RU2348054C1 - Echo sounder for water anomaly identification - Google Patents
Echo sounder for water anomaly identification Download PDFInfo
- Publication number
- RU2348054C1 RU2348054C1 RU2007132363/28A RU2007132363A RU2348054C1 RU 2348054 C1 RU2348054 C1 RU 2348054C1 RU 2007132363/28 A RU2007132363/28 A RU 2007132363/28A RU 2007132363 A RU2007132363 A RU 2007132363A RU 2348054 C1 RU2348054 C1 RU 2348054C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- input
- output
- inputs
- unit
- controller
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Measurement Of Velocity Or Position Using Acoustic Or Ultrasonic Waves (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к акустическим локационным системам и предназначено для непрерывного распознавания аномалий водной среды с движущегося судна или обитаемого подводного аппарата.The invention relates to acoustic location systems and is intended for continuous recognition of anomalies in the aquatic environment from a moving vessel or inhabited underwater vehicle.
Аномалия водной среды представляет собой область водного пространства, где статистические характеристики полей океана значимо отличаются от фоновых значений. Методы распознавания аномалий водной среды широко используются при исследовании океана в интересах судоходства, экологии водной среды, в том числе при добыче полезных ископаемых на шельфе, для определения техногенного влияния хозяйственной деятельности и военно-морского флота на загрязнения гидросферы, и при решении других прикладных задач.An anomaly of the aquatic environment is a region of the water body where the statistical characteristics of the ocean fields significantly differ from the background values. Methods for recognizing anomalies of the aquatic environment are widely used in ocean research in the interests of shipping, the ecology of the aquatic environment, including the extraction of mineral resources on the shelf, to determine the technogenic impact of economic activity and the navy on pollution of the hydrosphere, and in solving other applied problems.
Распознавание аномалий водной среды состоит в определении наличия аномалии и причины ее образования: аномалия вызвана естественными процессами в океане или техногенным влиянием на водную среду.Recognition of anomalies in the aquatic environment consists in determining the presence of an anomaly and the reason for its formation: the anomaly is caused by natural processes in the ocean or anthropogenic impact on the aquatic environment.
Известны различные акустические системы, используемые для определения состояния водной среды и распознавания объектов (см., например, [1]-[5]).Various acoustic systems are known that are used to determine the state of the aquatic environment and to recognize objects (see, for example, [1] - [5]).
В частности, в эхолоте [4], содержащем синхронизатор, генератор импульсов, пьезовибратор, усилитель, детектор, пороговое устройство, блок индикации, устройство измерения временных интервалов, блок автоматической регулировки усиления (ВАРУ), блок ВАРУ позволяет стационаризировать амплитуду эхо-сигналов, изменяющуюся с глубиной. В этом эхолоте использование неадаптивного порогового устройства в условиях изменяющегося уровня шумов затрудняет правильное обнаружение эхо-сигналов от дна.In particular, in an echo sounder [4], which contains a synchronizer, a pulse generator, a piezoelectric vibrator, an amplifier, a detector, a threshold device, an indication unit, a time interval measuring device, an automatic gain control unit (VARU), and a VARU unit, it is possible to stationaryize the amplitude of the echo signals, which varies with depth. In this echo sounder, the use of a non-adaptive threshold device under conditions of a changing noise level makes it difficult to correctly detect echo signals from the bottom.
Акустическая система измерения расстояния, описанная в источнике [5], содержит микропроцессор, память, ряд интерфейсов, цифроаналоговый преобразователь, дисплей, передатчик, приемник, аналого-цифровой преобразователь, электроакустический преобразователь. В этой системе периодически излучается постоянная мощность передатчиком, приемник выполнен логарифмическим, то есть его коэффициент усиления по логарифмическому закону зависит от амплитуды входного сигнала. Выходной сигнал с приемника оцифровывается аналого-цифровым преобразователем, и поступает на обработку в микропроцессор с целью обнаружения эхо-сигнала от дна и измерения расстояния до него, причем используется адаптивный порог обнаружения, уровень которого зависит как от амплитуды сигнала, так и от уровня шумов, что позволяет уверенно обнаруживать эхо-сигналы от дна на фоне помехи ложных сигналов.The acoustic distance measuring system described in the source [5] contains a microprocessor, memory, a number of interfaces, a digital-to-analog converter, a display, a transmitter, a receiver, an analog-to-digital converter, and an electro-acoustic converter. In this system, constant power is periodically emitted by the transmitter, the receiver is made logarithmic, that is, its gain according to the logarithmic law depends on the amplitude of the input signal. The output signal from the receiver is digitized by an analog-to-digital converter, and fed to the microprocessor for the purpose of detecting the echo signal from the bottom and measuring the distance to it, using an adaptive detection threshold, the level of which depends on both the signal amplitude and the noise level, which allows you to confidently detect echo signals from the bottom against the background of interference of false signals.
Известен также эхолот [6], являющийся по технической сущности наиболее близким к предлагаемому. Этот эхолот, содержит последовательно соединенные микроконтроллер, передатчик, приемник и аналого-цифровой преобразователь, выход которого соединен с микроконтроллером, а также подключенный к передатчику и приемнику электроакустический преобразователь (электроакустическую антенну), и дисплей, вход которого подключен к микроконтроллеру, в него введены новые признаки, а именно: блок временной автоматической регулировки усиления, вход которого соединен с микроконтроллером, а передатчик выполнен со ступенчатой регулировкой мощности, вход регулировки которой подключен к микроконтроллеру, приемник выполнен с двумя входами регулировки усиления, первый вход регулировки, обеспечивающий ступенчатую регулировку усиления, подключен к микроконтроллеру, а второй вход регулировки подключен к выходу блока временной автоматической регулировки усиления.Also known is the echo sounder [6], which, by its technical nature, is closest to the proposed one. This echo sounder contains a microcontroller, a transmitter, a receiver, and an analog-to-digital converter in series, the output of which is connected to a microcontroller, as well as an electro-acoustic transducer (electro-acoustic antenna) connected to the transmitter and a receiver, and a display, the input of which is connected to the microcontroller, contains new signs, namely: a temporary automatic gain control unit, the input of which is connected to the microcontroller, and the transmitter is made with step-wise power adjustment, input The adjustment signal of which is connected to the microcontroller, the receiver is made with two gain control inputs, the first adjustment input, which provides step-by-step gain control, is connected to the microcontroller, and the second adjustment input is connected to the output of the temporary automatic gain control unit.
Недостатком эхолота, принятого за прототип, является невозможность обнаружения и распознавание аномалий водной среды с высокой достоверностью. Для известных эхолотов аномалии водной среды являются помехами в работе и в них приняты меры для уменьшения их влияния.The disadvantage of the echo sounder adopted as a prototype is the inability to detect and recognize anomalies in the aquatic environment with high reliability. For known echo sounders, anomalies in the aquatic environment are interferences in their work and measures have been taken to reduce their impact.
Задачей, решаемой изобретением, является расширение функциональных возможностей эхолота за счет обеспечения обнаружения и классификации аномалий в водной (морской) среде.The problem solved by the invention is to expand the functionality of the echo sounder by ensuring the detection and classification of anomalies in the aquatic (marine) environment.
Сущность изобретения заключается в том, что в эхолот для распознавания аномалий водной среды, содержащий последовательно соединенные контроллер и передатчик, вход установки параметров излучаемого сигнала которого подключен к контроллеру, дисплей и блок временной автоматической регулировки усиления, подключенные входами к контроллеру, аналого-цифровой преобразователь, а также электроакустическую антенну, введены подключенный к выходу передатчика коммутатор приема-передачи, выход которого соединен с входом аналого-цифрового преобразователя, а вход-выход подключен двунаправленной шиной к электроакустической антенне, последовательно соединенные блок цифровой фильтрации, подключенный информационным входом к аналого-цифровому преобразователю, а управляющим входом - к контроллеру, умножитель, подключенный вторым входом к блоку временной автоматической регулировки усиления, квадратор и блок усреднения, подключенный управляющим входом к выходу контроллера, а выходом - к входу контроллера, последовательно соединенные блок памяти, подключенный информационным и управляющим входами к контроллеру, блок двумерного усреднения, подключенный управляющим входом к выходу контроллера, блок сравнения с порогом и блок классификации аномалий, информационный вход которого соединен с выходом блока памяти, управляющий вход - с выходом контроллера, а выход - со вторым входом контроллера.The essence of the invention lies in the fact that in the echo sounder for recognizing anomalies in the aquatic environment, containing a controller and a transmitter connected in series, the input of which parameters of the emitted signal is connected to the controller, a display and a temporary automatic gain control unit connected by inputs to the controller, an analog-to-digital converter, as well as an electro-acoustic antenna, a receive-transmit switch connected to the output of the transmitter is introduced, the output of which is connected to the input of the analog-to-digital conversion call, and the input-output is connected by a bi-directional bus to the electro-acoustic antenna, a digital filtering unit is connected in series, connected by an information input to an analog-to-digital converter, and a control input is connected to a controller, a multiplier connected by a second input to a temporary automatic gain control unit, a quadrator and a unit averaging, connected by the control input to the controller output, and by the output - to the controller input, a memory block connected in series, connected to the information and control the inputs to the controller, a two-dimensional averaging unit connected by a control input to the controller output, a threshold comparison unit and an anomaly classification unit, the information input of which is connected to the output of the memory unit, the control input - with the controller output, and the output - with the second controller input.
Кроме этого, эхолот может содержать блок классификации аномалий, первый вход которого является входом пороговых значений, второй, третий и четвертый входы подключены соответственно к выходу блока обнаружения, выходу блока памяти и к выходу контроллера, к которому подключен выход блока классификации аномалий, при этом блок классификации аномалий содержит четыре пороговых элемента, два двухвходовых элемента И, два счетчика, два дешифратора и трехвходовый элемент И, при этом выходы первого и второго пороговых элементов соединены с соответствующими входами первого двухвходового элемента И, выходы третьего и четвертого пороговых элементов соединены с соответствующими входами второго двухвходового элемента И, выходы первого и второго двухвходовых элементов И соединены с тактовыми входами первого и второго счетчиков, подключенных выходами к входам первого и второго дешифраторов, выходы которых соединены с первым и вторым входами трехвходового элемента И, первые входы всех пороговых элементов и вторые входы дешифраторов подключены к первому входу блока классификации аномалий, третий вход и выход трехвходового элемента И подключены соответственно ко второму входу и выходу блока классификации аномалий, объединенные попарно вторые входы первого и второго, третьего и четвертого пороговых элементов подключены к третьему входу блока классификации аномалий, а третьи входы блоков сравнения с порогом и входы установки в ноль первого и второго счетчиков подключены к четвертому входу блока классификации аномалий.In addition, the echo sounder may contain an anomaly classification unit, the first input of which is a threshold value input, the second, third and fourth inputs are connected respectively to the output of the detection unit, the output of the memory unit and to the controller output to which the output of the anomaly classification unit is connected, while The classification of anomalies contains four threshold elements, two two-input elements And, two counters, two decoders and a three-input element And, while the outputs of the first and second threshold elements are connected to the inputs of the first two-input element And, the outputs of the third and fourth threshold elements are connected to the corresponding inputs of the second two-input element And, the outputs of the first and second two-input elements And are connected to the clock inputs of the first and second counters connected by the outputs to the inputs of the first and second decoders, the outputs of which are connected with the first and second inputs of the three-input element AND, the first inputs of all threshold elements and the second inputs of the decoders are connected to the first input of the ano classification block malium, the third input and output of the three-input element And are connected respectively to the second input and output of the anomaly classification block, paired the second inputs of the first and second, third and fourth threshold elements are connected to the third input of the anomaly classification block, and the third inputs of the threshold comparison blocks and inputs the zero settings of the first and second counters are connected to the fourth input of the anomaly classification block.
Сущность изобретения поясняется чертежами, на которых изображены:The invention is illustrated by drawings, which depict:
на фиг.1 - функциональная схема эхолота;figure 1 is a functional diagram of an echo sounder;
на фиг.2 - функциональная схема блок классификации аномалий;figure 2 is a functional block diagram of the classification of anomalies;
на фиг.3 - функциональная схема эхолота с пультом задания режимов и параметров.figure 3 is a functional diagram of an echo sounder with remote control modes and parameters.
На фиг.1-3 обозначены:Figure 1-3 marked:
1 - дисплей;1 - display;
2 - контроллер;2 - controller;
3 - блок временной автоматической регулировки (ВАРУ);3 - block automatic temporary adjustment (VARU);
4 - блок усреднения;4 - averaging unit;
5 - квадратор;5 - a quadrator;
6 - умножитель;6 - multiplier;
7 - блок цифровой фильтрации;7 - digital filtering unit;
8 - аналого-цифровой преобразователь (АЦП);8 - analog-to-digital Converter (ADC);
9 - электроакустическая антенна;9 - electro-acoustic antenna;
10 - блок памяти;10 - memory block;
11 - передатчик;11 - transmitter;
12 - коммутатор прием-передача;12 - receive-transmit switch;
13 - блок двумерного усреднения;13 - block two-dimensional averaging;
14 - пульт задания режимов и параметров;14 - remote control settings modes and parameters;
15 - блок сравнения с порогом;15 is a comparison block with a threshold;
16 - блок классификации аномалий;16 - block classification of anomalies;
17,…,20 - пороговые элементы;17, ..., 20 - threshold elements;
21, 22 - двухвходовые элементы И;21, 22 - two-input elements And;
23, 25 - счетчики;23, 25 - counters;
24, 26 - дешифраторы;24, 26 - decoders;
27 - трехвходовый элемент И.27 - three-input element I.
Предлагаемый эхолот для распознавания аномалий водной среды, содержит последовательно соединенные контроллер 2 и передатчик 11, вход установки параметров излучаемого сигнала которого подключен к контроллеру 2, дисплей 1 и блок 3 временной автоматической регулировки усиления, подключенные входами к контроллеру 2, аналого-цифровой преобразователь 8, а также электроакустическую антенну 9. Коммутатор 12 приема-передачи подключен к выходу передатчика 11, выход которого соединен с входом аналого-цифрового преобразователя 8, а вход-выход подключен двунаправленной шиной к электроакустической антенне 9. Эхолот содержит также последовательно соединенные блок 7 цифровой фильтрации, подключенный информационным входом к аналого-цифровому преобразователю 8, а управляющим входом - к контроллеру 2, умножитель 6, подключенный вторым входом к блоку 3 временной автоматической регулировки усиления, квадратор 5 и блок 4 усреднения, подключенный управляющим входом к выходу контроллера 2, а выходом - к входу контроллера 2, последовательно соединенные блок 10 памяти, подключенный информационным и управляющим входами к контроллеру 2, блок 13 двумерного усреднения, подключенный управляющим входом к выходу контроллера 2 и блок 15 сравнения с порогом (блок обнаружения), выход которого является выходом обнаружения (фиг.1).The proposed echo sounder for recognizing anomalies in the aquatic environment, contains a series-connected
Кроме этого, эхолот может содержать блок 16 классификации аномалий, первый вход которого является входом пороговых значений, второй, третий и четвертый входы подключены соответственно к выходу блока 15 обнаружения, выходу блока 10 памяти и к выходу контроллера 2, к которому подключен выход блока 16 классификации аномалий, при этом блок 16 классификации аномалий содержит четыре пороговых элемента 17,…,20, два двухвходовых элемента И 21 и 22, два счетчика 23 и 25, два дешифратора 24 и 26 и трехвходовый элемент И 27. Выходы первого и второго пороговых элементов 17 и 18 соединены с соответствующими входами первого двухвходового элемента И 21, выходы третьего и четвертого пороговых элементов 19 и 20 соединены с соответствующими входами второго двухвходового элемента И 22, выходы первого и второго двухвходовых элементов И 21 и 22 соединены с тактовыми входами первого и второго счетчиков 23 и 25, подключенных выходами к входам первого и второго дешифраторов 24 и 26, выходы которых соединены с первым и вторым входами трехвходового элемента И 27, первые входы всех пороговых элементов 17,…,20 и вторые входы дешифраторов 24 и 26 подключены к первому входу блока 16 классификации аномалий, третий вход и выход трехвходового элемента И 27 подключены соответственно ко второму входу и выходу блока 16 классификации аномалий, объединенные попарно вторые входы первого и второго, третьего и четвертого пороговых элементов 17,…,20 подключены к третьему входу блока 16 классификации аномалий, а третьи входы пороговых элементов 17,…,20 и входы установки в ноль первого и второго счетчиков 23 и 25 подключены к четвертому входу блока классификации аномалий (фиг.2).In addition, the echo sounder may include an
Эхолот может также содержать пульт 14 задания режимов и параметров, выходы которого соединены соответственно с входами установки параметров контроллера 2, блока 13 двумерного усреднения, блока 15 сравнения с порогом и первым входом блока 16 классификации аномалий.The sounder may also contain a
Для практического выполнения эхолота в качестве микроконтроллера 2 может быть применен микроконтроллер SBC 8360 фирмы "AXIOM" - одноплатный компьютер формата 3.5 дюйма промышленного исполнения на процессоре Celeron-1,1 ГГц фирмы Intel с набором интерфейсов и встроенным электронным Flash-диском для хранения программного обеспечения эхолота.For practical implementation of the echo sounder, AXIOM SBC 8360 microcontroller can be used as microcontroller 2 - a single-board industrial-format 3.5-inch computer with Intel's Celeron-1.1 GHz processor with a set of interfaces and an integrated electronic Flash-disk for storing the echo sounder software .
В качестве передатчика 11 может быть использован импульсный усилитель, собранный по мостовой схеме, причем путем изменения напряжения питания мостового выходного каскада можно изменять излучаемую мощность передатчика. В качестве дисплея может использоваться ЖКИ-монитор с VGA интерфейсом.As the
Блок 3 ВАРУ может быть реализован на основе счетчика, синхронизацию которого должен осуществлять контроллер 2, перебирающего последовательно адреса постоянного запоминающего устройства, в котором записан закон ВАРУ.
Блоки с 3 по 8 образуют приемный тракт.Blocks 3 through 8 form the receiving path.
Блоки 11, 12 образуют тракт передачи.
Блоки устройства обеспечивают выполнение следующих функций:The device blocks provide the following functions:
Электроакустическая антенна 9 - прием и передачу акустических сигналов.Electro-acoustic antenna 9 - reception and transmission of acoustic signals.
Дисплей 1 - отображение уровня фонового сигнала и аномалий.Display 1 - displays the background signal level and anomalies.
Контроллер 2 - управление: работой трактов приема, передачи обработки информации и распределением информационных потоков.Controller 2 - control: the operation of the reception paths, the transmission of information processing and the distribution of information flows.
Блоки 10, 13, 15, 16 - обработка информации, при этом:
- блок 10 - хранение данных о принимаемом сигнале по горизонтали и вертикали;- block 10 - storage of data about the received signal horizontally and vertically;
- блоки 13, 15 - выделение (обнаружение) аномалии по отношению к фоновому уровню сигнала;-
- блок 16 - отнесение аномалии к одному из двух классов:- block 16 - assignment of the anomaly to one of two classes:
а) аномалия естественного происхождения;a) an anomaly of natural origin;
б) аномалия вызвана техногенным влиянием на водную среду.b) the anomaly is caused by anthropogenic impact on the aquatic environment.
Пульт 14 задания режимов и параметров - обеспечивает включение и отключение эхолота и установки значений параметров:
а) мощности излучения, периода и длительности посылки сигнала передатчика 11;a) the radiation power, period and duration of the sending signal of the
б) полосы пропускания блока 7 цифровой фильтрации;b) the bandwidth of the
в) закона ВАРУ блока 3;c) the law of the
г) постоянной времени усреднения блоков 4 и 13 усреднения;d) the averaging time constant of averaging
д) значения порога блока 15 сравнения с порогом;d) the threshold value of the
е) значения параметров блока 16 классификации аномалий.e) the values of the parameters of
В блок 16 классификации аномалий (см. фиг.2):In
Пороговые элементы 17 и 18 и элемент И 21 определяют факт попадания горизонтального размера аномалии в конкретном периоде излучения в диапазон значений, соответствующий аномалии техногенного происхождения.The
Пороговые элементы 19 и 20 сравнения с порогом и элемент И 22 определяют факт попадания вертикального размера аномалии в конкретном элементе дальности в диапазон значений, соответствующий аномалии техногенного происхождения.The
Счетчики 23 и 25 подсчитывают общие качества попаданий, определяющие соответственно оценки горизонтального и вертикального размеров аномалий техногенного происхождения.
Дешифраторы 24 и 26 срабатывают при достижении счетчиками определенных значений, обеспечивающих высокую достоверность классификации аномалий.The
Элемент И 27 открывается при срабатывании дешифраторов и поступлении сигнала логической единицы с блока 15 сравнения с порогом, свидетельствующего об обнаружении аномалии.Element And 27 opens when the decoders are triggered and the logical unit signal arrives from the
Работа эхолота происходит следующим образом.The work of the echo sounder is as follows.
Зондирующий сигнал ультразвуковой частоты (с установленными значениями параметров) от передатчика 11 через коммутатор 12 прием-передача поступает в антенну 9 и излучается в водную среду. На время излучения сигнала коммутатор 12 прием-передача открыт в направлении передачи и закрыт в направление приема, защищая приемный тракт от попадания в него собственного зондирующего сигнала. Отраженный от аномалии водной среды сигнал, попадающий в зону диаграммы направленности антенны 9, поступает через коммутатор 12 прием-передача в приемный тракт. Аномалии водной среды характеризуются малой эффективной отражающей способностью по сравнению с дном и водной поверхностью. Сигналы, отраженные от аномалий, имеют малый контраст по отношению к фону и широкий частотный спектр, а уровень фонового сигнала может изменяться в широком динамическом диапазоне. Поэтому приемный тракт эхолота должен быть широкополосным, иметь высокую чувствительность и широкий динамический диапазон. Для обеспечения указанных технических характеристик приемный тракт выполнен цифровым. Отраженный сигнал, прошедший через коммутатор прием-передача 12 сразу же оцифровывается многоразрядным (16÷24 разрядным) аналого-цифровым преобразователем 8 (без предварительного аналогового усиления) и поступает в блок 7 цифровой фильтрации. В блоке 7 цифровой фильтрации производится полосовая фильтрация отраженного сигнала. Полоса пропускания фильтра согласована с длительностью зондирующего сигнала. При изменении длительности зондирующего сигнала от пульта 14 изменяется и полоса пропускания фильтра. Цифровой фильтр имеет высокую разрядность и пренебрежимо малый уровень собственных шумов.The probe signal of ultrasonic frequency (with the set parameter values) from the
Отфильтрованный сигнал поступает в умножитель 6, где умножается на коэффициент ВАРУ, изменяющийся по дистанции для выравнивания уровня сигнала, отраженного от аномалий, находящихся на разном расстоянии от носителя аппаратуры. Закон изменения коэффициента ВАРУ формируется блоком 3 и может быть одинаковым для всех условий или устанавливаться от пульта 14. Выходной сигнал умножителя 6 возводится в квадрат блоком 5 и усредняется в блоке 4 усреднения. На выходе блока 4 формируется сигнал, пропорциональный квадрату огибающей сигнала. Для эффективного выделения малоконтрастного полезного сигнала по отношению и мешающему фону используется принцип накопления энергии за ряд излучений зондирующего сигнала. Число накапливаемых отраженных сигналов зависит от времени, в течение которого аномалия попадает в диаграмму направленности антенны. Это время зависит от ширины диаграммы направленности, скорости движения носителя аппаратуры, периода излучения зондирующего сигнала и размера аномалии по горизонтали. Кроме накопления энергии по горизонтальному размеру аномалии, производится накопление энергии сигнала по вертикальному размеру аномалии. Вертикальный размер аномалии занимает ряд элементов дальности. Величина элемента дальности определяется длительностью зондирующего сигнала.The filtered signal enters the
Накапливаемые значения квадрата огибающей хранятся в блоке 10 памяти, куда они поступают из блока 4 усреднения через контроллер 2.The accumulated values of the envelope squared are stored in the
Если число эффективно накапливаемых периодов излучения равно N, а число эффективно накапливаемых элементов дальности равно М, то общее число используемых ячеек блока 10 памяти составляет N·М слов (N слов по горизонтали и М слов по вертикали). Накопленные значения квадрата огибающей по вертикали и горизонтали поступают в блок 13 двумерного усреднения, выполняющий типовую операцию двумерного усреднения , и в блок 16 классификации аномалий.If the number of effectively accumulated radiation periods is N, and the number of effectively accumulated range elements is M, then the total number of used cells of the
Усредненное значение сравнивается в блоке 15 сравнения с порогом, заданным, например, с пульта 14. При превышении порога, свидетельствующего о выделении аномалии, формируется сигнал обнаружения аномалии.The average value is compared in
Классификация аномалий осуществляется блоком 16 классификации аномалий по сигналу обнаружения, вырабатываемому блоком 15.Classification of anomalies is carried out by
Основными классификационными признаками, позволяющими разделить аномалии на два класса - естественная аномалия или аномалия техногенного происхождения - являются горизонтальный и вертикальный размеры аномалии. Аномалии техногенного происхождения имеют определенный диапазон значений горизонтальных и вертикальных размеров, причем вертикальный размер аномалий всегда меньше горизонтального размера.The main classification features that make it possible to divide anomalies into two classes — a natural anomaly or an anomaly of technogenic origin — are the horizontal and vertical dimensions of the anomaly. Anomalies of technogenic origin have a certain range of horizontal and vertical sizes, and the vertical size of the anomalies is always smaller than the horizontal size.
В блоке 16 производится проверка попадания горизонтального и вертикального размера аномалии в заданные допустимые пределы, причем допуск на вертикальный размер всегда уже, чем на горизонтальный.In
Если условия попадания в заданные пределы выполняются, то на выходе блока 16 классификации аномалий формируется сигнал логической единицы (высокий уровень), свидетельствующий о том, что обнаруженная аномалия имеет техногенное происхождение. В противном случае формируется сигнал логического нуля (низкий уровень) свидетельствующий о том, что обнаруженная аномалия естественного происхождения. Сигнал с выхода блока 16 классификации аномалий поступает в контроллер 2, который выдает на дисплей 1 сигнал для визуализации на экране признака класса аномалии. На дисплее визуализируется также сигнал огибающей, поступающий с выхода блока 4 усреднения, т.е. все аномалии (при их наличии) и средний уровень фона водной среды.If the conditions for falling within the specified limits are met, then at the output of the anomaly classification block 16 a logical unit signal is generated (high level), indicating that the detected anomaly is of technogenic origin. Otherwise, a logical zero signal (low level) is formed indicating that the detected anomaly is of natural origin. The signal from the output of the
Блок 16 классификации аномалий может быть реализован различными способами.
В варианте, представленном на фиг.2, работа блока 16 классификации аномалий происходит следующим образом.In the embodiment shown in figure 2, the operation of
Значения квадратов огибающей, соответствующие отсчетам горизонтального и вертикального размера аномалий последовательно поступают из блока 10 памяти на информационный вход 3 блока 16 классификации аномалий. Каждое поступающее значение горизонтального размера аномалии сравнивается в пороговых элементах 17 и 18 с порогом соответственно с нижним и верхним граничным значением горизонтального размера аномалии, установленным от пульта 14 с входа 1 блока 16. На время поступления очередного отсчета горизонтального размера аномалии пороговые элементы 17 и 18 открываются управляющим сигналом, поступающим от контроллера на вход 4 блока 16 классификации аномалий и на третьи входы пороговых элементов 17 и 18. При попадании очередного отсчета горизонтального размера в заданный допуск (между нижним и верхним значениями) на выходах пороговых элементов 17 и 18 формируются сигналы логической единицы, поступающие на входы элемента И 21, на выходе которого появляется сигнал логической единицы, посчитываемый счетчиком 23. Когда число, накапливаемое в счетчике, достигает пороговой величины, на которую предварительно установлен дешифратор 24 от пульта 14, на выходе дешифратора фиксируемая сигнал логической единицы.The values of the envelope squares corresponding to the samples of the horizontal and vertical size of the anomalies are sequentially supplied from the
Работа блока 16 классификации аномалий при поступлении отсчетов вертикального размера аномалии происходит аналогично.The operation of the
При этом аналогичным образом срабатывают блоки 19, 20, 22, 25 и 26. При попадании вертикального размера в заданный допуск срабатывает дешифратор 26 и на его выходе формируется сигнал логической единицы. В случае если аномалия обнаружена, на входе 2 блока 16 действует сигнал логической единицы, при этом на всех входах элемента И 27 действуют сигналы логической единицы. На выходе элемента И 27 появляется сигнал логической единицы, означающий, что обнаруженная аномалия техногенного происхождения.In this case, the
Все режимы и параметры работы эхолота могут быть фиксированными или устанавливаться оператором с помощью пульта 14 (см. фиг.3). В этом случае на пульте 14 задания режимов и параметров устанавливают необходимую мощность излучения, период и длительность посылки сигнала передатчика 11. Кроме того, на пульте 14 устанавливают полосы пропускания блока 7 цифровой фильтрации, закон ВАРУ блока 3, постоянные времени усреднения блоков 4 и 13 усреднения, значения порога блока 15 сравнения с порогом, значения параметров блока 16 классификации аномалий. Установка параметров производится от входящей в состав пульта 14 клавиатуры. Значения указанных параметров, устанавливаемых на пульте 14, зависит от координат места нахождения, глубины моря, времени года, скорости движения носителя аппаратуры и типовых гидрологических характеристик водной среды для данного района плавания, полученных из морских атласов (скорости распространения звука в воде, солености, температуры в зависимости от глубины). Базовые значения параметров для конкретного района плавания обычно устанавливаются до начала работы в этом районе и могут уточняться в процессе работы в районе. Трансляция параметров в приемопередающий тракт производится от пульта 14 через контроллер 2 в блоки 3, 4, 7, 11, а в блоки 13, 15, 16 - непосредственно от пульта 14.All modes and parameters of the echo sounder can be fixed or set by the operator using the remote control 14 (see figure 3). In this case, the necessary power of radiation, the period and duration of sending the signal of the
Высокая эффективность распознавания аномалий водной среды обеспечивается следующими новыми техническими решениями, заложенными в изобретение:The high efficiency of recognition of anomalies in the aquatic environment is provided by the following new technical solutions incorporated into the invention:
1. Приемный тракт эхолота выполнен цифровым, что позволяет существенно снизить уровень собственных шумов, обеспечить широкий динамический диапазон приемного тракта, обеспечить прием сигнала во всем необходимом частотном диапазоне, существенно повысить чувствительность приемного тракта, в результате чего обеспечивается качественный прием малоконтрастного (по отношению к фоновому уровню) сигнала, отраженного от аномалий водной среды.1. The receiving path of the echo sounder is digital, which can significantly reduce the level of intrinsic noise, provide a wide dynamic range of the receive path, provide signal reception in the entire necessary frequency range, significantly increase the sensitivity of the receive path, resulting in high-quality reception of low contrast (relative to the background level) of the signal reflected from anomalies in the aquatic environment.
2. Применено накопление энергии отраженных сигналов как по всему горизонтальному размеру аномалии за N периодов излучения зондирующего сигнала, так и по полному вертикальному размеру аномалии, определяемому числом элементарных дискретов дальности М, в результате общее число накапливаемых отраженных сигналов равно N·М, что эквивалентно повышению отношения сигнал/шум примерно в раз. При средних значениях размеров аномалий, типовых значениях параметров зондирующего сигнала, ширины диаграммы направленности антенны и скорости движения носителя величина составляет от 400 до 800, что обеспечивает увеличение отношения сигнал/шум от 20 до 28 раз. Это обеспечивает надежное обнаружение аномалий водной среды.2. The energy accumulation of the reflected signals is applied both over the entire horizontal size of the anomaly for N periods of radiation of the probe signal, and over the total vertical size of the anomaly, determined by the number of elementary discrete ranges M, as a result, the total number of accumulated reflected signals is N · M, which is equivalent to an increase signal to noise ratios at approximately time. With average values of the size of the anomalies, typical values of the parameters of the probing signal, the antenna radiation pattern width and the carrier velocity ranges from 400 to 800, which provides an increase in signal-to-noise ratio from 20 to 28 times. This provides reliable detection of anomalies in the aquatic environment.
3. Высокая эффективность классификации обеспечена выбором классификационных признаков, основанным на широком экспериментальном материале, полученном при проведении многолетних океанологических исследований и соответствующем построении блока 16 классификации аномалий.3. High classification efficiency is ensured by the selection of classification features based on a wide experimental material obtained during many years of oceanological research and the corresponding construction of
Таким образом, технический результат заключается в обеспечении обнаружения и классификации аномалий в водной, преимущественно морской, среде.Thus, the technical result is to ensure the detection and classification of anomalies in the aquatic, mainly marine, environment.
Высокая техническая эффективность изобретения подтверждена морскими испытаниями макета эхолота.The high technical efficiency of the invention is confirmed by sea trials of the model of the echo sounder.
Промышленная применимость изобретения определяется тем, что предлагаемый эхолот может быть изготовлен согласно приведенным описанию и чертежам с использованием известных средств для распознавания (обнаружения) аномалий водной (морской) среды.Industrial applicability of the invention is determined by the fact that the proposed echo sounder can be manufactured according to the above description and drawings using known means for recognizing (detecting) anomalies in the aquatic (marine) environment.
Источники информацииInformation sources
1. Патент РФ №1669288, МПК G01S 15/08, опубл. 27.09.1999.1. RF patent No. 1669288,
2. Патент РФ №2045081, МПК G01V 1/38, опубл. 27.09.1995.2. RF patent No. 2045081,
3. Заявка на изобретение №94025298 (G01S 15/00)3. Application for invention No. 94025298 (
4. Патент РФ №2123191, МПК G01S 15/00, опубл. 10.12.1998.4. RF patent No. 2123191,
5. Европейский патент А2 0340953, МПК G01S 7/52, G01S 15/88, опубл. 08.11.1989.5. European patent A2 0340953,
6. Патент РФ №2241242, МПК G01S 15/08, опубл. 27.11.2004 (прототип).6. RF patent №2241242,
Claims (2)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2007132363/28A RU2348054C1 (en) | 2007-08-27 | 2007-08-27 | Echo sounder for water anomaly identification |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2007132363/28A RU2348054C1 (en) | 2007-08-27 | 2007-08-27 | Echo sounder for water anomaly identification |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2348054C1 true RU2348054C1 (en) | 2009-02-27 |
Family
ID=40529965
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2007132363/28A RU2348054C1 (en) | 2007-08-27 | 2007-08-27 | Echo sounder for water anomaly identification |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2348054C1 (en) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2483323C1 (en) * | 2011-12-22 | 2013-05-27 | Закрытое акционерное общество "Морские комплексы и системы" | Method of forming high brightness and contrast location image and apparatus for realising said method |
RU2503029C2 (en) * | 2011-12-28 | 2013-12-27 | Игорь Федорович Шишкин | Method of detecting anomalies on water surface |
RU2720640C1 (en) * | 2019-02-21 | 2020-05-12 | Александр Петрович Волощенко | Small-size ultrasonic distance meter |
-
2007
- 2007-08-27 RU RU2007132363/28A patent/RU2348054C1/en active
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2483323C1 (en) * | 2011-12-22 | 2013-05-27 | Закрытое акционерное общество "Морские комплексы и системы" | Method of forming high brightness and contrast location image and apparatus for realising said method |
RU2503029C2 (en) * | 2011-12-28 | 2013-12-27 | Игорь Федорович Шишкин | Method of detecting anomalies on water surface |
RU2720640C1 (en) * | 2019-02-21 | 2020-05-12 | Александр Петрович Волощенко | Small-size ultrasonic distance meter |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US9268022B2 (en) | Underwater detection device and underwater detecting method | |
JP2007507691A (en) | Sonar systems and processes | |
RU2650835C1 (en) | Method of the target parameters determining by the sonar | |
RU2466419C1 (en) | Method of classifying sonar echo signal | |
RU2711406C1 (en) | Method of classification of hydro acoustic signals of marine objects noise emission | |
RU2348054C1 (en) | Echo sounder for water anomaly identification | |
RU2465618C1 (en) | Automatic classification system of short-range hydrolocator | |
US20140136142A1 (en) | Speed sensor | |
RU2650419C1 (en) | Sonar method of classification of underwater objects in a controlled area | |
RU2559159C1 (en) | Ice thickness measuring method | |
US9594165B2 (en) | Speed sensor | |
RU2541435C1 (en) | Method of determining iceberg immersion | |
RU2460088C1 (en) | Method of detecting local object on background of distributed interference | |
RU75060U1 (en) | ACOUSTIC LOCATION SYSTEM OF NEAR ACTION | |
RU2510608C1 (en) | Method of measuring thickness of ice from underwater vehicle | |
RU85001U1 (en) | DOPPLER ACOUSTIC LOCATOR FOR MONITORING THE WIND FIELD AND TURBULENCE IN THE ATMOSPHERIC BOUNDARY LAYER | |
RU2721307C1 (en) | Acoustic method and apparatus for measuring sea-wave parameters | |
RU143839U1 (en) | INTEGRATED HYDROACOUSTIC SYSTEM FOR SEARCHING HYDROBIONTS | |
RU83344U1 (en) | UNDERWATER OBJECT DETECTION DEVICE FOR EVALUATING A MEASUREMENT RANDOM OF A HYDROLOCATOR ECHO SIGNAL | |
RU2674552C1 (en) | Sonar method of object detection and measurement of parameters thereof | |
RU2779380C1 (en) | Detector of moving underwater objects against the background of biological noise in a shallow water area inhabited by nipper-prawns | |
RU2801053C1 (en) | Acoustic method for measuring motion parameters of the layered marine environment | |
RU2809350C1 (en) | Interference detector of moving underwater marine object with median signal filtering | |
RU2313110C1 (en) | Wave detector of non-uniformity | |
RU2657121C1 (en) | Method of processing sonar information |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PD4A | Correction of name of patent owner |