RU2137153C1 - Device measuring parameters of seas - Google Patents

Device measuring parameters of seas Download PDF

Info

Publication number
RU2137153C1
RU2137153C1 RU96100918A RU96100918A RU2137153C1 RU 2137153 C1 RU2137153 C1 RU 2137153C1 RU 96100918 A RU96100918 A RU 96100918A RU 96100918 A RU96100918 A RU 96100918A RU 2137153 C1 RU2137153 C1 RU 2137153C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
wave
outputs
calculator
inputs
output
Prior art date
Application number
RU96100918A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU96100918A (en
Inventor
В.В. Чернявец
А.П. Ванаев
А.В. Небылов
Original Assignee
Войсковая часть 62728
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 Войсковая часть 62728 filed Critical Войсковая часть 62728
Priority to RU96100918A priority Critical patent/RU2137153C1/en
Publication of RU96100918A publication Critical patent/RU96100918A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2137153C1 publication Critical patent/RU2137153C1/en

Links

Images

Abstract

FIELD: navigation, measurement of parameters of seas with use of influence meters. SUBSTANCE: device measuring parameters of seas has antenna, transceiver, Doppler frequency meter, speed measuring unit, computer of wave height and wave phase speed, computer, circuit determining fluctuation component of speed, unit determining direction of wave arrival, computer of wave striking angle, measurement module and correction unit. EFFECT: improved measurement accuracy. 14 dwg

Description

Изобретение относится к области навигации, а более конкретно к измерению параметров волнения посредством устройств, представляющих собой радиотехническое неконтактные измерители. The invention relates to the field of navigation, and more particularly to the measurement of wave parameters by means of devices that are electronic non-contact meters.

Известные устройства (А.А. Загородников. Радиолокационная съемка морского волнения. Л. , Гидрометеоиздат, 1978, с. 141-158) содержат приемник и передатчик когерентной РЛС, стробирующее устройство, схему получения доплеровской частоты, частотомер, запоминающее устройство, корректирующий фильтр и спектроанализатор. Принцип работы которых заключается в облучении морской поверхности электромагнитными волнами, приема отраженных сигналов, выделения сигнала с заданной фиксированной дальностью, измерения доплеровской частоты, преобразование доплеровской частоты в напряжение, фиксирование этого напряжения в запоминающем устройстве и далее через корректирующий фильтр подается на спектро-анализатор. Known devices (A.A. Zagorodnikov. Radar imaging of sea waves. L., Gidrometeoizdat, 1978, pp. 141-158) contain a coherent radar receiver and transmitter, a gating device, a Doppler frequency receiving circuit, a frequency meter, a memory device, a correction filter, and spectrum analyzer. The principle of operation of which is to irradiate the sea surface with electromagnetic waves, receive reflected signals, isolate a signal with a given fixed range, measure the Doppler frequency, convert the Doppler frequency to voltage, fix this voltage in a storage device and then pass through a correction filter to a spectrum analyzer.

Существенным недостатком данных устройств является длительный период измерения порядка 20 мин, что может оказаться недопустимым для оперативного получения данных о волнении, а также необходимость фиксации облучаемой площади моря позволяет реально применять эти устройства только с вертолетов либо других летательных аппаратов, имеющих режим висения. Точность измерения данных устройств невелика, что требует выполнения нескольких серий измерения. A significant drawback of these devices is the long measurement period of about 20 minutes, which may be unacceptable for the rapid acquisition of wave data, as well as the need to fix the irradiated sea area allows you to actually use these devices only from helicopters or other aircraft with a hanging mode. The accuracy of measurement of these devices is low, which requires several series of measurements.

Известно также устройство - прототип, описанное в статье: "Определение параметров волнения совмещенной системой измерения скорости судна и высоты волн" (Ванаев А.П., Чернявец В.В. - Судостроение N 8-9, 1993 с. 6-8), состоящее из антенны, приемопередатчика, блока измерения высоты, измерителя частоты Доплера, блока измерения скорости, вычислителя высоты волн и фазовой скорости волн, вычислителя, устройства для определения направления прихода волн, схемы определения флюктационной составляющей скорости, вычислителя угла встречи с волной, позволяющее оперативно измерить параметры волнения не только с летательных аппаратов, имеющих режим висения, но и с борта любых подвижных морских объектов. There is also known a device - a prototype described in the article: "Determination of wave parameters by a combined system for measuring the speed of a vessel and wave height" (Vanaev A.P., Chernyavets V.V. - Shipbuilding N 8-9, 1993, pp. 6-8), consisting of an antenna, a transceiver, a height measuring unit, a Doppler frequency meter, a speed measuring unit, a wave height calculator and a phase wave velocity, a calculator, a device for determining the direction of arrival of the waves, a circuit for determining the fluctuation component of speed, a calculator of the angle of encounter with the wave, allowing perativno measure parameters of excitement not only with aircraft having a hover, but also on board all mobile offshore facilities.

Прототип выгодно отличается от аналогов, однако он измеряет относительную высоту, определяемую разностью текущей высоты борта и возвышения профиля волны, что существенно препятствует достижению точности измерения параметров волнения. На точность измерения данного устройства оказывают влияние внешние возмущения, вызываемые качкой судна. The prototype compares favorably with its counterparts, however, it measures the relative height determined by the difference between the current side height and elevation of the wave profile, which significantly impedes the accuracy of the measurement of wave parameters. The accuracy of the measurement of this device is influenced by external disturbances caused by the rolling of the vessel.

Целью настоящего предложения является повышение точности измерения параметров волнения. The purpose of this proposal is to increase the accuracy of measuring the parameters of the waves.

Указанная цель достигается тем, что в устройство, состоящее из антенны, приемопередатчика, измерителя частоты Доплера, блока измерения скорости, вычислителя высоты волн и фазовой скорости волн, вычислителя, схемы определения флюктуационной составляющей скорости, устройства для определения направления прихода волн, вычислителя угла встречи с волной, в котором антенна входом и выходом соединена с входом и выходом приемопередатчика, который двумя выходами соединен с двумя входами блока измерения высоты, который двумя выходами соединен с вычислителем и этими же выходами соединен с двумя входами вычислителя высоты волн и фазовой скорости волн и еще двумя выходами соединен с устройством для определения направления прихода волн, выход которого соединен со входом вычислителя угла встречи с волной, два других входа которого соединены соответственно с выходами вычислителя, вычислителя высоты волн и фазовой скорости волн и еще два входа устройства для определения направления прихода волн соединены с двумя выходами схемы определения флюктуационной составляющей скорости, которая двумя входами соединена с двумя выходами блока измерения скорости и еще двумя входами соединена с двумя выходами измерителя доплеровской частоты, который этими же выходами соединен с двумя входами блока измерения скорости, а измеритель частоты Доплера двумя входами соединен с еще двумя выходами приемопередатчика введены измерительный модуль и блок коррекции, который своими входами соответственно соединен с выходами вычислителя высоты волн и фазовой скорости волн, вычислителя угла встречи с волной, блока измерения скорости и двумя выходами измерительного модуля, который входом соединен с выходом блока измерения скорости, который еще двумя входами соединен с теми же выходами приемопередатчика, что и измеритель частоты Доплера, а выход блока коррекции является выходом устройства. This goal is achieved by the fact that in a device consisting of an antenna, a transceiver, a Doppler frequency meter, a speed measuring unit, a wave height and phase wave velocity calculator, a computer, a scheme for determining the fluctuation component of speed, a device for determining the direction of arrival of waves, a computer for meeting the angle of a wave in which the antenna is connected by an input and an output to the input and output of a transceiver, which is connected by two outputs to two inputs of a height measuring unit, which is connected by two outputs to the calculator and the same outputs are connected to two inputs of the calculator of wave height and phase velocity of the waves and two more outputs are connected to a device for determining the direction of arrival of the waves, the output of which is connected to the input of the calculator of the angle of encounter with the wave, the other two inputs of which are connected respectively to the outputs of the calculator, calculator of wave height and phase velocity of the waves and two more inputs of the device for determining the direction of arrival of the waves are connected to two outputs of the circuit for determining the fluctuation component of the velocity, which two inputs are connected to two outputs of the speed measuring unit and two more inputs are connected to two outputs of the Doppler frequency meter, which is connected by these outputs to two inputs of the speed measuring unit, and a Doppler frequency meter is connected by two inputs to two more outputs of the transceiver and a correction unit, which is respectively connected by its inputs to the outputs of a wave height and phase wave velocity calculator, a wave angle calculator, a speed measuring unit, and two the outputs of the measuring module, which is connected by an input to the output of the speed measuring unit, which is connected by two more inputs to the same outputs of the transceiver as the Doppler frequency meter, and the output of the correction unit is the output of the device.

Блок-схема предлагаемого устройства представлена на чертеже (фиг. 1): антенна 1, приемопередатчик 2, блок измерения высоты 3, измеритель частоты Доплера 4, блок измерения скорости 5, вычислитель высоты волн и фазовой скорости волн 6, вычислитель 7, устройство для определения направления прихода волн 8, схема определения флюктуационной составляющей скорости 9, вычислитель угла встречи с волной 10, измерительный модуль 11, блок сопряжения 12. A block diagram of the proposed device is presented in the drawing (Fig. 1): antenna 1, transceiver 2, height measurement unit 3, Doppler frequency meter 4, speed measurement unit 5, wave height and phase wave velocity calculator 6, calculator 7, device for determining directions of arrival of waves 8, a scheme for determining the fluctuation component of speed 9, a calculator of the angle of encounter with wave 10, a measuring module 11, an interface unit 12.

Антенна 1 представляет собой волноводно-щелевую антенну с рабочим раскрывом 325 х 310 мм, образованный 29-ю излучающими алюминиевыми волноводами с наклонными щелями на узкой стенке. Запитка излучающих волноводов осуществляется двумя поперечными волноводами со щелями и обеспечивает получение с одного раскрыва четырех лучей излучения с шириной диаграммы направленности 4o, 5. Антенна также включает волноводный тракт с циркулятором, элементы нагрузки.Antenna 1 is a slotted waveguide antenna with a working opening of 325 x 310 mm, formed by the 29th radiating aluminum waveguides with inclined slots on a narrow wall. The power of the emitting waveguides is carried out by two transverse waveguides with slots and provides four radiation beams from a single aperture with a beam width of 4 o , 5. The antenna also includes a waveguide path with a circulator, load elements.

Приемопередатчик 2 (фиг. 2) состоит из генератора сверхвыской частоты 13, фильтра-резонатора 14, диодного смесителя 15, усилителя 16, блока автоматической подстройки зоны генератора 17, модулятора 18, синхронного детектора 19. The transceiver 2 (Fig. 2) consists of an ultrahigh frequency generator 13, a filter resonator 14, a diode mixer 15, an amplifier 16, a block for automatically adjusting the zone of the generator 17, modulator 18, and a synchronous detector 19.

Блок измерения высоты 3 (фиг. 3) состоит из схемы установки начальной высоты 20, интегратора 21 и преобразователя "напряжение-код" 22. The height measurement unit 3 (Fig. 3) consists of a setup circuit for the initial height 20, an integrator 21, and a voltage-code converter 22.

Измеритель частоты Доплера 4 (фиг. 4) состоит из блока фильтров доплеровских частот 23, блока формирователей 24, схемы спорных частот 25, схемы коммутации 26, электронного сумматора доплеровских частот 27, блока выходных делители 28. The Doppler frequency meter 4 (Fig. 4) consists of a block of Doppler frequency filters 23, a block of formers 24, a controversial frequency circuit 25, a switching circuit 26, an electronic adder of Doppler frequencies 27, an output divider block 28.

Блок измерения скорости (фиг. 5) состоит из инвертора 29, дифференцирующей цепи 30, формирователя 31, двух триггеров 32, 33, сумматора 34, усилителя 35. The speed measuring unit (Fig. 5) consists of an inverter 29, a differentiating circuit 30, a shaper 31, two triggers 32, 33, an adder 34, an amplifier 35.

Вычислитель высоты волн и фазовой скорости волн 6 (фиг. 6) состоит из схемы выделения флюктуационной составляющей 36, схемы выпрямления 37, усилителя-ограничителя 38, интегратора 39, преобразователя "напряжение-код" 40. The calculator of the wave height and phase velocity of the waves 6 (Fig. 6) consists of a circuit for isolating the fluctuation component 36, a rectification circuit 37, an amplifier-limiter 38, an integrator 39, a voltage-to-code converter 40.

Вычислитель 7 (фиг. 7) состоит из интегратора 41, включающего схему И 42, интегратора 43, пороговое устройство 44, схемы выделения знаков 45, включающим сумматор 46, пороговое устройство 47 и преобразователя углов 48, включающего схему занесения знака в код 49 и схему вычисления знака 50. The calculator 7 (Fig. 7) consists of an integrator 41, including an AND 42 circuit, an integrator 43, a threshold device 44, a sign extraction circuit 45, including an adder 46, a threshold device 47, and an angle transformer 48, including a character entry circuit in code 49 and a circuit sign calculation 50.

Устройство для определения направления прихода волн 8 (фиг. 8) состоит из схемы и 51, сумматора 52, преобразователя аналог-цифра 53, делителя 54, умножителя 55, функционального вычислителя 56. A device for determining the direction of arrival of waves 8 (Fig. 8) consists of a circuit 51 and an adder 52, an analog-to-digital converter 53, a divider 54, a multiplier 55, and a functional calculator 56.

Схема определения флюктуационной составляющей скорости 9 (фиг. 9) состоит из преобразователя частота-напряжение 57, схемы выделения флюктуационной составляющей 58, усилителя-ограничителя 59. The circuit for determining the fluctuation component of speed 9 (Fig. 9) consists of a frequency-voltage converter 57, a circuit for isolating the fluctuation component 58, and an amplifier-limiter 59.

Вычислитель угла встречи с волной 10 (фиг. 10) состоит из инвертора знака 60, схемы коммутации 61, сумматора 62, вычитающего устройства 63. The calculator of the angle of encounter with wave 10 (Fig. 10) consists of an inverter of sign 60, a switching circuit 61, an adder 62, a subtractor 63.

Аналогами блоков 1-10 являются устройства, описанные в кн. Колчинский В. Е. , Константиновский М.И. Доплеровские устройства и системы навигации. М., Советское радио, 1975, а также в заявке N 93-026874 (09) 027093 от 19.05.93 г. и авторских свидетельствах NN 296711 - 1989 г., 326577 - 1991 г., 198466 - 1989 г. Analogues of blocks 1-10 are the devices described in the book. Kolchinsky V.E., Konstantinovsky M.I. Doppler devices and navigation systems. M., Soviet Radio, 1975, and also in the application N 93-026874 (09) 027093 dated 05/19/93 and copyright certificates NN 296711 - 1989, 326577 - 1991, 198466 - 1989.

Измерительный модуль 11 состоит из ньютометра и аналого-цифрового преобразователя. Ньютометр описан в кн. В.Д. Андреев. Теория инерциальной навигации. М., Наука, 1966, 580 с. - с. 16-21. The measuring module 11 consists of a newmeter and an analog-to-digital Converter. The newmeter is described in book. V.D. Andreev. Theory of inertial navigation. M., Science, 1966, 580 p. - with. 16-21.

Аналого-цифровой преобразователь (фиг. 11) представляет собой интегрирующий преобразователь, в котором такты интегрирования регулирует схема синхронизации и управления, связанная с выходом второго компаратора. В первом такте входной сигнал (верхнее положение переключателя) интегрируется в течение фиксированного интервала времени, определяемого схемой синхронизации и управления. Во втором такте (нижнее положение переключателя) на вход интегратора подается сигнал спорного напряжения. Время интегрирования во втором такте переменно и определяется моментом равенства нулю выходного напряжения интегратора. Аналоги описаны в кн. Ю.М. Смирнов, Г.И. Воробьев. Специализированные ЭВМ. М., Высшая школа, 1989-144 с., с. 72-87. The analog-to-digital converter (Fig. 11) is an integrating converter in which the synchronization and control circuit associated with the output of the second comparator controls the integration cycles. In the first cycle, the input signal (upper switch position) is integrated over a fixed time interval determined by the synchronization and control circuit. In the second cycle (lower position of the switch), the voltage signal is supplied to the integrator input. The integration time in the second cycle is variable and is determined by the moment the output voltage of the integrator is equal to zero. Analogs are described in the book. Yu.M. Smirnov, G.I. Vorobiev. Specialized computers. M., Higher School, 1989-144 p., P. 72-87.

Блок коррекции 12 (фиг. 12) состоит из коммутатора 64, электронного сумматора 65, микропроцессора 66, преобразователя "частота-код" 67, преобразователя "напряжение-код" 68, схемы сравнения 69, выходного блока 70. Correction block 12 (Fig. 12) consists of a switch 64, an electronic adder 65, a microprocessor 66, a frequency-to-code converter 67, a voltage-to-code converter 68, a comparison circuit 69, and an output block 70.

Микропроцессор 66 собран на базе комплекта БИС К1804 (Комплект БИС К1804 в процессорах и контроллерах) В.М. Мещеряков, И.Е. Лобов, С.С. Глебов и др. - Под ред. В.Б. Смолова / М.,: Радио и связь, 1990 - 256 с.). Microprocessor 66 is assembled on the basis of the BIS K1804 kit (The BIS K1804 kit in processors and controllers) V.M. Meshcheryakov, I.E. Lobov, S.S. Glebov et al. - Ed. B. B. Smolova / M.,: Radio and communications, 1990 - 256 p.).

Устройство работает следующим образом. Генератор сверхвысокочастотных колебаний 13 через циркулятор в антенне 1; в режиме вентиля нагружен на фильтр-зонатор 14, который служит для автоматической подстройки зоны генератора и температурной стабилизации. Частотная модуляция генератора осуществляется блоком АПЗГ 17. Излученный антенной 1 сигнал отражается от подстилающей морской поверхности и после приема этой же антенной через циркулятор направляется на диодный смеситель 15, в качестве которого используется детекторная секция на базе диода Шотки с малыми шумами. The device operates as follows. The generator of microwave oscillations 13 through the circulator in the antenna 1; in valve mode, it is loaded onto filter zoning 14, which serves to automatically adjust the generator zone and temperature stabilization. The frequency modulation of the generator is carried out by the APSG unit 17. The signal emitted by antenna 1 is reflected from the underlying sea surface and, after reception by the same antenna, is sent through a circulator to a diode mixer 15, which uses a detector section based on a Schottky diode with low noise.

После преобразования с частью излучаемого сигнала, величина которого регулируется специальным винтом, принятый сигнал (первая гармоника) фильтруется и усиливается в блоке 16, частота настройки которого равна частоте модуляции, полоса - удвоенной полосе спектра при максимальной скорости судна. Сигнал с выхода бл. 16 поступает на синхронный детектор 19. После синхронного детектирования с модулирующим сигналом выделяется переменное напряжение частотой Доплера. After conversion with a part of the emitted signal, the magnitude of which is regulated by a special screw, the received signal (first harmonic) is filtered and amplified in block 16, the tuning frequency of which is equal to the modulation frequency, the band is the doubled band of the spectrum at the maximum speed of the vessel. The signal from the output bl. 16 arrives at the synchronous detector 19. After synchronous detection with a modulating signal, an alternating voltage is emitted by the Doppler frequency.

В приемопередатчике 2 используется режим частотной манипуляции, описанный в кн. Варкапатян А.Г., Коршунов Г.И., Наделяев М.А. и др. Автоматизация контроля параметров водной среды. - Л.: Судостроение, 1988, 232 с. In the transceiver 2 uses the frequency manipulation mode described in the book. Varkatapyan A.G., Korshunov G.I., Nadelyaev M.A. and others. Automation of control of the parameters of the aquatic environment. - L .: Shipbuilding, 1988, 232 p.

С блока 2 сигналы подаются на блоки 3 и 4, в блоке 4 обеспечивается выполнение следующих функций:
- фильтрация доплеровских сигналов;
- усиления доплеровских сигналов;
- преобразование формы доплеровских сигналов из синусоидальной формы в прямоугольную.
From block 2, the signals are sent to blocks 3 and 4, in block 4 the following functions are provided:
- filtering Doppler signals;
- amplification of Doppler signals;
- transformation of the shape of the Doppler signals from a sinusoidal shape to a rectangular one.

Фильтры низких частот представляют собой аналоговые активные фильтры, пропускающие железные сигналы в диапазоне частот от 0 до 6500 Гц. Основные помехи находятся на частоте 20 кГц, на которой работает преобразователь напряжения питания, 75 и 100 кГц - на частотах модуляции СВЧ сигнала. Low-pass filters are analog active filters that pass iron signals in the frequency range from 0 to 6500 Hz. The main interference is at a frequency of 20 kHz, at which the power voltage converter operates, 75 and 100 kHz - at the frequencies of the modulation of the microwave signal.

Формирователи формы сигнала преобразуют доплеровские сигналы синусоидальной формы, изменяющиеся по амплитуде и частоте, и сигналы прямоугольной формы с постоянной амплитудой и постоянной длительностью импульсов, равной минимальному периоду полезного сигнала. Во время длительного импульса формирователь не чувствителен ко входным сигналам. Таким образом, происходит дополнительная фильтрация полезного сигнала от помех, обусловленных вибрацией корпуса приемопередатчика. Данные помехи критичны при маленьких амплитудах доплеровского сигнала, при слабом отраженном сигнале СВЧ энергии, т.е. при малом отношении сигнал/шум. Так как во время опорного периода доплеровские сигналы проходят два перехода через нулевое состояние, то частота прямоугольных импульсов на выходе формирователя в два раза выше входного доплеровского сигнала. Shapes of the waveform convert Doppler signals of a sinusoidal shape, varying in amplitude and frequency, and signals of a rectangular shape with a constant amplitude and a constant pulse duration equal to the minimum period of the useful signal. During a long pulse, the shaper is not sensitive to input signals. Thus, additional filtering of the useful signal from interference caused by vibration of the transceiver housing occurs. These interference are critical at small amplitudes of the Doppler signal, with a weak reflected signal of microwave energy, i.e. with a small signal to noise ratio. Since during the reference period the Doppler signals pass two transitions through the zero state, the frequency of the rectangular pulses at the output of the driver is twice as high as the input Doppler signal.

Схема опорных частот 25 содержит кварцевый генератор на 200 кГц, распределитель опорных импульсных сигналов, делитель частоты. На делителе частоты формируется опорный временной интервал 0,25 с. Распределитель опорных импульсных сигналов содержит устройства синхронизации в количестве соответствующем количеству формируемых антенной лучей. Каждое устройство синхронизации, представляющее из себя логическое триггерное кольцо, предназначенное для синхронизации опорной частотой импульсных последовательностей доплеровского сигнала. Для каждого устройства синхронизации применяется опорная частота, полученная на распределителе опорных сигналов, импульсы которого разнесены во времени. Таким образом, происходит разнесение во времени доплеровских импульсных сигналов от каждого луча. The reference frequency circuit 25 contains a 200 kHz crystal oscillator, a reference pulse signal distributor, and a frequency divider. A reference time interval of 0.25 s is formed on the frequency divider. The reference pulse signal distributor comprises synchronization devices in an amount corresponding to the number of rays generated by the antenna. Each synchronization device, which is a logical trigger ring, designed to synchronize the reference frequency of the pulse sequences of the Doppler signal. For each synchronization device, the reference frequency obtained at the reference signal distributor is applied, the pulses of which are spaced in time. Thus, the time diversity of the Doppler pulsed signals from each beam occurs.

Сигналы бл. 4 поступают на бл. 5, где формируются импульсные последовательности с частотами, пропорциональными продольной и поперечной составляющим скорости движения. В качестве входной информации используется также доплеровский сигнал, поступающий из приемопередатчика 2 для определения знака движения. Так как для каждого луча после демодуляции получены два одинаковых доплеровских сигнала со сдвигом фаз между ними, то взяв в качестве опорного сигнала один из них, определяем знак фазы другого сигнала, который характеризует знак направления движения судна. Bl signals 4 arrive at bl. 5, where pulse sequences are formed with frequencies proportional to the longitudinal and transverse components of the speed of movement. The Doppler signal coming from the transceiver 2 to determine the sign of movement is also used as input information. Since two identical Doppler signals with a phase shift between them are received for each beam after demodulation, taking one of them as a reference signal, we determine the phase sign of the other signal, which characterizes the sign of the direction of movement of the vessel.

На бл. 3 с бл. 2 подается сигнал разностной частоты Fp(t)=f1(t)-f2(t) (мгновенная частота преобразованного сигнала), которая несет информацию о сдвиге τ законов изменения частоты изучаемого f1 и принимаемого f2 сигналов

Figure 00000002

где Δf - девиация частоты;
TΔf - период модуляции.On bl. 3 s bl. 2, the difference frequency signal F p (t) = f 1 (t) -f 2 (t) (instantaneous frequency of the converted signal) is supplied, which carries information on the shift τ of the laws of change in the frequency of the studied f 1 and received f 2 signals
Figure 00000002

where Δf is the frequency deviation;
T Δf is the modulation period.

В бл. 3 при измерении высоты движения от антенны до подстилающей поверхности, используется пропорциональная связь ее с разностной частотой
H = ΔtFp,
где

Figure 00000003
коэффициент пропорциональности.In bl. 3 when measuring the height of movement from the antenna to the underlying surface, its proportional relationship with the difference frequency is used
H = ΔtF p ,
Where
Figure 00000003
coefficient of proportionality.

Определение величины Fр с бл. 3 сводится к счету числа импульсов, (например, положительных полуволн сигнала разностной частоты) за период модуляции.Determination of the value of F p with bl. 3 reduces to counting the number of pulses (for example, positive half-waves of the difference frequency signal) for the modulation period.

При излучении попеременно с частотой манипуляцией двух сигналов
f1,2(t) = Em1,2cos(ω1,21,2),
где Em1,21,21,2 - амплитуда, частота и фаза соответственно, принятые сигналы имеют вид:

Figure 00000004

где Ω1,2(t) - доплеровские частоты;
K1,2 - волновые числа;
R - наклонная дальность.When emitting alternately with the frequency of the manipulation of two signals
f 1,2 (t) = E m1,2 cos (ω 1,2 + φ 1,2 ),
where E m1,2 , ω 1,2 + φ 1,2 - amplitude, frequency and phase, respectively, the received signals have the form:
Figure 00000004

where Ω 1,2 (t) are the Doppler frequencies;
K 1,2 - wave numbers;
R is the slant range.

Разность фаз удобнее измерять у напряжений, имеющих низкую частоту, например Доплера. Такие сигналы образуются путем смещения принятого сигнала с частью излучаемого:
f1,2(t) = Emсм•2cos(Ω1,2(t)±2K1,2R).
При этом разность фаз при K1 < K2 равняется

Figure 00000005

Постоянная составляющая (Δφ) пропорциональна средней дальности до поверхности, а переменная ее профиль, причем размах переменной составляющей
Figure 00000006
пропорциональна высоте волны, т.е. для выделения высоты волны необходимо измерить разность фаз с выделением из результата флюктуационной составляющей, что производится в бл. 6.The phase difference is more convenient to measure for voltages having a low frequency, such as Doppler. Such signals are formed by shifting the received signal with part of the emitted:
f 1,2 (t) = E mcm • 2cos (Ω 1,2 (t) ± 2K 1,2 R).
In this case, the phase difference for K 1 <K 2 is
Figure 00000005

The constant component (Δφ) is proportional to the average distance to the surface, and the variable is its profile, and the amplitude of the variable component
Figure 00000006
proportional to the height of the wave, i.e. to highlight the wave height, it is necessary to measure the phase difference with the allocation of the fluctuation component from the result, which is done in bl. 6.

В вычислителе 7 производится измерение τ. В бл. 9 производится преобразование напряжения доплеровской частоты в последовательность импульсов с частотой следования, равной частоте Доплера и согласование этой последовательности, но с переменной постоянной времени, что необходимо для более эффективного согласованния флюктуаций частоты Доплера, вызванных случайным характером принятого сигнала, и выделения флюктуаций, вызванных волнением. In the calculator 7, the measurement of τ. In bl. 9, the voltage of the Doppler frequency is converted into a sequence of pulses with a repetition rate equal to the Doppler frequency and matching of this sequence, but with a variable time constant, which is necessary for more efficient matching of Doppler frequency fluctuations caused by the random nature of the received signal and the isolation of fluctuations caused by the wave.

Сигналы скорости и высоты подаются в блок 8, где происходит определение угла прихода волны для каждой пары лучей в соответствии с алгоритмами, описанными в прототипе. Сигналы с бл. 6, 7, 8 подаются на бл. 10, где полученные углы приводятся к диаметральной плоскости судна. The speed and altitude signals are sent to block 8, where the angle of arrival of the wave for each pair of rays is determined in accordance with the algorithms described in the prototype. Signals from bl. 6, 7, 8 are served on bl. 10, where the angles obtained are reduced to the diametrical plane of the vessel.

Бл. 11 обеспечивает измерение собственных вертикальных перемещений объекта, сигналы о которых в цифровом виде подаются на бл. 12. Bl 11 provides a measurement of the proper vertical movements of the object, signals about which are digitally fed to bl. 12.

Так как каналы измерения не являются узкополостными, то на выходе бл. 5, 6, 7, 11 сигналы содержат спектральные составляющие, искаженные шумами измерения. Для очищения этих сигналов от помех введен бл. 12 в котором обеспечивается решение передаточных функций вида (фиг. 13)

Figure 00000007

Figure 00000008

Figure 00000009

Структурная схема, поясняющая решение задачи очищения сигналов от помех, вызванных шумами измерения приведена на фиг. 14, где h(t) и ζ(t) измеряемые абсолютная высота движения и высота профиля волн; h'(t) и ζ(t) оценки этих величин: l1(t)= h(t)-h'(t) и l2(t)= (t)-'(t) - ошибки измерений; V01(t) и V02(t) - погрешности измерения бл. 2 и 11; W1A(S) и WA1(S) известные передаточные функции бл. 2 и 11; W1,2,3(S) искомые передаточные функции каналов очищения сигналов в бл. 12.Since the measurement channels are not narrow-band, the output bl. 5, 6, 7, 11, the signals contain spectral components distorted by the measurement noise. To clear these signals from interference, bl. 12 which provides a solution to the transfer functions of the form (Fig. 13)
Figure 00000007

Figure 00000008

Figure 00000009

A block diagram explaining the solution to the problem of clearing signals from interference caused by measurement noise is shown in FIG. 14, where h (t) and ζ (t) are the measured absolute height of movement and the height of the wave profile; h '(t) and ζ (t) are the estimates of these quantities: l 1 (t) = h (t) -h' (t) and l 2 (t) = (t) - '(t) are the measurement errors; V 01 (t) and V 02 (t) - measurement errors bl. 2 and 11; W 1A (S) and W A1 (S) are known transfer functions of bl. 2 and 11; W 1,2,3 (S) the desired transfer functions of the signal purification channels in bl. 12.

Ввод новых элементов выгодно отличает предлагаемое устройство от аналогов и прототипов, т.к. обеспечивается полный набор спектральных составляющих измеряемых параметров в наиболее очищенном от помех виде, что обеспечивает высокую точность и безинерционность измерений. Выполненная оценка точности измерения посредством предлагаемого устройства показала, что при h3% = 4 м (неполное шестибальное волнение), φ = 45°,Δf = 0,01 Гц и характерной скорости высокоскоростных подвижных объектов (например, экраноплан) V = 150 м/с среднеквадратичное значение ошибки измерения составит:

Figure 00000010

что значительно выше, чем у аналогов и прототипа: 0,031 < 0,2 м при волнении моря около 6 баллов по шкале Гугмо.The introduction of new elements distinguishes the proposed device from analogues and prototypes, because a complete set of spectral components of the measured parameters is provided in the form most cleared of interference, which ensures high accuracy and inertia of measurements. An assessment of the accuracy of measurement by the proposed device showed that at h 3% = 4 m (incomplete six-wave excitement), φ = 45 ° , Δf = 0.01 Hz and the characteristic velocity of high-speed moving objects (for example, ekranoplan) V = 150 m / with the rms value of the measurement error is:
Figure 00000010

which is significantly higher than that of analogues and prototype: 0.031 <0.2 m with sea waves of about 6 points on the Gugmo scale.

Морское волнение является наиболее существенным возмущающим фактором для абсолютного большинства судов и неводоизмещающих морских аппаратов (на подводных крыльях или воздушной подушке, экранопланов; гидросамолетов и морских вертолетов при взлете и посадке), как объектов управления. Его влияние приводит к возникновению нежелательных колебательных движений, ухудшающих функциональную эффективность, безопасность и комфортность использования таких аппаратов по сравнению со случаем штилевого моря. Использование предлагаемого устройства позволит осуществлять адаптацию контура управления и характеристикам морского волнения. Sea waves are the most significant disturbing factor for the vast majority of ships and non-displacement marine vehicles (hydrofoils or air cushions, ekranoplanes; seaplanes and sea helicopters during takeoff and landing), as control objects. Its influence leads to the appearance of undesirable oscillatory movements, worsening the functional efficiency, safety and comfort of using such devices in comparison with the case of a calm sea. Using the proposed device will allow the adaptation of the control loop and the characteristics of sea waves.

Claims (1)

Устройство измерения параметров волнения, состоящее из антенны, приемопередатчика, измерителя частоты Доплера, блока измерения скорости, вычислителя высоты волн и фазовой скорости волн, вычислителя, схемы определения флуктуационной составляющей скорости, устройства для определения направления прихода волн, вычислителя угла встречи с волной, в котором антенна входом и выходом соединена с входом и выходом приемопередатчика, который двумя выходами соединен с двумя входами блока измерения высоты, который двумя выходами соединен с вычислителем и этими же выходами соединен с двумя входами вычислителя высоты волн и фазовой скорости волн и еще двумя выходами соединен с устройством для определения направления прихода волн, выход которого соединен со входом вычислителя угла встречи с волной, два других входа которого соединены соответственно с выходами вычислителя, вычислителя высоты волн и фазовой скорости волн и еще два входа устройства для определения направления прихода волн соединены с двумя выходами схемы определения флуктуационной составляющей скорости, которая двумя входами соединена с двумя выходами и блока измерения скорости и еще двумя входами соединена с двумя выходами измерителя доплеровской частоты, который этими же выходами соединен с двумя входами блока измерения скорости, а измеритель частоты Доплера двумя входами соединен с еще двумя выходами приемопередатчика, отличающееся тем, что введены измерительный модуль и блок коррекции, который своими входами соответственно соединен с выходами вычислителя высоты волн и фазовой скорости волн, вычислителя угла встречи с волной, блока измерения скорости и двумя выходами измерительного модуля, который входом соединен с выходом блока измерения скорости, который еще двумя входами соединен с теми же выходами приемопередатчика, что и измеритель частоты Доплера, а выход блока коррекции является выходом устройства. A device for measuring wave parameters, consisting of an antenna, a transceiver, a Doppler frequency meter, a speed measuring unit, a wave height and phase wave velocity calculator, a calculator, a fluctuation velocity component determination circuit, a device for determining a wave arrival direction, a wave angle calculator in which the antenna input and output is connected to the input and output of the transceiver, which is connected by two outputs to two inputs of a height measuring unit, which is connected to the body and the same outputs are connected to two inputs of the calculator of wave height and phase velocity of the waves and two more outputs are connected to a device for determining the direction of arrival of the waves, the output of which is connected to the input of the calculator of the angle of encounter with the wave, the other two inputs of which are connected respectively to the outputs of the calculator, a wave height and phase wave velocity calculator and two more inputs of the device for determining the direction of arrival of the waves are connected to two outputs of the circuit for determining the fluctuation component of the velocity, which it has two inputs connected to two outputs of a speed measuring unit and two more inputs connected to two outputs of a Doppler frequency meter, which is connected by these outputs to two inputs of a speed measurement unit, and a Doppler frequency meter by two inputs is connected to two more outputs of a transceiver, characterized in that a measuring module and a correction unit are introduced, which are respectively connected by their inputs to the outputs of the wave height and phase wave velocity calculator, the wave angle calculator, and the measurement unit speed measuring module and two outputs, which is input connected to the output of speed measurement block which has two inputs connected to the outputs of the same transceiver as the Doppler frequency meter, and the output correction unit is an output device.
RU96100918A 1996-01-16 1996-01-16 Device measuring parameters of seas RU2137153C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU96100918A RU2137153C1 (en) 1996-01-16 1996-01-16 Device measuring parameters of seas

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU96100918A RU2137153C1 (en) 1996-01-16 1996-01-16 Device measuring parameters of seas

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU96100918A RU96100918A (en) 1998-03-20
RU2137153C1 true RU2137153C1 (en) 1999-09-10

Family

ID=20175837

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU96100918A RU2137153C1 (en) 1996-01-16 1996-01-16 Device measuring parameters of seas

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2137153C1 (en)

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2487365C1 (en) * 2011-12-26 2013-07-10 Владимир Васильевич Чернявец Speed metre for icebreaking ships
RU2489731C1 (en) * 2012-01-10 2013-08-10 Антон Владимирович Чернявец Disturbance parameter measuring device
RU2492505C1 (en) * 2011-12-23 2013-09-10 Владимир Васильевич Чернявец Velocity metre
RU2501037C1 (en) * 2012-05-11 2013-12-10 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт прикладной физики Российской академии наук (ИПФ РАН) Radar method of determining parameters of large-scale wave on water surface
RU2523102C2 (en) * 2012-08-10 2014-07-20 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "ЮЖНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ" Gadget to measure sea wave parameters
RU2689539C1 (en) * 2017-11-30 2019-05-29 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Крымский федеральный университет имени В.И. Вернадского" Device for measuring parameters of sea wave

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Ванаев А.П., Чернявец В.В. Определение параметров волнения совмещенной системой измерения скорости судна и высоты волн. - Судостроение, N 8 - 9, 1993, с. 6 - 8. Загородников А.А. Радиолокационная съемка морского волнения. - Л.: Гидрометеоиздат, 1978, с. 141 - 158. *

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2492505C1 (en) * 2011-12-23 2013-09-10 Владимир Васильевич Чернявец Velocity metre
RU2487365C1 (en) * 2011-12-26 2013-07-10 Владимир Васильевич Чернявец Speed metre for icebreaking ships
RU2489731C1 (en) * 2012-01-10 2013-08-10 Антон Владимирович Чернявец Disturbance parameter measuring device
RU2501037C1 (en) * 2012-05-11 2013-12-10 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт прикладной физики Российской академии наук (ИПФ РАН) Radar method of determining parameters of large-scale wave on water surface
RU2523102C2 (en) * 2012-08-10 2014-07-20 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "ЮЖНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ" Gadget to measure sea wave parameters
RU2689539C1 (en) * 2017-11-30 2019-05-29 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Крымский федеральный университет имени В.И. Вернадского" Device for measuring parameters of sea wave

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP0348900A2 (en) Delay time measuring device
RU2384861C1 (en) Disturbance parametre measurement device
US6052080A (en) Rangefinder
US4067014A (en) Correlation receiver for doppler microwave landing system
RU2137153C1 (en) Device measuring parameters of seas
US3195136A (en) Time and distance of closest approach detector of moving object
US3577144A (en) Distance measuring systems
US3701151A (en) Method and apparatus for measuring the distance of travel and the speed of a moving object
US3958242A (en) System for measuring the velocity of a moving object
RU2602432C1 (en) Broadband phase-differential local radio navigation system
RU2018864C1 (en) Method of measuring distance in doppler speed vector meters for flying vehicles
RU2083998C1 (en) Doppler sensor of components of velocity vector, altitude and local vertical for helicopters and vertical landing space vehicles
RU32287U1 (en) Radar Range Finder
US5148178A (en) Precision ranging system
US2866190A (en) Microwave frequency control
RU2662803C1 (en) Aircraft ground speed and the crab angle measuring method
RU2487365C1 (en) Speed metre for icebreaking ships
RU2659821C1 (en) Aircraft ground speed and the crab angle measuring device
US2923000A (en) Microwave system for velocity measurements
RU2449311C1 (en) Method for remote measurement of wind speed and direction
US3898664A (en) Landing system with variable angular elevation glide path
GB1593429A (en) Fm radar
GB582492A (en) Improvements in or relating to apparatus for comparing the phase or time delay between two waves, and to distance measuring devices
RU2080620C1 (en) Speed indicator
US2865020A (en) Aircraft vertical velocity and drift angle measuring system