RU2112925C1 - Method of measurement of height of sea waves from flying vehicle on float - Google Patents

Method of measurement of height of sea waves from flying vehicle on float Download PDF

Info

Publication number
RU2112925C1
RU2112925C1 RU96107914A RU96107914A RU2112925C1 RU 2112925 C1 RU2112925 C1 RU 2112925C1 RU 96107914 A RU96107914 A RU 96107914A RU 96107914 A RU96107914 A RU 96107914A RU 2112925 C1 RU2112925 C1 RU 2112925C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
sea
adder
signals
output
height
Prior art date
Application number
RU96107914A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU96107914A (en
Inventor
В.Е. Прозоровский
В.А. Буряк
Original Assignee
Научное конструкторское бюро "Миус"
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 Научное конструкторское бюро "Миус" filed Critical Научное конструкторское бюро "Миус"
Priority to RU96107914A priority Critical patent/RU2112925C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2112925C1 publication Critical patent/RU2112925C1/en
Publication of RU96107914A publication Critical patent/RU96107914A/en

Links

Landscapes

  • Measurement Of Velocity Or Position Using Acoustic Or Ultrasonic Waves (AREA)

Abstract

FIELD: noncontact oceanographic measurements. SUBSTANCE: measurement of height of sea wave from flying vehicle on float is conducted by means of receiving-radiating system and accelerometer finding distance to sea surface. Signals corresponding to distances to sea surface are filtered by filter with transfer function K(p) which bandwidth includes spectrum of oscillations of sea surface, signals of accelerometer are filtered by filter with transfer function K(p), where p is complex frequency. Signals proportional to oscillations of sea surface are obtained after subtraction of signals of both filters. After their analysis one finds height of sea waves. EFFECT: increased measurement accuracy with processing of results at pace of information coming. 1 dwg

Description

Предлагаемое изобретение относится к области неконтактных океанографических измерений и предназначено для использования в информационно-измерительных комплексах определения статических характеристик морского волнения с летательного аппарата на плаву. The present invention relates to the field of non-contact oceanographic measurements and is intended for use in information-measuring systems for determining the static characteristics of sea waves from an aircraft afloat.

Известен акустический способ определения высоты морских волн, (а. с. СССР N 412578, кл. G 01 S 9/66, 1974), состоящий в облучении поверхности воды акустической энергией и приеме отраженных сигналов, причем используются две приемоизлучающие системы, разнесенные по вертикали, которые возбуждают и принимают два тонально-импульсных акустических сигнала, относительная разность частот которых равна относительному вертикальному разнесению систем, фильтрации отраженных сигналов, выделению их огибающих и измерению частотно-пространственного в вертикальной плоскости коэффициента взаимной корреляции огибающих и нахождению после этого среднеквадратической высоты морских волн по формуле

Figure 00000002

где
B (f1, f2) - коэффициент взаимной корреляции; Δk - разность волновых чисел.A known acoustic method for determining the height of sea waves, (a. From the USSR N 412578, class G 01 S 9/66, 1974), consisting in irradiating the surface of the water with acoustic energy and receiving reflected signals, and two receiving-emitting systems spaced vertically which excite and receive two tone-pulse acoustic signals, the relative frequency difference of which is equal to the relative vertical separation of the systems, filtering the reflected signals, isolating their envelopes and measuring the spatial-spatial in vertical the plane of the coefficient of cross-correlation of the envelopes and finding after that the rms height of the sea waves according to the formula
Figure 00000002

Where
B (f 1 , f 2 ) is the cross-correlation coefficient; Δk is the difference in wave numbers.

Недостатком этого способа является большая погрешность измерения высоты морских волн из-за невозможности размещения на летательном аппарате двух приемоизлучающих систем на значительно отличающихся высотах. The disadvantage of this method is the large error in measuring the height of sea waves due to the inability to place two receiving-emitting systems on the aircraft at significantly different heights.

Известен способ определения расстояния до водной поверхности (авт. св. СССР N 1151819, кл. G 01 C 13/00, 1986, бюлл. ОИ N 15), использующий посылки на водную поверхность импульсов оптического излучения, прием отраженного сигнала и определение расстояния до водной поверхности по времени прихода отраженного сигнала, причем из отраженного сигнала выделяют спектр фотолюминесценции, который используют для определения расстояния. A known method of determining the distance to the water surface (ed. St. USSR N 1151819, class G 01 C 13/00, 1986, bull. OI N 15), using sending to the water surface pulses of optical radiation, receiving the reflected signal and determining the distance to water surface according to the time of arrival of the reflected signal, moreover, a photoluminescence spectrum is extracted from the reflected signal, which is used to determine the distance.

Недостатком этого способа также является большая погрешность измерения высоты морских волн из-за вертикальных перемещений источника и приемника оптических импульсов, расположенных на летательном аппарате, находящемся на плаву, под действием морского волнения. The disadvantage of this method is the large error in measuring the height of sea waves due to vertical movements of the source and receiver of optical pulses located on the aircraft, afloat, under the influence of sea waves.

Наиболее близким по своей технической сущности к заявленному является способ измерения высоты морских волн с летательного аппарата на плаву (патент Российской Федерации N 2046287, кл. 6 G 01 C 13/00, 1995, бюлл. N 29), основанный на облучении морской поверхности импульсным сигналом, приеме отраженного сигнала и определения текущего расстояния до морской поверхности по времени приема отраженного сигнала и измерений с помощью размещенного рядом с приемоизлучающей системой акселерометра вертикальных ускорений приемоизлучающей системы, обусловленных действием морского волнения на приводненный летательный аппарат, по измеренным вертикальным ускорениям премоизлучающей системы определяют вертикальные составляющие ее скорости и соответствующие им вертикальные перемещений приемоизлучающей системы, вычитают значения полученных вертикальных перемещения из результатов определения текущего расстояния до морской поверхности и получают расстояние от морской поверхности до условно неподвижной точки, совпадающей с точкой размещения приемоизлучающей системы при отсутствии морского волнения, анализируют флуктуации текущих значений полученного расстояния через промежутки времени, равные принятому при измерении интервалу дискретизации, и определяют среднеквадратическое значение высоты морских волн. The closest in technical essence to the claimed is a method of measuring the height of sea waves from an aircraft afloat (patent of the Russian Federation N 2046287, CL 6 G 01 C 13/00, 1995, bull. N 29), based on the exposure of the sea surface to pulsed signal, receiving the reflected signal and determining the current distance to the sea surface from the time of receiving the reflected signal and measurements using the vertical accelerations of the receiving-emitting system located next to the receiving-emitting system due to By the action of sea waves on the surface of the aircraft, the vertical components of its velocity and the corresponding vertical displacements of the receiving-radiating system are determined from the measured vertical accelerations of the pre-emitting system, the values of the obtained vertical displacements are subtracted from the results of determining the current distance to the sea surface and the distance from the sea surface to a conditionally fixed point is obtained coinciding with the location of the receiving-emitting system in the absence of a sea wave values, analyze the fluctuations of the current values of the obtained distance through time intervals equal to the sampling interval adopted during the measurement, and determine the rms value of the height of the sea waves.

Недостаток этого способа - большие погрешности при обработке результатов в темпе поступления информации вследствие искажений, возникающих при определении вертикальных составляющих скорости приемоизлучающей системы и соответствующих вертикальных перемещений. The disadvantage of this method is the large errors in processing the results at the rate of receipt of information due to distortions that occur when determining the vertical components of the speed of the receiving-emitting system and the corresponding vertical displacements.

Цель изобретения - повышение точности измерений при обработке результатов в темпе поступления информации. Это достигается тем, что в известном способе измерения высоты морских волн с летательного аппарата на плаву, использующем расположенные рядом приемоизлучающую систему, с помощью которой определяют расстояние до водной поверхности по времени задержки отраженного сигнала, и акселерометр, которым определяют вертикальные ускорения приемоизлучающей системы, обусловленные действием морского волнения на приводненный летательный аппарат, сигналы, соответствующие расстояниям до водной поверхности, фильтруют фильтром с передаточной функцией k (p), в полосу прозрачности которого попадает спектр колебаний морской поверхности, а сигналы акселерометра фильтруют фильтром с передаточной функцией

Figure 00000003
, где p - комплексная частота, вычитают сигналы с выходов обоих фильтров и получают сигналы, пропорциональные колебаниям морской поверхности, анализируя которые, находят высоту морских волн.The purpose of the invention is to increase the accuracy of measurements when processing the results at the rate of information. This is achieved by the fact that in the known method of measuring the height of sea waves from an aircraft afloat, using a nearby receiving-emitting system, with which the distance to the water surface is determined by the delay time of the reflected signal, and an accelerometer, which determines the vertical acceleration of the receiving-emitting system, due to the action sea waves on a splashed aircraft, signals corresponding to distances to the water surface are filtered by a filter with transfer function d k (p), in which the transmission band spectrum falls sea surface oscillations and accelerometer signals are filtered with a filter transfer function
Figure 00000003
, where p is the complex frequency, subtract the signals from the outputs of both filters and receive signals proportional to the vibrations of the sea surface, analyzing which, find the height of the sea waves.

Техническая сущность предложенного способа заключается в следующем. The technical essence of the proposed method is as follows.

Колебания морской поверхности определяются разностью расстояния до морской поверхности h (t), измеряемой с помощью приемоизлучающей системы. Вертикальные перемещения приемоизлучающей системы получаются при анализе вертикального ускорения, измеряемого акселерометром, которое является функцией времени - a(t). Сущность анализа сводится к определению двойного интеграла функции a(t). Применим для анализа операторный метод. Оригиналу - функции a(t) соответствует изображение A(p), оригиналу функции, равной текущему расстоянию до морской поверхности h(t), соответствует изображение H(p). Двойному интегралу функции a(t) соответствует изображение

Figure 00000004
, где p - комплексная частота. Изображение колебаний морской поверхности получится равным
Figure 00000005

Следовательно, для того чтобы определить вертикальные перемещения приемоизлучающей системы, необходимо устройство с операторной передаточной функцией
Figure 00000006
. Такое устройство принципиально неустойчиво. Применение известных устройств, приближенно выполняющих интегрирование, приводит к большой погрешности в определении оригинала разности (1). Источниками этой погрешности являются амплитудно- и, особенно, фазово-частотные искажения интеграторов.Fluctuations in the sea surface are determined by the difference in the distance to the sea surface h (t), measured using a receiving-emitting system. The vertical displacements of the receiving-emitting system are obtained by analyzing the vertical acceleration measured by the accelerometer, which is a function of time - a (t). The essence of the analysis is reduced to the definition of the double integral of the function a (t). We use the operator method for analysis. The original - the function a (t) corresponds to the image A (p), the original function equal to the current distance to the sea surface h (t) corresponds to the image H (p). The double integral of the function a (t) corresponds to the image
Figure 00000004
where p is the complex frequency. The image of sea surface vibrations is equal to
Figure 00000005

Therefore, in order to determine the vertical movements of the receiving-emitting system, a device with an operator transfer function is required
Figure 00000006
. Such a device is fundamentally unstable. The use of known devices, approximately performing integration, leads to a large error in determining the original of the difference (1). The sources of this error are the amplitude and, especially, phase-frequency distortions of integrators.

В заявленном способе для уменьшения указанных погрешностей сигналы, соответствующие расстоянию до водной поверхности h(t), фильтруют фильтром с передаточной функцией k(p), в полосу прозрачности которого попадает спектр колебаний морской поверхности. Изображение сигнала на выходе фильтра равно
Y(p) = H(p) • K(p)
Сигналы на выходе акселерометра фильтруют фильтром с операторной передаточной функцией

Figure 00000007
и изображение сигнала на его выходе получается равным
Figure 00000008
. После вычитания получается сигнал, изображение которого
Figure 00000009

Учитывая (1), получим
F(p) = K(p) • S'(p)
В области частот, совпадающей с полосой прозрачности фильтра и спектром морского волнения, спектральные плотности S(γω) и F(γω) совпадают.In the claimed method, in order to reduce the indicated errors, the signals corresponding to the distance to the water surface h (t) are filtered by a filter with a transfer function k (p), in the transparency band of which the vibration spectrum of the sea surface falls. The image of the signal at the filter output is
Y (p) = H (p) • K (p)
The signals at the output of the accelerometer are filtered by a filter with an operator transfer function
Figure 00000007
and the image of the signal at its output is equal to
Figure 00000008
. After subtraction, a signal is obtained whose image
Figure 00000009

Given (1), we obtain
F (p) = K (p) • S '(p)
In the frequency range that coincides with the transparency band of the filter and the spectrum of sea waves, the spectral densities S (γω) and F (γω) coincide.

Таким образом, в заявленном способе без определения вертикальных составляющих скорости приемоизлучающей системы благодаря дополнительной фильтрации сигналов, соответствующих расстоянию до водной поверхности при одновременной фильтрации сигналов акселерометра, полностью устраняются погрешности, связанные с амплитудно- и фазово-частотными искажениями при интегрировании. В отличие от прототипа не требуется для определения начального значения скорости регистрации в памяти всей выборки и сохранения в памяти обработанных элементов выборки. Это позволяет избавиться от памяти большой емкости. В прототипе для реализации способа требуется объем памяти для хранения 2 N чисел. При шаге дискретизации, равном 0,1 с, и длительности обрабатываемой реализации 15 мин в прототипе необходимо выполнить 2N = 1800 чисел. Предложенный способ не требует запоминания обрабатываемой реализации и обеспечивает возможность обработки результатов в темпе поступления информации. Thus, in the claimed method, without determining the vertical components of the velocity of the receiving-emitting system, due to the additional filtering of the signals corresponding to the distance to the water surface while filtering the signals of the accelerometer, the errors associated with amplitude and phase-frequency distortions during integration are completely eliminated. Unlike the prototype, it is not required to determine the initial value of the registration speed in the memory of the entire sample and to store the processed sample elements in the memory. This allows you to get rid of high-capacity memory. In the prototype for the implementation of the method requires a memory capacity for storing 2 N numbers. When the sampling step equal to 0.1 s, and the duration of the processed implementation of 15 minutes in the prototype, it is necessary to perform 2N = 1800 numbers. The proposed method does not require memorization of the processed implementation and provides the ability to process the results at the rate of receipt of information.

Введенные новые операции, помещенные в отличительной части формулы изобретения, как и известные операции прототипа, относятся к существенным признакам и образуют их новую совокупность, так как находятся в причинно-следственной связи с достигаемым, более высоким, чем в прототипе результатом. Introduced new operations, placed in the distinctive part of the claims, as well as the known operations of the prototype, relate to the essential features and form their new combination, as they are in a causal relationship with the achieved, higher than in the prototype result.

Для подтверждения возможности осуществления изобретения далее приведен пример реализации способа. To confirm the possibility of carrying out the invention, the following is an example implementation of the method.

Простейшими передаточными функциями фильтров, удовлетворяющими формуле предполагаемого изобретения являются фильтры Баттерворта верхних и нижних частот второго порядка с передаточными функциями

Figure 00000010

где
ωc - частота среза, которая выбирается из условия обеспечения допустимого затухания на наименьшей частоте в спектре морского волнения. Это затухание определяется передаточной функцией k(ω) . При частоте среза ωc= 0,2 рад/c на частотах выше 0,5 рад/с затухание меньше 0,12 дБ. Спектр колебаний морской поверхности лежит в области частот 0,5 - 3 рад/с. Для таких колебаний целесообразно применить цифровую обработку.The simplest transfer functions of the filters that satisfy the claims of the invention are second-order high-power and low-frequency Butterworth filters with transfer functions
Figure 00000010

Where
ω c is the cutoff frequency, which is selected from the condition of ensuring the permissible attenuation at the lowest frequency in the spectrum of sea waves. This attenuation is determined by the transfer function k (ω). At a cutoff frequency of ω c = 0.2 rad / s at frequencies above 0.5 rad / s, the attenuation is less than 0.12 dB. The spectrum of vibrations of the sea surface lies in the frequency range 0.5 - 3 rad / s. For such fluctuations, it is advisable to apply digital processing.

Применив известную процедуру синтеза цифрового фильтра по аналоговому прототипу с помощью билинейного преобразования, получим рекуррентные формулы для определения откликов на выходах фильтров
yi = b1yi-1 - b2yi-2 + b3(hi - 2hi-1 + hi-2),
Zi = b1Zi-1 - b2Zi-2 + b4(ai + 2ai-1 + ai-2).Applying the well-known procedure for synthesizing a digital filter using an analog prototype using a bilinear conversion, we obtain recurrence formulas for determining the responses at the filter outputs
y i = b 1 y i-1 - b 2 y i-2 + b 3 (h i - 2h i-1 + h i-2 ),
Z i = b 1 Z i-1 - b 2 Z i-2 + b 4 (a i + 2a i-1 + a i-2 ).

Здесь i = 0, 1, 2, 3...; y0 = 0; y1 = 0; Z0 = 0; Z1 = 0; hi = h(ti); ai = a(ti); ti - значения времени, определенные интервалом дискретизации T;

Figure 00000011

ωo - средняя частота в спектре морского волнения.Here i = 0, 1, 2, 3 ...; y 0 = 0; y 1 = 0; Z 0 = 0; Z 1 = 0; h i = h (t i ); a i = a (t i ); t i - time values determined by the sampling interval T;
Figure 00000011

ω o - the average frequency in the spectrum of sea waves.

Приняв ωo= 1,4 рад/c; ωc= 0,2 рад/c ; T = 0,1 с, определим постоянные коэффициенты;
b1 = 1,9716722; b2 = 0,97206791; b3 = 0,98593504; b4 = 0,0024729118.Taking ω o = 1.4 rad / s; ω c = 0.2 rad / s; T = 0.1 s, define constant coefficients;
b 1 = 1.9716722; b 2 = 0.97206791; b 3 = 0.98593504; b 4 = 0.0024729118.

Разность значений yi и zi определяет отсчеты колебаний морской поверхности
fi= yi - zi
Упростить устройство можно, если вести вычисление yi в соответствии с алгоритмом yi = ui-2ui-1 + ui-2,
где ui = b1ui-1 - b2ui-2 + b3hi,
Аналогичным образом получим алгоритм для определения - zi
-zi= ωi+2ωi-1+ωi-2,
ωi= b1ωi-b2ωi-2-b4-b4ai.
Затем, суммируя yi и -zi, находим отсчеты колебаний морской поверхности fi.The difference in the values of y i and z i determines the readings of oscillations of the sea surface
f i = y i - z i
You can simplify the device if you calculate y i in accordance with the algorithm y i = u i-2 u i-1 + u i-2 ,
where u i = b 1 u i-1 - b 2 u i-2 + b 3 h i ,
Similarly, we obtain an algorithm for determining - z i
-z i = ω i + 2ω i-1 + ω i-2 ,
ω i = b 1 ω i -b 2 ω i-2 -b 4 -b 4 a i .
Then, summing up y i and -z i , we find the readings of the oscillations of the sea surface f i .

Дисперсия колебаний морской поверхности определяется известной формулой

Figure 00000012

Среднеквадратическое значение высоты морских волн σ , как и в прототипе, определяется методом итерации в соответствии с равенством
Figure 00000013

На чертеже приведена структурная схема устройства для осуществления предложенного способа измерения высоты морских волн в соответствии с изобретением.The dispersion of sea surface oscillations is determined by the well-known formula
Figure 00000012

The rms value of the height of the sea waves σ, as in the prototype, is determined by the iteration method in accordance with the equality
Figure 00000013

The drawing shows a structural diagram of a device for implementing the proposed method for measuring the height of sea waves in accordance with the invention.

Устройство содержит акселерометр 1, аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 2, первый блок умножения 3, блок ввода 4, второй, третий и четвертый блоки умножения 5, 6 и 7, первый сумматор 8, пятый и шестой блоки умножения 9 и 10, второй сумматор 11, первый, второй, третий и четвертый регистры 12, 13, 14 и 15, седьмой и восьмой блоки умножения 16 и 17, пятый регистр 18, третий сумматор 19, шестой регистр 20, первый и второй блоки деления 21 и 22, четвертый сумматор 23, первый блок воздействия в квадрат 24, пятый сумматор 25, второй блок воздействия в квадрат 26, блок вычитания 27, седьмой регистратор 28, третий блок деления 29, шестой сумматор 30, четвертый блок деления 31, восьмой регистр 32. The device comprises an accelerometer 1, an analog-to-digital converter (ADC) 2, a first multiplication unit 3, an input unit 4, a second, third and fourth multiplication unit 5, 6 and 7, a first adder 8, a fifth and sixth multiplication unit 9 and 10, a second adder 11, first, second, third and fourth registers 12, 13, 14 and 15, seventh and eighth multiplication blocks 16 and 17, fifth register 18, third adder 19, sixth register 20, first and second division blocks 21 and 22, fourth the adder 23, the first block of exposure to the square 24, the fifth adder 25, the second block of exposure to the square 26, the subtraction block 27, seventh registrar 28, third division block 29, sixth adder 30, fourth division block 31, eighth register 32.

Выход 33 является выходом устройства, входы 34 и 35 являются соответственно информационным и управляющим входами. The output 33 is the output of the device, the inputs 34 and 35 are respectively information and control inputs.

Соответственно в устройстве акселерометр 1 определяет текущее значение ускорения в месте расположения приемоизлучающей системы; аналого-цифровой преобразователь 2 преобразует значения ускорения ai в моменты времени, отделенные интервалом дискретизации T, в цифровой код; первый блок умножения 3 предназначен для определения произведений - b4ai; блок ввода 4 служит для ввода в устройство отсчетов расстояния от морской поверхности до места расположения приемоизлучающей системы hi; второй блок умножения 5 предназначен для определения произведений b3hi; третий блок умножения 6 предназначен для определения произведения -b2ωi-2 ; четвертый блок умножения 7 предназначен для определения произведения b1ωi-1 ; первый сумматор 8 определяет величину ωi ; пятый блок умножения 9 предназначен для определения произведения - b2ui-2; шестой блок умножения 10 предназначен для определения произведения b1ui-1; второй сумматор 11 определяет величину ui; первый регистр 12 служит для записи и выдачи величины ωi-2 ; второй регистр 13 служит для записи и выдачи величины ωi-1 ; третий регистр 14 служит для записи и выдачи величины ui-2; четвертый регистр 15 служит для записи и выдачи величины ui-1; седьмой блок умножения 16 предназначен для определения произведения 2ωi-1 ; восьмой блок умножения 17 предназначен для определения произведения - 2ui-1; пятый регистр 18 осуществляет задержку суммы

Figure 00000014
на время T; третий сумматор 19 определяет отсчеты колебаний морской поверхности fi; шестой регистр 20 осуществляет задержку суммы
Figure 00000015
на время T; первый блок деления 21 служит для определения величины
Figure 00000016
; второй блок деления 22 служит для определения величины
Figure 00000017
; четвертый сумматор 23 вычисляет суммы
Figure 00000018
; первый блок возведения в квадрат 24 вычисляет значения f 2 i ; пятый сумматор 25 вычисляет суммы
Figure 00000019
; второй блок воздействия в квадрат 26 вычисляет значения
Figure 00000020
; блок вычитания 27 служит для определения дисперсии колебаний морской поверхности D; седьмой регистр 28 служит для записи и хранения величины D; третий блок деления 29 служит для получения отношения
Figure 00000021
при k - той итерации; шестой сумматор 30 определяет величину
Figure 00000022
; четвертый блок деления 31 определяет величину σk+1 ; восьмой регистр 32 предназначен для хранения k - той итерации текущего значения σk и записей полученного решения σk+1 ; на выходе устройства 33 получаем высоту волн; на информационный вход 34 подаются сигналы, определяющие расстояние по водной поверхности; управляющий вход устройства 35 служит для подачи управляющих сигналов.Accordingly, in the device, the accelerometer 1 determines the current value of the acceleration at the location of the receiving-emitting system; analog-to-digital Converter 2 converts the acceleration values a i at time instants separated by a sampling interval T into a digital code; the first block of multiplication 3 is intended to determine the products - b 4 a i ; input unit 4 is used to enter into the device readouts the distance from the sea surface to the location of the receiving-emitting system h i ; the second block of multiplication 5 is intended to determine the products of b 3 h i ; the third block of multiplication 6 is intended to determine the product -b 2 ω i-2 ; the fourth block of multiplication 7 is intended to determine the product of b 1 ω i-1 ; the first adder 8 determines the value of ω i ; the fifth block of multiplication 9 is intended to determine the product - b 2 u i-2 ; the sixth multiplication block 10 is intended to determine the product b 1 u i-1 ; the second adder 11 determines the value of u i ; the first register 12 is used to record and output values ω i-2 ; the second register 13 is used to record and output values ω i-1 ; the third register 14 is used to record and output values u i-2 ; the fourth register 15 is used to record and output values u i-1 ; the seventh multiplication block 16 is intended to determine the product 2ω i-1 ; the eighth multiplication block 17 is intended to determine the product - 2u i-1 ; fifth register 18 delays the amount
Figure 00000014
at time T; the third adder 19 determines the samples of the fluctuations of the sea surface f i ; sixth register 20 delays the amount
Figure 00000015
at time T; the first division unit 21 is used to determine the magnitude
Figure 00000016
; the second division unit 22 is used to determine the magnitude
Figure 00000017
; the fourth adder 23 calculates the sum
Figure 00000018
; the first squaring block 24 calculates the values of f 2 i ; fifth adder 25 calculates the sum
Figure 00000019
; second impact block squared 26 calculates the values
Figure 00000020
; a subtraction unit 27 is used to determine the variance of the fluctuations of the sea surface D; the seventh register 28 is used to record and store the value of D; the third division block 29 serves to obtain the relationship
Figure 00000021
at k - that iteration; the sixth adder 30 determines the value
Figure 00000022
; the fourth division unit 31 determines the value of σ k + 1 ; the eighth register 32 is designed to store k - that iteration of the current value of σ k and records of the resulting solution σ k + 1 ; at the output of device 33 we get the height of the waves; the information input 34 receives signals that determine the distance along the water surface; the control input of the device 35 is used to supply control signals.

Устройство работает следующим образом. The device operates as follows.

Текущие значения ускорения a с выхода акселерометра 1, подключенного ко входу АЦП 2, преобразуются в цифровой код, соответствующий отсчетам ai в моменты времени, отделенные интервалом дискретизации T. Отсчеты подаются на вход первого блока умножения 3, в котором хранится значения сомножителя - b4. В результате перемножения на выходе блока получается произведение - b4ai, которое поступает на первый вход первого сумматора 8. На второй вход первого сумматора 8 поступают задержанные на время T вторым регистром 13 и умноженные четвертым блоком умножения 7 на коэффициент b1, хранящийся в самом блоке, сигналы ωic выхода первого сумматора 8. Таким образом, на второй вход первого сумматора 8 поступают значения b1ωi-1 . На третий вход первого сумматора 8 поступают задержанные на время первым регистром 12 и умноженные третьим блоком умножения 6 на коэффициент - b2, хранящийся в этом блоке, сигналы с выхода второго регистра 13. Следовательно, на третий вход первого сумматора 8 поступают значения -b2ωi-2 . В результате суммирования на выходе первого сумматора 8 получаются значения ωi= biωi-1-b2ωi-2b4ai ; которые поступают на первый вход третьего сумматора 19. На второй вход этого сумматора поступают с выхода второго регистра 13, через седьмой блок умножения 16, в котором хранится значение сомножителя, равное 2, произведения 2ωi-1 . На третий вход третьего сумматора 19 поступают с выхода первого регистра 12 значения ωi-2 .The current values of the acceleration a from the output of the accelerometer 1, connected to the input of the ADC 2, are converted into a digital code corresponding to the samples a i at time points separated by the sampling interval T. The samples are fed to the input of the first multiplication block 3, in which the multiplier values are stored - b 4 . As a result of multiplication at the output of the block, the product is obtained - b 4 a i , which goes to the first input of the first adder 8. The second input of the first adder 8 receives delayed by time T by the second register 13 and multiplied by the fourth block of multiplication 7 by the coefficient b 1 stored in the block itself, the signals ω ic of the output of the first adder 8. Thus, the values b 1 ω i-1 arrive at the second input of the first adder 8. The third input of the first adder 8 receives delayed by the first register 12 and multiplied by the third block of multiplication 6 by the coefficient - b 2 stored in this block, the signals from the output of the second register 13. Therefore, the values -b 2 are received at the third input of the first adder 8 ω i-2 . As a result of summation at the output of the first adder 8, the values ω i = b i ω i-1 -b 2 ω i-2 b 4 a i are obtained; which go to the first input of the third adder 19. The second input of this adder comes from the output of the second register 13, through the seventh multiplication unit 16, which stores the value of the factor equal to 2, product 2ω i-1 . The third input of the third adder 19 receives from the output of the first register 12 values ω i-2 .

Синхронно с выборками ускорения ai на вход второго блока умножения 5 через устройство ввода 4 с информационного входа 34 поступают отсчеты расстояния до морской поверхности hi. Во втором блоке умножения 5 хранится значение сомножителя b3 и на его выходе получаются произведения b3hi, которые поступают на первый вход второго сумматора 11. На второй вход этого сумматора поступают задержанные на время T четверым регистром 15 и умноженные шестым блоком умножения 10 на коэффициент b1, хранящийся в самом блоке, сигналы Ui с выхода второго сумматора 11. То есть, на второй вход сумматора 11 поступают значения b1Ui-1. На третий вход второго сумматора 11 поступают задержанные на время T третьим регистром 14 и умноженные пятым блоком умножения 9 на коэффициент - b2, хранящийся в этом блоке, сигналы с выхода четвертого регистра 15. Следовательно, на третий вход второго сумматора поступают значения -b2ui-2. В результате суммирования на выходе второго сумматора 11 получаются значения ui = b1ui-1 - b2ui-2 + b3hi, которые поступают на четвертый вход третьего сумматора 19. На его пятый вход поступают с выхода четвертого регистра 15, через восьмой блок умножения 17, в котором хранится значение сомножителя, равное -2, произведения -2ui-1. На шестой вход третьего сумматора 19 поступают с выхода третьего регистра 14 значения ui-2.Simultaneously with acceleration samples a i, the input of the second multiplication block 5 through the input device 4 from the information input 34 receives samples of the distance to the sea surface h i . In the second block of multiplication 5, the value of the factor b 3 is stored and its output yields the products b 3 h i , which are fed to the first input of the second adder 11. The second input of this adder receives delayed by time T by the fourth register 15 and multiplied by the sixth block of multiplication 10 by coefficient b 1 stored in the block itself, signals U i from the output of the second adder 11. That is, the values b 1 U i-1 are received at the second input of the adder 11. The third input of the second adder 11 receives delayed by time T by the third register 14 and multiplied by the fifth block of multiplication 9 by the coefficient - b 2 stored in this block, the signals from the output of the fourth register 15. Consequently, the values of -b 2 arrive at the third input of the second adder u i-2 . As a result of summation at the output of the second adder 11, the values u i = b 1 u i-1 - b 2 u i-2 + b 3 h i are obtained, which are received at the fourth input of the third adder 19. At its fifth input are received from the output of the fourth register 15, through the eighth block of multiplication 17, which stores the value of the factor equal to -2, the product -2u i-1 . The sixth input of the third adder 19 receives from the output of the third register 14 the values of u i-2 .

В результате суммирования слагаемых, поступающих на входы третьего сумматора 19. получаем на его выходе отсчеты колебаний морской поверхности fi, которые через первый блок возведения в квадрат 24 поступают на первый вход четвертого сумматора 23 и непосредственно на первый вход пятого сумматора 25. На выходе первого блока возведения в квадрат 24 получаются значения f 2 i . На второй вход четвертого сумматора 23 с выхода пятого регистра 18, подключенного входом к выходу сумматора 23, поступают задержанные на время T результаты суммирования. Аналогичным образом на второй вход пятого сумматора 25 с выхода шестого регистра 20, подключенного входом к выходу сумматора 25, поступают задержанные на время T результаты суммирования. По управляющему сигналу, поступающему одновременно с входа устройства 35 на вторые входы пятого регистра 18 и шестого регистра 20, в начале обрабатываемой реализации содержимое регистров обнуляется. По истечении времени NT на выходе четвертого сумматора 23 получается сумма

Figure 00000023
, а на выходе пятого сумматора 25 - сумма
Figure 00000024
. Указанные суммы с выхода четвертого сумматора 23 и с выхода пятого сумматора 25 поступают на первые входы второго блока деления 22 и первого блока деления 21, в которых хранится значение делителя N. По управляющему сигналу, поданному в момент времени, соответствующий концу обрабатываемой реализации NT, с входа 35 на вторые входы блоков деления 21 и 22, на их выходах получаются значения
Figure 00000025
соответственно. Выход первого блока деления 21 через второй блок возведения в квадрат соединен с первым входом блока вычитания 27, а выход второго блока деления 22 соединен с вторым входом блока вычитания непосредственно. На выходе блока вычитания 27 получается разность
Figure 00000026
, равная дисперсии D. Выход блока деления 27 соединен с входом седьмого регистра 28 и первым входом восьмого регистра 32, в которые записывается величина D, которая одновременно является нулевой итерацией решения. Выходы седьмого и восьмого регистров 28 и 32 соединены с первым и вторым входами третьего блока деления 29, в котором определяется отношение
Figure 00000027
на k - той итерации. Выход третьего блока деления 29 соединен с первым входом шестого сумматора 30. Его второй вход подключен к выходу восьмого регистра 32. На первый вход сумматора 30 подается отношение
Figure 00000028
k - той итерации, а на второй - значение σk . На выходе сумматора 30 получается сумма этих величин. Выход шестого сумматора 30 соединен с входом четвертого блока деления 31, в памяти которого хранится делитель, равный двум. Выход блока деления 31 подключен к второму входу восьмого регистра 32. С выхода блока деления 31 очередная итерация σ записывается в восьмом регистре 32 и процесс вычислений продолжается до получения заданной точности. Результат записывается в регистр 32 и полученное значение высоты волн σ поступает с выхода регистра 32 на выход устройства 33.As a result of summing the terms arriving at the inputs of the third adder 19. we get at its output the samples of the sea surface fluctuations f i , which through the first squaring block 24 go to the first input of the fourth adder 23 and directly to the first input of the fifth adder 25. At the output of the first block 24 squaring results in f 2 i . To the second input of the fourth adder 23 from the output of the fifth register 18, connected to the output of the adder 23, the results of summation delayed by time T are received. Similarly, to the second input of the fifth adder 25 from the output of the sixth register 20 connected by the input to the output of the adder 25, the results of summation delayed by time T are received. According to the control signal coming simultaneously from the input of the device 35 to the second inputs of the fifth register 18 and sixth register 20, at the beginning of the processed implementation, the contents of the registers are reset. After time NT at the output of the fourth adder 23, the sum is obtained
Figure 00000023
and at the output of the fifth adder 25 is the sum
Figure 00000024
. The indicated sums from the output of the fourth adder 23 and from the output of the fifth adder 25 go to the first inputs of the second division unit 22 and the first division unit 21, in which the value of the divider N is stored. According to the control signal supplied at the time corresponding to the end of the processed implementation NT, s input 35 to the second inputs of the division blocks 21 and 22, at their outputs values
Figure 00000025
respectively. The output of the first division unit 21 through the second squaring unit is connected to the first input of the subtraction unit 27, and the output of the second division unit 22 is connected to the second input of the subtraction unit directly. The output of the subtraction block 27 is the difference
Figure 00000026
equal to the variance D. The output of the division unit 27 is connected to the input of the seventh register 28 and the first input of the eighth register 32, in which the value D is written, which is also a zero iteration of the solution. The outputs of the seventh and eighth registers 28 and 32 are connected to the first and second inputs of the third division unit 29, in which the ratio
Figure 00000027
at k - that iteration. The output of the third division unit 29 is connected to the first input of the sixth adder 30. Its second input is connected to the output of the eighth register 32. The ratio
Figure 00000028
k - that iteration, and at the second - the value of σ k . At the output of the adder 30, the sum of these values is obtained. The output of the sixth adder 30 is connected to the input of the fourth division unit 31, in the memory of which a divider equal to two is stored. The output of the division unit 31 is connected to the second input of the eighth register 32. From the output of the division unit 31, the next iteration σ is recorded in the eighth register 32 and the calculation process continues until the specified accuracy is obtained. The result is recorded in the register 32 and the obtained value of the wave height σ comes from the output of the register 32 to the output of the device 33.

Таким образом, описанное устройство не содержит неизвестных ранее блоков и элементов и полностью реализует все операции в предложенном способе определения высоты морских волн. Thus, the described device does not contain previously unknown blocks and elements and fully implements all operations in the proposed method for determining the height of sea waves.

Благодаря введению новых функционально связанных в соответствии с формулой изобретения операций фильтрации сигналов двух датчиков уменьшается погрешность определения высоты морских волн при обработке результатов в темпе поступления информации. Thanks to the introduction of new filtering operations of the signals of two sensors, functionally connected in accordance with the claims, the error in determining the height of sea waves during processing of the results at the rate of receipt of information decreases.

Claims (1)

Способ измерения высоты морских волн с летательного аппарата на плаву, согласно которому определяют расстояние до водной поверхности по времени задержки отраженного сигнала с помощью совместно расположенной приемоизлучающей системы, определяют вертикальные ускорения приемоизлучающей системы, обусловленные действием морского волнения на приводненный летательный аппарат, с помощью акселерометра, вычитают сигналы и, анализируя сигналы, пропорциональные колебаниям морской поверхности, находят высоту морских волн, отличающийся тем, что сигнал, соответствующий расстоянию до водной поверхности, фильтруют фильтром с передаточной функцией K (p), в полосу прозрачности которого попадает спектр колебаний морской поверхности, а сигнал акселерометра фильтруют фильтром с передаточной функцией
Figure 00000029
где p - комплексная частота, при этом вычитают сигналы с выходов обоих фильтров.A method for measuring the height of sea waves from an aircraft afloat, according to which the distance to the water surface is determined from the delay time of the reflected signal using a jointly located receiving-emitting system, the vertical accelerations of the receiving-radiating system, determined by the action of sea waves on the brought-down aircraft, are determined using the accelerometer signals and, analyzing signals proportional to the fluctuations of the sea surface, find the height of the sea waves, characterized in that a signal corresponding to the distance to the water surface, was filtered with a filter transfer function K (p), in which the transmission band spectrum falls sea surface oscillations and the accelerometer signal is filtered with a filter transfer function
Figure 00000029
where p is the complex frequency, while the signals from the outputs of both filters are subtracted.
RU96107914A 1996-04-22 1996-04-22 Method of measurement of height of sea waves from flying vehicle on float RU2112925C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU96107914A RU2112925C1 (en) 1996-04-22 1996-04-22 Method of measurement of height of sea waves from flying vehicle on float

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU96107914A RU2112925C1 (en) 1996-04-22 1996-04-22 Method of measurement of height of sea waves from flying vehicle on float

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2112925C1 true RU2112925C1 (en) 1998-06-10
RU96107914A RU96107914A (en) 1998-07-10

Family

ID=20179664

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU96107914A RU2112925C1 (en) 1996-04-22 1996-04-22 Method of measurement of height of sea waves from flying vehicle on float

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2112925C1 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2474788C1 (en) * 2011-07-07 2013-02-10 Учреждение Российской академии наук Институт прикладной физики РАН Method of measuring tilt angle and wave height of water surface relative equilibrium state thereof
RU2563314C1 (en) * 2014-05-05 2015-09-20 Анатолий Петрович Ванаев Method to measure height of sea waves from board of moving vessel

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2474788C1 (en) * 2011-07-07 2013-02-10 Учреждение Российской академии наук Институт прикладной физики РАН Method of measuring tilt angle and wave height of water surface relative equilibrium state thereof
RU2563314C1 (en) * 2014-05-05 2015-09-20 Анатолий Петрович Ванаев Method to measure height of sea waves from board of moving vessel

Similar Documents

Publication Publication Date Title
NL1013812C2 (en) Method and device for synchronized acquisition of seismic signals.
EP0550735A1 (en) Velocity measurement system
US4231103A (en) Fast Fourier transform spectral analysis system employing adaptive window
EP0149981A2 (en) Adaptive radar signal processor for the detection of the useful echo and the cancellation of clutter
US4069468A (en) Doppler spectral measurement
US3158830A (en) Signal correlation method and means
US4933916A (en) Phase measurements using pseudo-random code
US4619267A (en) Method for characterizing the structure of a medium and device for carrying out the method
EP0714519B1 (en) Entropy based signal transmission, reception and signal analysis method and apparatus
US3833797A (en) Statistical noise processor
JPS60159676A (en) Method of obtaining and processing earthquake data measured by survey oil well
US4084148A (en) Object recognition system
Bolton et al. The application of cepstral techniques to the measurement of transfer functions and acoustical reflection coefficients
RU2112925C1 (en) Method of measurement of height of sea waves from flying vehicle on float
JPH08220218A (en) Method for measuring speed of moving body and remote detecting device for executing method thereof
EP0175403B1 (en) A device for determining the velocity in a flowing fluid by use of the acoustic doppler-effect
US4225954A (en) Acoustical deverberator
Johnson et al. A study of geostrophy in tropical Pacific Ocean currents during the NORPAX Tahiti Shuttle using a shipboard Doppler acoustic current profiler
RU2175111C1 (en) Method of measurement of height of sea waves from flying vehicle afloat
EP0137317A2 (en) Ultrasonic wave blood flow meter
JP2728265B2 (en) Equipment for measuring the thickness of objects with coatings
RU2281461C2 (en) Method of measurement of sea waves' height
RU2046287C1 (en) Method of determination of sea wave height from flying vehicle when afloat
US7415063B1 (en) Method to estimate noise in data
CA1283200C (en) Correlator circuit and device for ultrasound flow mapping comprising such as circuit