RU2042152C1 - Способ определения скорости движения судна относительно дна - Google Patents

Способ определения скорости движения судна относительно дна Download PDF

Info

Publication number
RU2042152C1
RU2042152C1 RU92012391A RU92012391A RU2042152C1 RU 2042152 C1 RU2042152 C1 RU 2042152C1 RU 92012391 A RU92012391 A RU 92012391A RU 92012391 A RU92012391 A RU 92012391A RU 2042152 C1 RU2042152 C1 RU 2042152C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
signal
input
sin
output
speed
Prior art date
Application number
RU92012391A
Other languages
English (en)
Other versions
RU92012391A (ru
Inventor
В.А. Сапрыкин
С.Н. Павликов
Е.И. Убанкин
О.А. Артамонов
Original Assignee
Павликов Сергей Николаевич
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Павликов Сергей Николаевич filed Critical Павликов Сергей Николаевич
Priority to RU92012391A priority Critical patent/RU2042152C1/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2042152C1 publication Critical patent/RU2042152C1/ru
Publication of RU92012391A publication Critical patent/RU92012391A/ru

Links

Images

Landscapes

  • Radar Systems Or Details Thereof (AREA)

Abstract

Использование: в гидроакустике. Сущность изобретения: излучается сложный сигнал, состоящий из инверсной пары сдвинутых сигналов с гиперболической частотной модуляцией, что позволяет более точно определить неизмеряемую временную задержку, соответствующую максимуму взаимнокорреляционной функции между отраженным и излученным сигналами. 1 з.п. ф-лы, 5 ил.

Description

Изобретение относится к гидроакустике и может быть использовано в навигации.
Известен способ определения скорости движения судна относительно дна, заключающийся в наклонном излучении тональных звуковых сигналов в носовом и кормовом направлениях, приеме отраженных от дна сигналов с двух направлений, вычислении разности частот принятых сигналов и определении скорости по формуле
v
Figure 00000001
f
Figure 00000002
-F
Figure 00000003
(1)
Способ характеризуется низкой точностью и помехоустойчивостью за счет операции измерения частоты принятых сигналов, оптимизированной для тонального звукового сигнала.
Известен способ определения скорости движения судна относительно дна, основанный на наклонном под углом γ в вертикальной плоскости к направлению движения излучении тональных звуковых сигналов частотой fн, приеме отраженных сигналов частотой fпр и определении скорости по формуле
v
Figure 00000004
(fпр-fн) (2)
Способ характеризуется низкими точностью и помехоустойчивостью за счет операции измерения частоты принятого сигнала, оптимизированной для тонального звукового сигнала.
Целью изобретения является повышение точности и помехоустойчивости определения скорости движения судна относительно дна, а также увеличение информативности за счет одновременного определения с высокой повышенной точ- ностью ориентации судна относительно дна.
Это достигается тем, что однолучевой доплеровский способ (прототип) определения скорости судна относительно дна изменен введением следующих операций: вместо излучения тонального звукового сигнала излучается сложный сигнал, состоящий из инверсной пары сдвинутых сигналов с гиперболической частотной модуляцией (ГЧМ) вида
S(t)= rext
Figure 00000005
sin
Figure 00000006
ln(1-kt)
Figure 00000007
+rext
Figure 00000008
sin
Figure 00000009
ln(1+kt)
Figure 00000010
(3) где ω постоянная величина, обозначающая начальную частоту;
К постоянная, характеризующая крутизну модулирующей функции;
rext(t) прямоугольный видеоимпульс единичной высоты и единичной длительности;
Т длительность сигнала.
τo параметр, определяющий положение видеоимпульса на временной оси.
Это изменение обеспечивает достижение технического результата. Во-первых, доплеровский способ оптимизирован к тональному сигналу, для которого доплеровская деформация сводится лишь к сдвигу частоты отраженного сигнала по отношению к излученному, а использование сложных (широкополосных) сигналов при доплеровской деформации приводит к изменению масштаба сигнала в частотно-временной плоскости; во-вторых, доплеровская деформация ограничивает базу (сложность) используемого излученного сигнала за счет разрушения его фазовой структуры. В-третьих, выбор только ГЧМ-сигнала не позволяет измерять скорость, так как он инвариантен относительно доплеровского эффекта. Только сложный сигнал (3) позволяет получить новое свойство, заключающееся в сведении доплеровской деформации к временным сдвигам взаимно-корреляционной функции (ВКФ) по каждой из инверсной пары ГЧМ сигналов на величину
τα ±
Figure 00000011
(4) соответственно влево и вправо от истинного значения временной tо(см.фиг.1) задержки, определяющей наклонную дальность до дна, при этом сдвиг τ2 максимумов ВКФ относительно tо пропорционален искомой скорости (4). Поэтому дополнительно к первому изменению прототипа внесены следующие: вычисление взаимно-корреля- ционных функций (ВКФ) отраженного сигнала и эталонных, которые представляют собой излученный и сдвинутый по фазе на π/2 излученный сигналы; измерение аргументов t1 и t2 обоих ВКФ, определяющих их максимумы; вычисление скорости движения судна относительно дна по формуле
v
Figure 00000012
при K=1 v
Figure 00000013
(5)
вычисление наклонной (Д) дальности до дна, глубины (Н) места от горизонта антенны в упрежденной точке (см.фиг.2) и расстояния r от антенны до нее упрежденной точки по формулам:
D
Figure 00000014
; H D sin γ; r D cosγ (6)
Новая совокупность существенных признаков обеспечивает повышение точности измерения: скорости судна относительно дна, а также наклонной дальности до дна, глубины места от антенны в упрежденной точке и расстояния до нее путем снижения дисперсий ошибки измерения временных задержек ti, i 1,2,
<(
Figure 00000015
-τi)2>
Figure 00000016
Figure 00000017
(7) где
Figure 00000018
, τi оценка и истинное значение временной задержки за счет увеличения эффективной Δω2 полосы Фурье сигнала при равных энергий сигнала Е и шума N.
При этом обеспечивается однозначное вычисление скорости движения судна относительно дна и определение ориентации судна относительно дна за счет измерения t1 и t2.
Известно, что отношение сигнал/помеха на выходе идеального согласованного фильтра прямо пропорционально отношению сигнал/помеха на его входе и корню квадратному из произведения полосы сигнала W на его длительность Т
Figure 00000019
=
Figure 00000020
(8)
Таким образом, помехоустойчивость прямо пропорциональна базе сигнала W T. Однако известно также, что величина максимального значения сигнала Gf на выходе согласованного фильтра и значение дисперсионного произведения W T(1-α), где α доплеровский параметр, связаны отношением
Figure 00000021
Figure 00000022
(9) где Е энергия сигнала;
<.> операция определения математического ожидания;
S i интегральный синус.
Анализ отношения (9) показывает, что если W˙T(1- α) < 1, то ослабление выходного сигнала не превышает 2 дБ, при W˙T(1- -α) > 1 величина <Gf> пропорциональна [W˙T(1- α)]-1, т.е.
Figure 00000023
Figure 00000024
(10)
Например, при W˙T(1- α) 2 ослабление сигнала вследствие доплеровской дисперсии (деформации) составит 6 дБ.
Использован сигнал инвариантный доплеровской деформации, искажение которого сводится к временному сдвигу, т.е. потери в помехоустойчивости за счет доплеровской деформации можно считать равными нулю. Это означает, что выигрыш в помехоустойчивости для данного случая будет не менее 6 дБ. В общем случае выигрыш в помехоустойчивости по сравнению с прототипом достигает в
Figure 00000025
раз, где B W˙T база сложного сигнала. Например, при равных длительностях, а также равных эффективных значениях напряжений сигнала и шума на входе приемника (согласованного фильтра) такое увеличение составит
Figure 00000026
раз, где Δf1 полоса сигнала (тонального) прототипа, Δ f2 полоса сигнала, используемого в техническом решении.
Следует подчеркнуть, что не сложный сигнал, а сложный сигнал (3) дает новое качество (см. анализ (9) и (10) доплеровская деформация не искажает тонкую структуру сигнала, а лишь приводит к его временному сдвигу, при этом обеспечивая возможность измерения скорости, в то время как сигнал инвариантный доплеру, не обладает таким свойством. Кроме того снимаются ограничения определяемые отношением (9).
Кроме того, измеряются два параметра t1 и t2, позволяющие рассчитать все искомые величины D, H, r и v по формулам (5), (6).
Такой результат стал возможным благодаря следующей последовательности операции:
1. Излучается ГЧМ-сигнал вида (3)
S(t)=rext
Figure 00000027
sin
Figure 00000028
ln(1-kt)
Figure 00000029
+rext
Figure 00000030
sin
Figure 00000031
ln(1+kt)
Figure 00000032

2. Мгновенная частота первого слагаемого (3), преобразованного вследствие доплеровского эффекта (деформации), есть (4)
f1' α˙ω /(1- α˙ K˙ t) (11) а при отсутствии эффекта Доплера (судно не движется)
f1' ω/(1-k˙ t) (12) Кривые (11) и (12) конгруэнтны и могут быть совмещены простым сдвигом во времени на величину (4)
Figure 00000033
=
Figure 00000034
(13) Аналогично для второго слагаемого (3) сдвиг во времени соответствует величине:
Figure 00000035
=
Figure 00000036
(14) Сравнивая (13) и (14), обозначим:
Figure 00000037
=
Figure 00000038
=
Figure 00000039
. После отражения от дна принимаемый сигнал вследствие доплеровской деформации и конечной скорости С распространения акустических колебаний сигнала в среде имеет вид:
S*(t)=sin
Figure 00000040
ln
Figure 00000041
cos
Figure 00000042
ln(1-k(t-τ-τα))
Figure 00000043
+
+cos
Figure 00000044
ln
Figure 00000045
sin
Figure 00000046
ln(1-k(t-τ-τα))
Figure 00000047
+
+sin
Figure 00000048
ln
Figure 00000049
cos
Figure 00000050
ln(1+k(t-τ+τα))
Figure 00000051
+
+cos
Figure 00000052
ln
Figure 00000053
sin
Figure 00000054
ln(1+k(t-τ+τα))
Figure 00000055
(15)
3. При корреляционном сравнении отраженного сигнала (15) с эталоном вида
X1(t)= sin
Figure 00000056
ln(1-kt)
Figure 00000057
+sin
Figure 00000058
ln(1+kt)
Figure 00000059
(16) корреляционный отклик будет иметь вид
Figure 00000060
X1(t)·S*(t)dt=sin
Figure 00000061
ln
Figure 00000062
cos
Figure 00000063
ln(1-k(t-τ-τα))
Figure 00000064

×sin
Figure 00000065
ln(1-kt)
Figure 00000066
dt+cos
Figure 00000067
ln
Figure 00000068
sin
Figure 00000069
ln(1-k(t-τ-τα))
Figure 00000070

×sin
Figure 00000071
ln(1-kt)
Figure 00000072
dt+sin
Figure 00000073
ln
Figure 00000074
cos
Figure 00000075
ln(1+k(t-τ+τα))
Figure 00000076

×sin
Figure 00000077
ln(1-kt)
Figure 00000078
dt+cos
Figure 00000079
ln
Figure 00000080
sin
Figure 00000081
ln(1+k(t-τ+τα))
Figure 00000082

×sin
Figure 00000083
ln(1-kt)
Figure 00000084
dt+sin
Figure 00000085
ln
Figure 00000086
cos
Figure 00000087
ln(1-k(t-τ-τα))
Figure 00000088

×sin
Figure 00000089
ln(1+kt)
Figure 00000090
dt+cos
Figure 00000091
ln
Figure 00000092
sin
Figure 00000093
ln(1-k(t-τ-τα))
Figure 00000094

×sin
Figure 00000095
ln(1+kt)
Figure 00000096
dt+sin
Figure 00000097
ln
Figure 00000098
cos
Figure 00000099
ln(1+k(t-τ+τα))
Figure 00000100

×sin
Figure 00000101
ln(1+kt)
Figure 00000102
dt+cos
Figure 00000103
ln
Figure 00000104
sin
Figure 00000105
ln(1+k(t-τ+τα))
Figure 00000106

×sin
Figure 00000107
ln(1+kt)
Figure 00000108
dt (17)
Из выражения (17) видно, что первое и седьмое слагаемые равны нулю вследствие ортогональности сигналов под знаком интеграла слагаемые 3,4,5 и 6 равны нулю (без учета шумовой составляющей) вследствие некоррелируемости сигналов под интегралом из-за противоположного направления модуляции. Таким образом выражение (17) примет вид
Figure 00000109
X1(t)·S*(t)dt=cos
Figure 00000110
ln
Figure 00000111
sin
Figure 00000112
ln(1-k(t-τ-τα))
Figure 00000113

×sin
Figure 00000114
ln(1-kt)
Figure 00000115
dt+cos
Figure 00000116
ln
Figure 00000117
sin
Figure 00000118
ln(1+k(1-τ+τα))
Figure 00000119

×sin
Figure 00000120
ln(1+kt)
Figure 00000121
dt (18)
В приведенных выкладках для простоты была опущена амплитуда сигналов с ее учетом и в момент компенсации задержки получим следующее выражение:
Figure 00000122
X1(t)·S*(t)dt=A·cos
Figure 00000123
ln
Figure 00000124
R(τ-τα)+A·cos
Figure 00000125
ln
Figure 00000126
R(τ+τα)= A·cos
Figure 00000127
ln
Figure 00000128
R(τ-τα)+R(τ+τα)
Figure 00000129
(19)
Нетрудно показать, что отклик при корреляционном сравнении отраженного сигнала S*(t) со вторым эталоном в виде
X2(t)=cos
Figure 00000130
ln(1-kt)
Figure 00000131
+cos
Figure 00000132
ln(1+kt)
Figure 00000133
(20) будет иметь следующий вид:
Figure 00000134
X2(t)·S*(t)dt= A·sin
Figure 00000135
ln
Figure 00000136
R(τ-τα)+R(τ+τα)
Figure 00000137
(21) Возведя в квадрат (19) и (21) и суммируя получим
А2 [R(τ-τα) + R(τ+τα)]2 (22) Таким образом, временной сдвиг между откликами составит
Figure 00000138
=2·τα
Figure 00000139
(23)
Следовательно, скорость судна относительно дна может быть вычислена по выражению (23)
v τα′˙C˙ K/4.
Учет временных сдвигов (13) и (14) позволяет однозначно измерить наклонную дальность до дна.
Таким образом, скорость судна вычисляется по формуле (5), а наклонная дальность по соответствующему выражению (6), при этом дополнительно рассчитываются глубина (расстояние от антенны до дна) в упрежденной точке и расстояния до данной упрежденной точки.
Таким образом, цель изобретения достигнута, получен сверхсуммарный эффект, удовлетворяющий давно назревшим требованиям практики, что позволяет сделать вывод о соответствии изобретения критерию существенные отличия. Кроме того, способ обеспечивает определение скорости и ориентацию относительно дна (тоже навигационная задача) по одному циклу излучения прием.
На фиг. 1 приведена временная диаграмма откликов корреляционного сравнения отраженного сигнала с двумя эталонами (16) и (20) соответственно, где t1 временное местоположение первого отклика в выражении (22); t2 временное местоположение второго отклика в выражении (22); t=0 соответствует моменту излучения; tо временное положение, соответствующее наклонной дальности до дна; τα′= 2˙τα удвоенное значение временного сдвига, обусловленного доплеровским эффектом воздействия на ГЧМ-сигнал; на фиг. 2 показаны соотношения измеряемых дополнительных величин, где 1 корпус судна; 2 антенна гидроакустического лага; 3 дно; 4 наклонная дальность Д до дна; 5 глубина места Н от антенны в упрежденной точке или расстояние от горизонта антенны гидроакустического лага (ГЛ) до дна в упрежденной точке; 6 расстояние r от антенны ГЛ до упрежденной точки; на фиг. 3 приведена блок-схема алгоритма, где 1 излучение сложного сигнала вида (3) в направлении движения судна с углом γ наклона в вертикальной плоскости; 2 прием отраженного от дна сигнала вида (15); 3 вычисление взаимно корреляционной К1(τ) функции от отраженного (15) и излученного (3) сигналов (первого эталона) в результате получаем процесс, описываемый выражением (19); 4 вычисление взаимно-корреляционной К2(τ) функции от отраженного (15) и второго (20) эталона, представляющего собой сдвинутый по фазе на π/2 излученный сигнал, в результате получаем процесс, описываемый выражением (21); 5 вычисление суммы квадратов процессов, описываемых выражениями (19) и (21) в результате получаем процесс, описываемый выражением (22); 6 определение аргументов t1 и t2 функции, описываемой выражением (22), соответствующих максимумам ВКФ: К1(τ) и К2(τ) соответственно; 7 вычисление скорости судна относительно дна по формуле (5), 8 вычисление параметров ориентации судна относительно дна по формулам (6); 9 индикация скорости v судна; наклонной дальности Д до дна; расстояния Н от горизонта антенны до дна в упрежденной точке (глубина Н места от антенны до дна в упрежденной точке); расстояние r от антенны до упрежденной точки.
На фиг. 4 представлена схема устройства для осуществления способа.
Оно содержит передатчик 1 сложного сигнала вида (3), излучатель 2, приемник 3, аналого-цифровой преобразователь 4, первую рециркуляционную линию задержки 5, первый умножитель 6, третью рециркуляционную линию задержки 7, вторую рециркуляционную линию задержки 8, второй умножитель 9, фазовращатель на π/2 10, четвертую рециркуляционную линию задержки 11, первый усреднитель 12, второй усреднитель 13, первый квадратор 14, сумматор 15, второй квадратор 16, блок 17 оценки скорости и наклонной дальности, индикатор скорости 18, индикатор наклонной дальности 19, третий умножитель 20, индикатор 21 расстояния от горизонта антенны до дна в упрежденной точке (глубины места от антенны до дна в упрежденной точке); четвертый умножитель 22, индикатор 23 расстояния (горизонтального) от антенны до упрежденной точки, генератор 24 тактовых импульсов (ГТИ), двоичные счетчики (С4) 25, 27, постоянные запоминающие устройства (ПЗУ) 26, 28, управляемые электронные ключи (ЭК) 29, 30, оперативное запоминающее устройство 31 (ОЗУ), второй сумматор 32, вычитатель 33, пятый и шестой умножители 34, 35, шина управления 36.
На фиг. 5 изображена таблица состояний управляемых электронных ключей (ЭК) 29 и 30 (см.фиг.4), режим записи или считывания ОЗУ 31.
Способ заключается в выполнении операций согласно блок-схемы алгоритма, приведенной на фиг.3. При этом излученный сигнал (3), кроме излучения в среду под углом γ в вертикальной плоскости к направлению движения, поступает в блоки 3 и 4 на вторые входы, на первые входы которых подается принятый блоком 2 отраженный сигнал вида (15). Блок 3 вычисляет взаимно корреляционную К1(τ) функцию между излученным (3) и отраженным (15) сигналами, в результате на первый вход блока 5 поступает процесс, описываемый выражением (19).
В блоке 4 излученный сигнал (3) сдвигается по фазе на π/2 и вычисляется взаимно корреляционная К2(τ) функция, в результате на выходе образуется процесс, описываемый выражением (21), который поступает на второй вход блока 5.
В блоке 5 вычисляется сумма квадратов процессов (19) и (21), поступивших на его входы, в результате получаем реализацию, описываемую выражением (22).
Блок 6 вычисляет значения t1 и t2 аргументов: функций, описываемой выражением (22) и соответствующих максимумам ВКФ К1(τ) и К2(τ) соответственно. В блоке 7 производится вычисление скорости судна относительно дна по формуле (5). В блоке 8 вычисляются параметры ориентации судна относительно дна по формулам (6). Индикация вычисленных значений осуществляется в блоке 9.
Для упрощения выражений примем К=1, тогда математические выражения примут вид
v
Figure 00000140
D
Figure 00000141
H=D·sinγ
r D . cos γ.
Устройство, реализующее способ приведено на фиг.4 и состоит из передатчика 1, соединенного с излучателем 2, а также со вторым входом блока 17, а также через третью рециркуляционную линию 7 задержки с вторым входом первого умножителя 6, через фазовращатель на π/2 10 и четвертую рециркуляционную 11 линию задеpжки с вторым входом второго умножителя. Кроме того, в состав устройства входят приемник 3, соединенный через аналого-цифровой преобразователь 4, а также через соответственно первую и вторую рециркуляционные линии задержки с первыми входами соответственно первого 6 и второго 9 умножителей.
При этом выход первого 6 умножителя соединен через последовательно соединенные первый усреднитель 12 и первый квадратор 14 с сумматором 15, второй вход которого соединен через последовательно соединенные второй квадратор 16 и второй усреднитель 13 с выходом второго 9 умножителя.
При этом выход сумматора 15 соединен с первым входом блока 17. Первый выход блока 17 соединен с индикатором 18 скорости, второй выход блока 17 соединен одновременно с индикатором 19 наклонной дальности (до дна) и с третьим 20 умножителем, на второй вход которого подано постоянное значение sin γ, а выход блока 20 соединен с индикатором 21 глубины от горизонта антенны до дна в упрежденной точке, а также с входом четвертого 22 умножителя, на второй вход которого подано постоянное значение cos γ, а выход блока 22 соединен с индикатором 23 расстояния (горизонтального) от антенны до упрежденной точки. При этом блок 17 состоит из двоичного счетчика 25 вход (информационный) которого является первым входом блока 17, при том вход счетчика 25 установки в ноль (исходное положение) соединен с входом установки в ноль счетчика 27 и входом генератора 24 тактовых импульсов (ГТИ) и является вторым входом блока 17.
Кроме того, двоичный счетчик 25 соединен с постоянным запоминающим устройством 26, выход которого является шиной управления (ШУ) 36, соединенной с входами управления управляемых электронных ключей 29 и 30, а также с входом установки режима записи/считывания оперативного запоминающего устройства 31.
Кроме того, генератор 24 тактовых импульсов соединен через информационные входы последовательно включенных двоичный счетчик 27 и постоянное запоминающее устройство 28 одновременно с информационными входами управляемых электронных ключей 29 и 30.
При этом выход управляемого электронного ключа 30 соединен одновременно с вторым входом второго сумматора 32 и первым входом (уменьшаемого) вычитателя 33, на второй вход (вычитаемого) которого подключены одновременно первый вход второго сумматора 32 и выход оперативного запоминающего устройства 31, при этом вход (информационный) последнего соединен с выходом управляемого электронного ключа 29. При этом выход второго сумматора 32 соединен с входом пятого умножителя 34, на второй вход которого подано постоянное значение С/4, а выход пятого 34 умножителя является вторым выходом блока 17. Кроме того, выход вычитателя 33 соединен через шестой умножитель 35 с первым выходом блока 17, при этом на второй вход шестого умножителя 35 подано постоянное значение СК/4.
Работает устройство следующим образом.
Передатчик 1 формирует сигнал и передает его для излучения в среду под углом в вертикальной плоскости в направлении движения на излучатель 2, кроме того, сигнал с передатчика поступает на второй вход блока 17 для установки в исходное состояние двоичных счетчиков 25 и 27 и запуск генератора 24 тактовых импульсов.
Кроме того, излучаемый сигнал поступает на третью рециркуляционную линию задержки 7, а также через фазовращатель 10 на π/2 на четвертую рециркуляционную линию задержки 1.
Принятый приемником 3 отраженный сигнал поступает через аналого-цифровой преобразователь 4 одновременно на первую 5 и вторую 8 рециркуляционные линии задержки (РЛЗ). В момент когда в 5 и 8 РЛЗ записан отраженный от дна сигнал (15), с помощью первых 6 умножителя и усреднителя 12 формируется отклик взаимнокорреляционной К1(τ) функции, поступающий через первый квадратор 14 на вход сумматора 15.
В это же время отраженный от дна сигнал (15) поступает на первый вход второго умножителя 9 на второй вход которого подается излученный, но сдвинутый по фазе на π/2 сигнал с четвертой рециркуляционной линии задержки 11. В результате последующего усреднения во втором усреднителе 13 формируется отклик взаимно корреляционной К2(τ) функции, поступающий через второй квадратор 16 на второй вход сумматора 15. На выходе сумматора 15 формируется процесс, описываемый выражением (22), который поступает на первый вход блока 17 оценки скорости и наклонной дальности. На первом выходе блока 17 формируется значение скорости v судна относительно дна, поступающее на одноименный индикатор 18. На втором выходе блока 17 получаем значение наклонной Д дальности, которое выводится на одноименный индикатор 19, а также поступает на третий умножитель 20, на второй вход которого подано постоянное значение cos γ. С выхода третьего умножителя 20 значение Н глубины места от горизонта антенны в упрежденной точки выводится на одноименный индикатор 21. Кроме того, с второго выхода блока 17 значение Д наклонной дальности поступает еще в четвертый умножитель 22, на второй вход которого подано постоянное значение cos γ, а выход последнего соединен с индикатором 23 расстояния от антенны до упрежденной точки.
Блок 17 оценки скорости и наклонной дальности работает следующим образом.
Импульс с второго входа блока 17 подается одновременно на входы двоичных счетчиков 25 и 27, устанавливая их в ноль, а также на ГТИ 24, запуская его в работу. При этом последовательность тактирующих импульсов поступает на вход двоичного счетчика 27, с его выхода линейно нарастающая последовательность двоичных кодов подается на адресный вход ПЗУ 28, определяя считывание с его информационного выхода линейно нарастающих значений, соответствующих временным интервалам. В момент поступления на первый вход блока 17 первого импульса, соответствующего отклику ВКФ К2(τ) с выхода двоичного счетчика 25 на адресный вход ПЗУ 26 подается двоичный код, определяющий появление на его информационном выходе управляющего слова, записанного в ячейках (первая строка таблицы см.фиг.5).
Через соответствующие линии шины управления 36, с выхода соответствующего разряда ПЗУ 26 импульс подается на управляющий вход управляемого электронного ключа (ЭК) 29 и он открывается, одновременно на управляющий вход ОЗУ 31 подается импульс, удерживающий его в режиме "Запись", и в ОЗУ 31 запоминается значение соответствующее времени прихода первого импульса с выхода ПЗУ 28. В момент прихода второго импульса на первый вход блока 17 с выхода ПЗУ 26 через соответствующие линии ШУ 36 подаются открывающий импульс на ЭК 30 и импульс, удерживающий ОЗУ 31 в режиме "считывание". При этом через ЭК 30 значение, соответствующее времени прихода второго импульса (отклика ВКФ К2(τ) с выхода ПЗУ 28 поступает соответственно на второй вход второго сумматора 32 и первый вход (уменьшаемого) вычитателя 33. Одновременно с выхода ОЗУ 31 на первый вход первого сумматора 32 и второй вход (вычитаемого) вычитателя 33 подается значение, соответствующее времени прихода не первый вход блока 17 первого импульса. Значение, соответствующее сумме t1+t2 и разности t2-t1 поступает соответственно на первые входы пятого и шестого умножителей 34 и 35 на вторые входы которых поданы постоянные значения соответствующих констант С/4, СК/4. Управляемые электронные ключи ЭК 29, 30 могут быть выполнены, например, на основе насыщенного транзисторного ключа и формирователя импульсов 5. С приходом синхросигнала по ШУ 36 формирователя импульсов формирует на своем выходе импульс с заданной длительностью, который замыкает ключ. Реализация передатчика возможна на основе известных генераторов ГЧМ-сигналов.
Реализация остальных элементов известна в радиотехнике.
Использование предлагаемого изобретения позволит повысить точность определения скорости движения судна относительно дна путем снижения дисперсии оценок временных задержек (7) за счет увеличения эффективной Δω2 полосы Фурье-сигнала. Кроме того, повышается помехоустойчивость способа не менее 6 дБ, что достигается путем компенсации потерь, образуемых за счет доплеровской деформации отраженного сигнала. При этом сняты известные ограничения на базу предлагаемого сложного сигнала.
Кроме того, за один цикл излучения приема измеряются две величины, позволяющие рассчитать, кроме скорости v движения судна относительно дна, параметры D, Н и r ориентации судна относительно дна, что важно для навигационных целей. При этом вычисляются параметры D и Н для упрежденной точки и расстояние r до нее (в отличие от корреляционного лага, для которого обнаруженная мель ненужная информация, так как судно уже сидит на мели).

Claims (2)

1. СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СКОРОСТИ ДВИЖЕНИЯ СУДНА ОТНОСИТЕЛЬНО ДНА, основанный на наклонном под углом γ в вертикальной плоскости к направлению движения излучения сигнала в сторону дна, приеме отраженного сигнала, отличающийся тем, что излучают сложный сигнал, состоящий из инверсной пары сдвинутых на to сигналов с гиперболической частотной модуляцией вида
Figure 00000142
Figure 00000143

где ω начальная частота;
K параметр, характеризующий крутизну модулирующей функции;
T длительность сигнала;
а скорость v определяют по формуле
v c · K (t2 t1) / 4,
где t1 аргумент, соответствующий максимуму взаимно корреляционной функции (ВКФ) между отраженным и излученным сигналами;
t2 аргумент, соответствующий максимуму ВКФ между отраженным сигналом и сдвинутым по фазе на p/2 излученным сигналом;
c конечная скорость распространения акустических колебаний сигнала в среде.
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что дополнительно рассчитывают: наклонную дальность D до дна, глубину H места от горизонта антенны в упрежденной точке и расстояние r от антенны до нее по формулам
D C (t2 + t1) / 4;
H = D·sinγ;
r = D·cosγ.
RU92012391A 1992-12-16 1992-12-16 Способ определения скорости движения судна относительно дна RU2042152C1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU92012391A RU2042152C1 (ru) 1992-12-16 1992-12-16 Способ определения скорости движения судна относительно дна

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU92012391A RU2042152C1 (ru) 1992-12-16 1992-12-16 Способ определения скорости движения судна относительно дна

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2042152C1 true RU2042152C1 (ru) 1995-08-20
RU92012391A RU92012391A (ru) 1996-11-20

Family

ID=20133780

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU92012391A RU2042152C1 (ru) 1992-12-16 1992-12-16 Способ определения скорости движения судна относительно дна

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2042152C1 (ru)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2467350C2 (ru) * 2009-06-15 2012-11-20 Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Военный учебно-научный центр Военно-морского флота "Военно-морская академия имени Адмирала Флота Советского союза Н.Г.Кузнецова" Способ и устройство обнаружения сигналов при наличии переменного доплеровского эффекта
RU2677102C1 (ru) * 2017-12-18 2019-01-15 Акционерное общество "Концерн "Центральный научно-исследовательский институт "Электроприбор" Способ измерения скорости судна доплеровским лагом
RU2752243C1 (ru) * 2020-11-09 2021-07-23 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем морских технологий Дальневосточного отделения Российской академии наук (ИПМТ ДВО РАН) Способ измерения расстояния до движущегося подводного объекта

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
К.А.Виноградов и др. Абсолютные и относительные лаги. Справочник. Л.: Судостроение, 1990, с.22-30. *

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2467350C2 (ru) * 2009-06-15 2012-11-20 Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Военный учебно-научный центр Военно-морского флота "Военно-морская академия имени Адмирала Флота Советского союза Н.Г.Кузнецова" Способ и устройство обнаружения сигналов при наличии переменного доплеровского эффекта
RU2677102C1 (ru) * 2017-12-18 2019-01-15 Акционерное общество "Концерн "Центральный научно-исследовательский институт "Электроприбор" Способ измерения скорости судна доплеровским лагом
RU2752243C1 (ru) * 2020-11-09 2021-07-23 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем морских технологий Дальневосточного отделения Российской академии наук (ИПМТ ДВО РАН) Способ измерения расстояния до движущегося подводного объекта

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US4207620A (en) Oceanographic mapping system
US7330399B2 (en) Sonar system and process
US6859659B1 (en) Estimation of vector velocity
US5208785A (en) Broadband acoustic doppler current profiler
US7929375B2 (en) Method and apparatus for improved active sonar using singular value decomposition filtering
US5224482A (en) Ultrasound high velocity flow correlation measurement using coded pulses
EP0481083B1 (en) Device for measuring speed of moving body
US4069468A (en) Doppler spectral measurement
US5949739A (en) Sonar bearing estimation of extended targets
US5420827A (en) Passive multipath target range and depth estimation using a variable depth sonar
Doisy et al. Target Doppler estimation using wideband frequency modulated signals
US5560363A (en) Method for calculation of blood velocity and blood velocity spread from multi gated doppler signals
RU2042152C1 (ru) Способ определения скорости движения судна относительно дна
US20060140054A1 (en) Noise adaptive sonar signal processor
Prieur et al. Theoretical improvements when using the second harmonic signal in acoustic Doppler current profilers
Barger Sonar systems
US6229761B1 (en) Estimating ship velocity through the water and over the ground
RU2037847C1 (ru) Способ определения скорости движения судна относительно дна
US5216639A (en) Method for processing a doppler signal
EP0474867B1 (en) Method of processing doppler signal
RU2191405C1 (ru) Способ определения радиальной скорости объекта
Theriault Lower bounds on pulsed-doppler current profiler accuracy
Abraham Performance Bounds for Estimating Time Delay and Radial Velocity with Multiple Broadband Frequency-Modulated Pulses
JPH04296682A (ja) セクタ・スキャン・インジケーション回路
RU1820233C (ru) Способ определени акустического сопротивлени переходного сло