубин и повышени  их достоверности путем исключени  пропусков в определении пор дковых номеров п без использовани  вспомогательных точек приема.

Указанна  цель достигаетс  путем дополнительных измерений времени запаздывани  Atn прихода синфазных сигналов в верхнюю точку приема относительно нижней на заданном временном интервале т.

Измерение величин Atn обеспечиваетс  тем, что в момент выделени  синфазных сигналов за врем  г b/с определ ют характер изменени  периодов на этом интервале. Дл  этого, периоды колебаний принимаемых нижней и верхней точками заполн ют определенной кодовой последовательностью и сравнивают их, при совпадении кодов измер ют врем  Atn относительного запаздывани  колебаний в верхней точке

приема.

Дл  повышени  точности измерений величин Atn в услови х помех они производ тс  в пределах ширины полосы пропускани  фазового дискриминатора, а результаты на

капливаютс  и осредн ютс .

Известно, что сигнал рассе нный дном в точках приема представл ет собой узкополосный гауссовский шум с нормальным законом распределени , ширина спектра которого в основном определ етс  спектром зондирующего сигнала и полосой пропускани  приемного тракта. Плотность веро тности флуктуации периодов частоты

такого сигнала на входе полосового фильтра приемника с высокой степенью точности соответствует также нормальному закону распределени , а сами периоды  вл ютс  случайными величинами с математическим

ожиданием равным величине периода несущей частоты зондирующего сигнала.

При условии, что рассто ние между верхней и нижней точками приема меньше интервала пространственной коррел ции сигнала (обычно b с гп. где гп- длительность зондирующего сигнала), можно утверждать , что разность хода синфазных сигналов пропорциональна времени коррел ции процессов в обеих канала.

Тогда:

Atn Јsinu |.(4)

Отсюда:

п тн Atn(5)

На фиг.1 изображены временные диаг- раммы по сн ющие сущность изобретени  (режим приема эхо-сигналов).

В случае получени  дробных значений из-за погрешности измерений Atn, полученные числа округл ютс  до ближайшего це- лого.

Критерием достоверности правильного определени  п  вл етс  регул рность полученных пор дковых номеров. Отдельные выбросы могут быть сразу исправлены без повторных изменений.

Пример устройства, реализующего способ , приведен на фиг.2, где 1 - генератор колебаний несущей частоты; 2 -формирователь зондирующих импульсов; 3 - антенный переключатель; А - приемо-передающа  антенна; 5 - схема измерени  -времени; 6 - приемна  антенна; 7 - интерферометр; 8 - ключ; 9 - схема измерени  времени; 10 - схема формировани  кода; 11 - схема изме- рени  периодов; колебаний эхо-сигналов;

0

5

0

5

0

5 0

12 - запоминающее устройство; 13 - схема сравнени  кодов; 14 - схема формировани  кодов; 15 -- вычислительное устройство.

Генератор 1 колебаний несущей частоты fn через формирователь 2 зондирующих импульсов длительности и антенный переключатель 2 зондирующих импульсов длительностью и антенный переключатель 3 в моменты времени to возбуждают приемопередающую антенну 4, размещенную в верхней точке приема, этим же сигналом запускаетс  схема 5 измерени  времени tn. За период Т приема сигналов донной реверберации антеннами 4 и 6 в моменты tn совпадени  фаз сигналов на этих антеннах с выхода интерферометра 7 через ключ 8 поступает импульс дл  запуска схемы 9 измерени  времени Atn. на схему 5 дл  сн ти  очередного отсчета времени tn и на схему 10 формировател  кода выборки К периодов на интервале времени совпадени  фаз эхо-сигналов , куда поступает информаци  со схемы 11 измерени  периодов колебаний эхо-сигналов в течение всего периода Т приема эхо-сигналов. С выхода схемы 10 выборка из К измеренных и кодированных периодов эхо-сигнала поступает в запоминающее устройства 12 и далее, на схему 13 сравнени  кодов, на второй вход которой непрерывно поступает информаци  со схемы 14 формировани  кодов измеренных периодов колебаний , прин тых верхней .антенной. В моменты совпадени  кодов на этих входах схемы 13 с ее выхода поступает импульс на схему 9 дл  сн ти  отсчета Atn, Измеренные значени  tn и соответствующие им значени  Atn подаютс  на вычислительное устройство 15, где последовательно вычисл етс  заданный р д величин Dn, n и соответствующие им значени  Ln и п.

Claims (1)

1. Формула изобретени 

   Способ измерени  глубин в полосе бокового обзора фазового гидролокатора, включающий излучение гидроакустических колебаний и прием рассе нных дном колебаний в двух точках, разнесенных в вертикальной плоскости на рассто ние в несколько длин волн несущей частоты fH, измерение разности фаз колебаний в этих точках, измерение временных интервалов tn между моментом излучени  и фиксированными моментами кратности измеренной разности фаз колебаний целому числу 2л,

   определение пор дковых номеров п этих моментов и по полученным данным вычисление искомых глубин, отличающийс  тем, что, с целью повышени  достоверности определени  глубин путем исключени  пропусков в определении пор дковых номеров п, дополнительно измер ют периоды сравниваемых колебаний на заданном временном интервале от момента начала фиксации кратности разности фаз колебаний целому числу In, определ ют и запоминают характер изменени  периодов на этом интервале в виде кода, относ щегос  к нижней точке приема, определ ют текущую кодовую по

   tn

   Формирователь Kofa Ю

   ПьпепПсПаПьП iiiiiiiil....... рдШрцД).

   ФормироВатем

   коёа 14 Пс ПьПаП ПсП П ПСПОГП П

   I liiiiial llliliil liiiuiii lllUliiiiii lilij limiii Ilinul llliiMJ.