RU2036429C1

RU2036429C1 - Device to measure parameters of sea waves

Info

Publication number: RU2036429C1
Authority: RU
Inventors: Б.М. Климашов
Original assignee: Климашов Борис Михайлович
Priority date: 1990-06-13
Filing date: 1990-06-13
Publication date: 1995-05-27

Abstract

FIELD: measurement technology. SUBSTANCE: device to measure parameters of sea waves has transceiver 1, antenna 2, amplifier 3 of Doppler frequencies, mixer 4, delay line 5, commutator 6, integrating circuit 7, comparator 8, pulse generator 9, counter 10, decoder 11, indicator 12 and key 13. EFFECT: enhanced operational stability and reliability. 1 dwg

Description

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в гидрометеорологии при оценке силы волнения морских волн, например, по шкале Бофорта как в стационарных условиях, так и в условиях подвижных (морских, воздушных) объектов. The invention relates to measuring technique and can be used in hydrometeorology in assessing the strength of sea waves, for example, on the Beaufort scale both in stationary conditions and in conditions of moving (sea, air) objects.

Известен волнограф, используемый на береговых станциях и в обсерваториях, реагирующий на изменения давления столба воды над приемной частью волнографа, находящегося в глубине моря [1] Записанные по бумажной ленте изменения давления позволяют оценить максимальное значение амплитуды и условно оценить величину волны. Known waveograph used at coastal stations and in observatories, responding to changes in pressure of a column of water above the receiving part of a waveograph located in the depths of the sea [1] Pressure changes recorded on a paper tape allow us to estimate the maximum value of the amplitude and conditionally estimate the magnitude of the wave.

Недостатками данного устройства являются его громоздкость, сложность обслуживания, низкая точность и ограниченность использования (только в стационарном режиме). The disadvantages of this device are its bulkiness, the complexity of the service, low accuracy and limited use (only in stationary mode).

Известно также выбранное в качестве прототипа устройство для измерения параметров морских волн, содержащее приемопередатчик с антенной, импульсный генератор, интегрирующую цепь и индикатор [2]
К недостаткам прототипа следует отнести невысокую точность, а также ограниченность измеряемых параметров.Also known is selected as a prototype device for measuring the parameters of sea waves, containing a transceiver with an antenna, a pulse generator, an integrating circuit and an indicator [2]
The disadvantages of the prototype include low accuracy, as well as the limited nature of the measured parameters.

Целью изобретения является повышение точности и расширение функциональных возможностей. The aim of the invention is to improve the accuracy and expansion of functionality.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство для измерения параметров морских волн, содержащем последовательно соединенные передатчик и антенну, а также импульсный генератор, интегрирующую цепь и индикатор, дополнительно введены усилитель допплеровских частот, вход которого соединен с выходом приемника; смеситель, сигнальный вход которого соединен с выходом усилителя допплеровских частот; линия задержки, вход которой соединен выходом усилителя допплеровских частот; коммутатор, сигнальные входы которого соединены с соответствующими выходами линии задержки, а выход соединен с гетеродинным входом смесителя; компаратор, вход которого соединен с выходом интегрирующей цепи, вход которой соединен с выходом смесителя, а выход компаратора соединен с первым входом импульсного генератора; счетчик, первый вход которого соединен с выходом импульсного генератора; дешифратор, входы которого соединены с соответствующими выходами счетчика, а выходы соединены с управляющими входами коммутатора и первым входом индикатора, ключ, вход которого соединен с выходом усилителя допплеровских частот, а выход соединен с вторым входом импульсного генератора, счетчика и индикатора. This goal is achieved by the fact that in the device for measuring the parameters of sea waves, containing a series-connected transmitter and antenna, as well as a pulse generator, integrating a circuit and an indicator, an additional Doppler frequency amplifier is introduced, the input of which is connected to the output of the receiver; a mixer, the signal input of which is connected to the output of the Doppler frequency amplifier; a delay line, the input of which is connected by the output of the Doppler frequency amplifier; a switch whose signal inputs are connected to the corresponding outputs of the delay line, and the output is connected to the heterodyne input of the mixer; a comparator, the input of which is connected to the output of the integrating circuit, the input of which is connected to the output of the mixer, and the output of the comparator is connected to the first input of the pulse generator; a counter, the first input of which is connected to the output of the pulse generator; a decoder whose inputs are connected to the corresponding outputs of the counter, and the outputs are connected to the control inputs of the switch and the first input of the indicator, the key, the input of which is connected to the output of the Doppler frequency amplifier, and the output is connected to the second input of the pulse generator, counter and indicator.

Устройство поясняется чертежом, на котором приведена его блок-схема. The device is illustrated in the drawing, which shows its block diagram.

Устройство для измерения параметров морских волн содержит приемопередатчик 1, антенну 2, усилитель 3 допплеровских частот, смеситель 4, линию задержки 5, коммутатор 6, интегрирующую цепь 7, компаратор 8, импульсный генератор 9, счетчик 10, дешифратор 11, индикатор 12 и ключ 13. A device for measuring the parameters of sea waves contains a transceiver 1, antenna 2, amplifier 3 Doppler frequencies, mixer 4, delay line 5, switch 6, integrating circuit 7, comparator 8, pulse generator 9, counter 10, decoder 11, indicator 12 and key 13 .

Устройство работает следующим образом. The device operates as follows.

Приемопередатчик 1 непрерывно излучает через антенну 2 периодический радиосигнал, который облучает морскую поверхность. Форма поверхности имеет случайный во времени и пространстве характер. В результате отраженный от такой поверхности радиосигнал станет также случайным (амплитуда сигнала зависит как от формы облучаемой антенной части волны, так и от размеров этих волн, а фаза от каждой точки отражающей морской поверхности будет случайной, так как расстояние от антенны до этой точки во времени и пространстве случайно). The transceiver 1 continuously emits through the antenna 2 a periodic radio signal that irradiates the sea surface. The shape of the surface is random in time and space. As a result, the radio signal reflected from such a surface will also become random (the amplitude of the signal depends both on the shape of the irradiated antenna part of the wave and on the size of these waves, and the phase from each point of the reflecting sea surface will be random, since the distance from the antenna to this point in time and space randomly).

При облучении такой поверхности периодическим радиолокационным сигналом с постоянными непрерывными параметрами отраженный сигнал будет иметь шумовой характер. По такому сигналу, анализируя его автокорреляционную характеристику, можно определить косвенным путем степень хаотичности этого сигнала, которая, в свою очередь, тесно связана со степенью хаотичности отражающей морской поверхности. When such a surface is irradiated with a periodic radar signal with constant continuous parameters, the reflected signal will have a noise character. Using this signal, analyzing its autocorrelation characteristic, we can indirectly determine the degree of randomness of this signal, which, in turn, is closely related to the degree of randomness of the reflecting sea surface.

Косвенность оценки может быть осуществлена через величину задержки сигнала в гетеродинном тракте смесителя автокоррелятора, при которой на выходе автокоррелятора сигнал исчезает. Indirectness of the estimation can be realized through the signal delay in the heterodyne path of the autocorrelator mixer, at which the signal disappears at the output of the autocorrelator.

В устройстве автокоррелятор состоит из смесителя 4, линии задержки 5 с отводами и интегрирующей цепи 7. In the device, the autocorrelator consists of a mixer 4, a delay line 5 with taps and an integrating circuit 7.

Принятый антеной 2 эхо-сигнал через приемник приемопередатчика 1 поступает на усилитель 3 допплеровских частот, в котором сигнал фильтруется (выделяются только допплеровские частоты, обусловленные скоростью перемещения морских волн), усиливается, ограничивается по амплитуде и поступает на сигнальный вход смесителя 4, на вход линии задержки 5, которая имеет отводы и, на вход ключа 13. The echo signal received by the antenna 2 through the receiver of the transceiver 1 is fed to the Doppler frequency amplifier 3, in which the signal is filtered (only Doppler frequencies are determined due to the speed of movement of the sea waves), amplified, limited in amplitude and fed to the signal input of the mixer 4, to the line input delay 5, which has taps and, at the input of the key 13.

Как только на выходе усилителя 3 допплеровских частот 3 появится сигнал допплеровской частоты, он поступает на вход ключа 13, который запускает импульсный генератор 9, последний, в свою очередь, своими импульсами обеспечивает работу счетчика 10 и индикатора 12. As soon as the Doppler frequency signal appears at the output of the amplifier 3 Doppler frequencies 3, it is fed to the input of the key 13, which starts the pulse generator 9, the latter, in turn, ensures the operation of the counter 10 and indicator 12 with its pulses.

В исходном состоянии, при автокорреляторах, при появлении сигнала на выходе усилителя 3 допплеровских частот на гетеродинный вход смесителя 4 сигнал поступает через коммутатор 6 без задержки. На выходе смесителя 4 появится сигнал большого уровня, который поступает на вход интегратора 7, а с его выхода на вход компаратора 8. При этом на выходе компаратора 8 сигнала не будет, так как он работает таким образом, что на его выходе сигнал появится лишь тогда, когда отсутствует сигнал на его входе. Отсутствие сигнала на выходе компаратора 8 разрешает запуск импульсного генератора 9. Импульсы поступают на первый сигнальный вход счетчика 10, в котором они преобразуются в параллельный код. In the initial state, with autocorrelators, when the signal appears at the output of the amplifier 3 Doppler frequencies to the heterodyne input of the mixer 4, the signal enters through the switch 6 without delay. At the output of mixer 4, a large level signal will appear, which is fed to the input of the integrator 7, and from its output to the input of the comparator 8. At the same time, there will be no signal at the output of the comparator 8, since it works in such a way that a signal appears at its output only then when there is no signal at its input. The absence of a signal at the output of the comparator 8 allows the start of the pulse generator 9. The pulses are fed to the first signal input of the counter 10, in which they are converted into a parallel code.

С выхода счетчика 10 параллельный код поступает на входы дешифратора 11, в котором происходит преобразование параллельного кода в позиционный код, управляющий коммутатором 6. Коммутатор 6, по мере роста числа импульсов со счетчика 10, коммутирует очередную линию задержки 5 и, тем самым на гетеродинный вход смесителя 4 сигнал будет поступать с задержкой. From the output of the counter 10, the parallel code is fed to the inputs of the decoder 11, in which the parallel code is converted into a positional code that controls the switch 6. Switch 6, as the number of pulses from the counter 10 grows, switches the next delay line 5 and, thus, to the heterodyne input mixer 4, the signal will be delayed.

Процесс сдвига задержки сигнала коммутаторов 6 будет продолжаться до тех пор, пока на выходе интегрирующей цепи 7 сигнал не снизится до нулевого уровня. The process of shifting the delay signal of the switches 6 will continue until the output of the integrating circuit 7, the signal is not reduced to zero.

Зафиксированное при этом положение линии задержки 5 будет соответствовать определенному состоянию морской поверхности. Так, например, при полном штиле величина задержки сигнала будет максимально возможной, а при шторме в двенадцать баллов величина задержки будет максимальной. The position of the delay line 5 fixed in this case will correspond to a certain state of the sea surface. So, for example, with a full calm, the delay value of the signal will be the maximum possible, and with a storm of twelve points, the delay value will be maximum.

При фиксации линии задержки 5 на входе компаратора сигнала не будет, а появится сигнал на его выходе, чем будет вызван запрет на работу импульсного генератора 9, в результате чего на счетчик 10 прекратится поступление импульсов. Счетчик 10 окажется в фиксированном состоянии. В том же состоянии окажутся дешифратор 11 и коммутатор 6. When the delay line 5 is fixed, there will be no signal at the input of the comparator, but a signal will appear at its output, which will cause a ban on the operation of the pulse generator 9, as a result of which pulses will stop flowing to the counter 10. Counter 10 will be in a fixed state. In the same state will be the decoder 11 and the switch 6.

С дешифратора 11 позиционный код поступает на первый вход индикатора, индицируя на нем определенные показания, например число, если индикация цифровая. Если требуется индикацию производить в баллах, то это число в индикаторе может быть оттарировано по шкале Бофорта. From the decoder 11, the position code is supplied to the first input of the indicator, indicating certain indications on it, for example, a number, if the indication is digital. If the indication is required to be made in points, then this number in the indicator can be tared on the Beaufort scale.

Claims

DEVICE FOR MEASURING SEA WAVES PARAMETERS, comprising a transceiver with an antenna, a pulse generator, an integrating circuit and an indicator, characterized in that, in order to improve accuracy and expand the functionality, it is equipped with a Doppler frequency amplifier, the input of which is connected to the output of the transceiver, a mixer, a signal the input of which is connected to the output of the Doppler frequency amplifier, a delay line, the input of which is connected to the output of the Doppler frequency amplifier, a switch, the signal inputs of which o connected to the corresponding outputs of the delay line, and the output with the heterodyne input of the mixer, a comparator, the input of which is connected to the output of the integrating circuit, the input of which is connected to the output of the mixer, and the output of the comparator is connected to the first input of the pulse generator, a counter, the first input of which is connected to the output pulse generator, a decoder, the inputs of which are connected to the corresponding outputs of the counter, and the outputs with the control inputs of the switch and the first input of the indicator, a key, the input of which is connected to the output Doppler frequency amplifier, and the output from the second pulse generator inputs, counter and indicator.