RU2503980C2 - System for determining water surface vibrations - Google Patents
System for determining water surface vibrations Download PDFInfo
- Publication number
- RU2503980C2 RU2503980C2 RU2011139838/28A RU2011139838A RU2503980C2 RU 2503980 C2 RU2503980 C2 RU 2503980C2 RU 2011139838/28 A RU2011139838/28 A RU 2011139838/28A RU 2011139838 A RU2011139838 A RU 2011139838A RU 2503980 C2 RU2503980 C2 RU 2503980C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- output
- input
- microbarographs
- low
- frequency amplifier
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Radar Systems Or Details Thereof (AREA)
Abstract
Description
Предлагаемая система относится к сейсмической и акустической разведке районов, покрытых водных, а именно к системам предупреждения о волнах цунами, возникающих вследствие подъема или опускания значительных водных масс океана.The proposed system relates to seismic and acoustic exploration of areas covered by water, namely, warning systems for tsunami waves arising from the rise or lowering of significant ocean water masses.
Известные способы и системы для определения возникновения волн цунами (авт. свид. СССР №№568.922, 769.455, 1.070.497, 1.584.586, 1.676.651, 1.721.563; патенты РФ №№2.030.789, 2.034.312, 2.041.476, 2.068.185, 2.093861, 2.007.792, 2.168.747, 2.201.599, 2.240.570, 2.319.984; патенты США №№3.943.514, 4.126.203, 5.124.651, 5.696.614; Бреховских Л.М. О цунами и наблюдениях над сверхдальним распространением звука в океане. - Бюл. Совета по сейсмологии АН СССР, 1956, №2, С.8-11; Дикарев В.И. Безопасность, защита и спасение человека. - СПб., 2007, С.156-162 и другие).Known methods and systems for determining the occurrence of tsunami waves (ed. Certificate of the USSR No. 568.922, 769.455, 1.070.497, 1.584.586, 1.676.651, 1.721.563; RF patents No. 2.030.789, 2.034.312, 2.041 .476, 2.068.185, 2.093861, 2.007.792, 2.168.747, 2.201.599, 2.240.570, 2.319.984; US patents Nos. 3,943.514, 4.126.203, 5.124.651, 5.696.614; Brekhovsky LM On tsunamis and observations of ultra-long-distance sound propagation in the ocean - Bull. Of the Council on Seismology of the Academy of Sciences of the USSR, 1956, No. 2, pp. 8-11; Dikarev VI. Safety, protection and salvation of a person. - SPb. , 2007, S.156-162 and others).
Из известных систем наиболее близкой к предлагаемой является «Система для определения колебаний водной поверхности» (патент РФ №2.319.984, G01V 1/38, 2006), которая и выбрана в качестве прототипа.Of the known systems closest to the proposed is the "System for determining the fluctuations of the water surface" (RF patent No. 2,319.984,
Известная система содержит микробарографы, разнесенные на фиксированные расстояния вдоль береговой линииThe known system contains microbarographs spaced at fixed distances along the coastline
Микробарографы подключены через схему сравнения к системе оповещения. Система также снабжена блоком памяти, пунктом контроля и двумя корреляторами.Microbarographs are connected via a comparison circuit to a warning system. The system is also equipped with a memory unit, a control point and two correlators.
Однако пункт контроля известной системы не позволяет подавлять узкополосные помехи и не обеспечивает повышение помехоустойчивости достоверности приема сложных сигналов с фазовой манипуляцией.However, the control point of the known system does not allow suppressing narrowband interference and does not increase the noise immunity of the reliability of the reception of complex signals with phase shift keying.
Технической задачей изобретения является повышение помехоустойчивости и достоверности приема сложных сигналов с фазовой манипуляцией путем ослабления узкополосных помех.An object of the invention is to increase the noise immunity and reliability of the reception of complex signals with phase shift keying by attenuation of narrowband interference.
Поставленная задача решается тем, что система для определения колебаний водной поверхности, содержащая, в соответствии с ближайшим аналогом, микробарографы, расположенные в виде разветвленной системы вдоль береговой линии и подключенные через схему сравнения к системе оповещения, блок памяти, пункт контроля и два коррелятора, каждый из которых состоит из последовательно подключенных к одному из крайних микробарографов перемножителя, второй вход которого через регулируемую линию задержки соединен с выходом другого крайнего микробарографа, фильтра нижних частот, экстремального регулятора и регулируемой линии задержки, второй выход которой является выходом коррелятора, система оповещения выполнена в виде последовательно подключенных к выходу схемы сравнения первого ключа, второй вход которого через первый преобразователь аналог-код соединен с выходом первого коррелятора, формирователя модулирующего кода, третий вход которого соединен с выходом схемы сравнения, фазового манипулятора, второй вход которого соединен с выходом задающего генератора, усилителя мощности и передающей антенны, последовательно подключенных к выходу второго коррелятора второго преобразователя аналог-код и второго ключа, второй вход которого соединен с выходом схемы сравнения, а выход подключен к второму входу формирователя модулирующего кода, пункт контроля выполнен в виде блока регистрации и анализа и последовательно включенных приемной антенны, усилителя высокой частоты, смесителя, второй вход которого соединен с выходом гетеродина, усилителя промежуточной частоты, первого перемножителя, второй вход которого соединен с выходом первого фильтра нижних частот, первого узкополосного фильтра, второго перемножителя, второй вход которого соединен с выходом усилителя промежуточной частоты, и первого фильтра нижних частот, второй вход схемы сравнения соединен с выходом блока памяти, микробарографы разнесены на фиксированное расстояние d, две пары крайних микробарографов разнесены на фиксированное расстояние nd, где n - количество микробарографов, отличается от ближайшего аналога тем, что пункт контроля снабжен третьим и четвертым перемножителями, вторым узкополосным фильтром, вторым фильтром нижних частот, первым и вторым фазоинверторами и блоком вычитания, причем к выходу усилителя промежуточной частоты последовательно подключены третий перемножитель, второй вход которого соединен с выходом второго фазо-инвертора, второй узкополосный фильтр, первый фазоинвертор, четвертый перемножитель, второй вход которого соединен с выходом усилителя промежуточной частоты, второй фильтр нижних частот и второй фазоинвертор, выход первого и второго фильтров нижних частот через блок вычитания подключены к входу блока регистрации и анализа.The problem is solved in that a system for determining fluctuations in the water surface, containing, in accordance with the closest analogue, microbarographs located in the form of a branched system along the coastline and connected through a comparison circuit to a warning system, a memory unit, a control point and two correlators, each of which consists of a multiplier connected in series to one of the extreme microbarographs, the second input of which is connected via an adjustable delay line to the output of the other extreme microbaro alarm, low-pass filter, extreme controller and adjustable delay line, the second output of which is the output of the correlator, the warning system is made in the form of a series-connected to the output of the comparison circuit of the first key, the second input of which through the first converter, the analog code is connected to the output of the first correlator, shaper modulating code, the third input of which is connected to the output of the comparison circuit, the phase manipulator, the second input of which is connected to the output of the master oscillator, power amplifier and a transmitting antenna, connected in series to the output of the second correlator of the second analog-code converter and a second key, the second input of which is connected to the output of the comparison circuit, and the output is connected to the second input of the modulating code generator, the control point is made in the form of a recording and analysis unit and connected in series a receiving antenna, a high-frequency amplifier, a mixer, the second input of which is connected to the output of the local oscillator, an intermediate-frequency amplifier, the first multiplier, the second input of which is connected n with the output of the first low-pass filter, the first narrow-band filter, the second multiplier, the second input of which is connected to the output of the intermediate-frequency amplifier, and the first low-pass filter, the second input of the comparison circuit is connected to the output of the memory unit, the microbarographs are spaced at a fixed distance d, two pairs extreme microbarographs spaced a fixed distance nd, where n is the number of microbarographs, differs from the closest analogue in that the control point is equipped with a third and fourth multiplier, the second a band-pass filter, a second low-pass filter, a first and second phase inverters and a subtraction unit, and a third multiplier is connected in series to the output of the intermediate-frequency amplifier, the second input of which is connected to the output of the second phase inverter, the second narrow-band filter, the first phase inverter, the fourth multiplier, the second input which is connected to the output of the intermediate frequency amplifier, a second low-pass filter and a second bass reflex, the output of the first and second low-pass filters through the subtraction unit They are connected to the input of the registration and analysis unit.
Структурная схема системы для определения колебаний водной поверхности представлена на фиг.1. Структурная схема пункта контроля представлена на фиг.2. Временные диаграммы, поясняющие работу системы, изображены на фиг.3. Система содержит приемники 1.i (i=1, 2, …, n) колебаний атмосферного давления (микробарографы), расположенные в виде разветвленной системы вдоль береговой линии и подключены через схему 2 сравнения к системе 3 оповещения, пункт 7 контроля, два коррелятора 5 и 6, каждый из которых состоит из последовательно подключенных к одному из крайних микробарографов 1.1 (1.n-1), перемножителя 5.1 (6.1), второй вход которого через регулируемую линию задержки 5.4 (6.4) соединен с выходом другого крайнего микробарографа 1.2 (1.n-1), фильтра 5.2 (6.2) нижних частот, экстремального регулятора 5.3 (6.3) и регулируемой линии задержки 5.4 (6.4), второй выход которой является выходом коррелятора 5(6).The structural diagram of the system for determining the fluctuations of the water surface is presented in figure 1. The structural diagram of the control point is presented in figure 2. Timing diagrams explaining the operation of the system are shown in Fig.3. The system contains receivers 1.i (i = 1, 2, ..., n) of atmospheric pressure fluctuations (microbarographs) located in the form of a branched system along the coastline and connected through the
Система 3 оповещения выполнена в виде последовательно подключенных к выходу схемы 2 сравнения первого ключа 3.3, второй вход которого через первый преобразователь 3.1 аналог-код соединен с выходом первого коррелятора 5, формирователь 3.5 модулирующего кода, третий вход которого соединен с выходом схемы 2 сравнения, фазового манипулятора 3.7, второй вход которого соединен с выходом задающего генератора 3.8 мощности и передающей антенны 3.9, последовательно подключенных к выходу второго коррелятора 6 второго преобразователя 3.2 аналог-код и второго ключа 3.4, второй вход которого соединен с выходом схемы 2 сравнения, а выход подключен к второму входу формирователя 3.5 модулирующего кода.The
Второй вход схемы 2 сравнения соединен с выходом блока 4 памяти, микробарографы разнесены на фиксированные расстояния d (измерительная база), две пары крайних микробарографов 1.1 и 1.2, 1.n и 1.n-1 разнесены на фиксированное расстояние nd, где n - количество микробарографов, второй вход смесителя 7 соединен с выходом гетеродина 7.3, усилителя 7.5 промежуточной частоты, первого перемножителя 7.6, второй вход которого соединен с выходом первого фильтра 7.9 нижних частот, первого узкополосного фильтра 7.8, второго перемножителя 7.7, второй вход которого соединен с выходом усилителя 7.5 промежуточной частоты, первого фильтра 7.9 нижних частот, блока 7.17 вычитания и блока 7.10 регистрации и анализа. К выходу усилителя 7.5 промежуточной частоты последовательно подключены третий перемножитель 7.11, второй вход которого соединен с выходом второго фазометра 7.16, второй узкополосный фильтр 7.13, первый фазоинвертор 7.15, четвертый перемножитель 7.12, второй вход которого соединен с выходом усилителя 7.5 промежуточной частоты, второй фильтр 7.14 нижних частот и второй фазоинвертор 7.16. Второй вход блока 7.17 вычитания соединен с выходом второго фильтра 7.14 нижних частот. Предлагаемая система работает следующим образом.The second input of the
Принцип определения колебаний водной поверхности заключается в следующем. Период волн цунами заключен в интервале от 2 до 200 мин, длина волн составляет от нескольких десятков до 300-400 км, при высоте волн 1-2 м. Начальное возвышение поверхности океана в очаге зарождения волн цунами не превышает нескольких метров и зарегистрировать их распространение практически невозможно. Однако в момент зарождения цунами область акватории радиусом R поднимается на высоту h над поверхностью океана - с частотами 0,001-0,5 Гц, что вызывает изменение атмосферного давления, которое можно зарегистрировать на расстоянии от очага цунами не менее 5 длин волн цунами, что определяется отношением последнего к шуму.The principle of determining the fluctuations of the water surface is as follows. The tsunami wave period is in the range from 2 to 200 minutes, the wavelength is from several tens to 300-400 km, with a wave height of 1-2 m. The initial elevation of the ocean surface in the center of the generation of tsunami waves does not exceed several meters and record their propagation practically impossible. However, at the time of tsunami generation, the region of the water area of radius R rises to a height h above the ocean surface - with frequencies of 0.001-0.5 Hz, which causes a change in atmospheric pressure, which can be recorded at a distance from the tsunami center of at least 5 tsunami wavelengths, which is determined by the ratio last to noise.
На больших по сравнению с радиусом R расстояниях эта система эквивалентна движению помещенной в жесткий экран мембраны, приводящему на расстоянии 1>>R к изменению атмосферного давленияAt large distances compared with the radius R, this system is equivalent to the movement of a membrane placed in a rigid screen, leading to a change in atmospheric pressure at a distance of 1 >> R
где V0 - скорость подъема водной массы,where V 0 - the rate of rise of the water mass,
α - угол между вектором точки наблюдения и вертикалью (азимут),α is the angle between the vector of the observation point and the vertical (azimuth),
ρ - удельное давление;ρ is the specific pressure;
С - скорость звука в атмосфере;C is the speed of sound in the atmosphere;
λ и k - соответственно длина волны и вектор изменения волны;λ and k are the wavelength and the wave change vector, respectively;
J1 - функция Бесселя первого порядка.J 1 is the first order Bessel function.
Собственные частоты колебаний системы лежат в пределах 0,001-0,5 Гц.The natural frequencies of the system are in the range of 0.001-0.5 Hz.
Подставляя в формулу (1) ρ≈1,29·10-3 Г/см3, С=330 м/с, ω=0,1 Гц, l=1000 км, α=π/2, πR2≈500 км2, получим для изменения давления ≈10-3-10-4 бар.Substituting in the formula (1) ρ≈1.29 · 10 -3 G / cm 3 , C = 330 m / s, ω = 0.1 Hz, l = 1000 km, α = π / 2, πR 2 ≈500 km 2 , we obtain for a change in pressure ≈10 -3 -10 -4 bar.
Чувствительность современных микробарографов значительно превосходит указанный интервал давлений, а частотный диапазон их позволяет регистрировать указанные давления с частотами собственных колебаний очага цунами.The sensitivity of modern microbarographs significantly exceeds the indicated pressure range, and their frequency range allows you to record the specified pressure with the frequencies of the natural oscillations of the tsunami source.
Скорость распространения, колебаний давления в атмосфере в среднем в два раза превышает скорость волн цунами. Поэтому на расстояниях порядка 1000 км разность времени прихода звукового импульса и гидродинамической волны составляет примерно 30 мин и может быть использована для предупреждения о возникновении дальних цунами.The speed of propagation of pressure fluctuations in the atmosphere is on average twice the speed of tsunami waves. Therefore, at distances of the order of 1000 km, the difference in the arrival time of a sound pulse and a hydrodynamic wave is approximately 30 minutes and can be used to warn of the occurrence of distant tsunamis.
Колебания атмосферного давления от эпицентра ЭЦ цунами принимаются двумя парами микробарографов 1.i (i=1, 2, …, n). Причем микробарографы разнесены на фиксированное расстояние d (измерительная база). Две пары крайних микробарографов разнесены на фиксированное расстояние nd, где n - количество микробарографов.Fluctuations in atmospheric pressure from the epicenter of the tsunami EC are received by two pairs of microbarographs 1.i (i = 1, 2, ..., n). Moreover, the microbarographs are spaced a fixed distance d (measuring base). Two pairs of extreme microbarographs are spaced a fixed distance nd, where n is the number of microbarographs.
Колебания атмосферного давления (звуковые сигналы) с выходов крайних микробарографов поступают на два коррелятора 5 и 6, каждый из которых состоит из перемножителя 5.1 (6.1), фильтра 5.2 (6.2) нижних частот, экстремального регулятора 5.3 (6.3) и регулируемой линии задержки 5.4 (6.4). Получаемая на выходе коррелятора 5 (6) взаимно-корреляционная функция R1(τ) [R2(τ)] имеет максимум при значении введенного регулируемого запаздыванияOscillations of atmospheric pressure (sound signals) from the outputs of extreme microbarographs are supplied to two correlators 5 and 6, each of which consists of a multiplier 5.1 (6.1), a low-pass filter 5.2 (6.2), an extreme regulator 5.3 (6.3) and an adjustable delay line 5.4 ( 6.4). The cross-correlation function R 1 (τ) [R 2 (τ)] obtained at the output of correlator 5 (6) has a maximum for the value of the introduced adjustable delay
τ1=t1-t2; τ2=t3-t4,τ 1 = t 1 -t 2 ; τ 2 = t 3 -t 4 ,
где t1 и t2 - время прохождения звуковым сигналом расстоянии от эпицентра цунами ЭЦ до первого 1.1 и второго 1.2 крайних микробарографов;where t 1 and t 2 - the time of the sound signal passing the distance from the epicenter of the EC tsunami to the first 1.1 and second 1.2 extreme microbarographs;
t3 и t4 - время прохождения звуковым сигналом расстояний от эпицентра цунами ЭЦ до второй пары крайних микробарографов соответственно.t 3 and t 4 - the time the sound signal travels the distances from the epicenter of the EC tsunami to the second pair of extreme microbarographs, respectively.
Максимальные значения R1(τ) и R2(τ) поддерживается с помощью экстремальных регуляторов 5.3 и 6.3, воздействующих на управляющие входы блоков 5.4 и 6.4 регулируемых задержек соответственно. Шкалы блоков 5.4 и 6.4 регулируемых задержек градуируются непосредственно в значениях угловых координат эпицентра цунами ЭЦThe maximum values of R 1 (τ) and R 2 (τ) are supported with the help of extreme regulators 5.3 and 6.3, which act on the control inputs of blocks 5.4 and 6.4 of adjustable delays, respectively. The scales of blocks 5.4 and 6.4 of adjustable delays are graded directly in the values of the angular coordinates of the EC tsunami epicenter
где τ1 и τ2 - введенные в соответствующие каналы задержки звуковых сигналов, соответствующие максимуму корреляционных функций.where τ 1 and τ 2 are introduced into the corresponding channels of the delay of sound signals corresponding to the maximum of correlation functions.
Выходные сигналы корреляторов 5 и 6 максимальны, когда плоскости, в которых лежат микробарографы 1.1 и 1.2, 1.n-1 и l.n, расположены перпендикулярно направлениям на эпицентр цунами ЭЦ (фиг.1).The output signals of correlators 5 and 6 are maximum when the planes in which the microbarographs 1.1 and 1.2, 1.n-1 and l.n lie, are located perpendicular to the directions to the epicenter of the EC tsunami (Fig. 1).
Измеренные значения α1 и α2 в преобразователях 3.1 и 3.2 преобразуются в цифровые коды.The measured values of α 1 and α 2 in the converters 3.1 and 3.2 are converted into digital codes.
Осредненные зарегистрированные колебания атмосферного давления по группе приемников (микробарографов) определяют момент прихода первого экстремума выделенного сигнала, сравниваются в схеме 2 сравнения с эталонным сигналом, поступающим из блока 4 памяти. По результатам сравнения формируется постоянное напряжение, которое поступает на управляющие входы ключей 3.3 и 3.4, открывая их. В исходном состоянии ключи 3.3 и 3.4 всегда закрыты.The averaged recorded atmospheric pressure fluctuations over a group of receivers (microbarographs) determine the moment of arrival of the first extremum of the extracted signal, are compared in
Значения азимутов α1 и α2 в цифровой форме с выходов преобразователей 3.1 и 3.2 аналог - код через открытые ключи 3.3 и 3.4 соответственно поступают на входы формирователя 3.5 модулирующего кода, где формируется модулирующий код M(t) (фиг.3), который поступает на первый вход фазового манипулятора 3.7, на втором входе которого подается высокочастотное колебание с выхода задающего генератора 3.6 (фиг.3, б)The azimuth values α 1 and α 2 in digital form from the outputs of the converters 3.1 and 3.2 analog - code through the public keys 3.3 and 3.4 respectively are fed to the inputs of the shaper 3.5 modulating code, where the modulating code M (t) is generated (figure 3), which is received the first input of the phase manipulator 3.7, at the second input of which a high-frequency oscillation is supplied from the output of the master oscillator 3.6 (Fig. 3, b)
uc(t)=Uccos(ωct+φc), 0≤t≤Tc,u c (t) = U c cos (ω c t + φ c ), 0≤t≤T c ,
где Uc, ωc, φc, Tc - амплитуда, несущая частота, начальная фаза и длительность высокочастотного колебания.where U c , ω c , φ c , T c - amplitude, carrier frequency, initial phase and duration of high-frequency oscillations.
На выходе фазового манипулятора 3.7 образуется сложный сигнал с фазовой манипуляцией (ФМн) (фиг.3, в)At the output of the phase manipulator 3.7, a complex signal with phase shift keying (QPSK) is generated (Fig. 3, c)
u1(t)=Uccos[ωct+φk(t)+φc], 0≤t≤Tc,u 1 (t) = U c cos [ω c t + φ k (t) + φ c ], 0≤t≤T c ,
где φk(t)={0,π} - манипулируемая составляющая фазы, отображающая закон фазовой манипуляции в соответствии с модулирующим кодом M(t) (фиг.3, а), причем φk(t)=const при kτэ<t<(k+1)τэ и может изменяться скачком при t=kτэ, т.е. на границах между элементарными посылками k=1, 2, …, N-1);where φ k (t) = {0, π} is the manipulated component of the phase that displays the law of phase manipulation in accordance with the modulating code M (t) (Fig. 3, a), and φ k (t) = const for kτ e < t <(k + 1) τ e and can change abruptly at t = kτ e , i.e. at the boundaries between elementary premises k = 1, 2, ..., N-1);
τэ, N - длительность и количество элементарных посылок, из которых составлен сигнал длительностью Tc(Тс=N·τэ),τ e , N - the duration and number of chips that make up a signal of duration T c (T c = N · τ e ),
который после усиления в усилителе 3.8. мощности поступает в передающую антенну 3.9, излучается ею в эфир, улавливается приемной антенной 7.1 пункта 7 контроля и через усилитель 7.2 высокой частоты поступает на первый вход смесителя 7.4. На второй вход смесителя 7.4 подается напряжение гетеродина 7.3which after amplification in the amplifier 3.8. power enters the transmitting antenna 3.9, is radiated by it, is captured by the receiving antenna 7.1 of
uг(t)=Uгcos(ωгt+φг).u g (t) = U g cos (ω g t + φ g ).
На выходе смесителя 7.4 образуются напряжения комбинационных частот. Усилителем 7.5 выделяется напряжение промежуточной частоты (фиг.3,г)At the output of the mixer 7.4, voltages of combination frequencies are generated. The amplifier 7.5 allocated voltage of the intermediate frequency (Fig.3, g)
uпр(t)=Uпрcos[ωпрt+φk(t)+φпр], 0≤t≤Tc,u pr (t) = U pr cos [ω pr t + φ k (t) + φ pr ], 0≤t≤T c ,
где
ωпр=ωс-ωг - промежуточная частота;ω CR = ω with -ω g is the intermediate frequency;
φпр=φс-φг,φ CR = φ s -φ g ,
которое поступает на первые входы перемножителей 7.6, 7.7, 7.11 и 7.12. На вторые входы перемножителей 7.7 и 7.12 с выходов узкополосного фильтра 7.8 и фазоинвертора 7.15 подаются опорные напряжения соответственно (фиг.3, д, ж):which goes to the first inputs of the multipliers 7.6, 7.7, 7.11 and 7.12. The second inputs of the multipliers 7.7 and 7.12 from the outputs of the narrow-band filter 7.8 and the bass reflex 7.15 are supplied with reference voltages, respectively (Fig. 3, d, g):
u01(t)=Uocos(ωпрt+φпр),u 01 (t) = U o cos (ω pr t + φ pr ),
u02(t)=-Uocos(ωпрt+φпр), 0≤t≤Tc, 02 u (t) = - U o cos (ω t + φ pr pr), 0≤t≤T c,
На выходе перемножителей 7.7 и 7.12 образуются суммарные напряжения соответственно:At the output of multipliers 7.7 and 7.12, the total voltages are formed, respectively:
u∑1(t)=U∑·cosφk(t)+U∑·cos[2ωпрt+φk(t)+2φпр],u ∑1 (t) = U ∑ · cosφ k (t) + U ∑ · cos [2ω pr t + φ k (t) + 2φ pr ],
u∑2(t)=U∑·cosφk(t)-U∑·cos[2ωпрt+φk(t)+2φпр],u ∑2 (t) = U ∑ · cosφ k (t) -U ∑ · cos [2ω pr t + φ k (t) + 2φ pr ],
0≤t≤Tc,0≤t≤T c ,
где
Фильтрами 7.9 и 7.14 выделяются низкочастотные напряжения соответственно (фиг.3, е, з):Filters 7.9 and 7.14 highlight low-frequency voltage, respectively (Fig.3, e, s):
uн1(t)=U∑cosφk(t),u н1 (t) = U ∑ cosφ k (t),
uн1(t)=U∑·cosφk(t), 0≤t≤Tc,u H1 (t) = U Σ · cosφ k (t), 0≤t≤T c,
пропорциональные модулирующему коду M(t) (фиг.3, а). Указанные низкочастотные напряжения подаются на два входа блока 7.17 вычитания. Вычитая одно из другого указанные низкочастотные напряжения с учетом их противоположной полярности, на выходе блока 7.17 вычитания образуется удвоенное (суммарное) низкочастотное напряжение (фиг.3, и)proportional to the modulating code M (t) (Fig. 3, a). The indicated low-frequency voltages are applied to the two inputs of the subtraction block 7.17. Subtracting one of the other specified low-frequency voltages taking into account their opposite polarity, the output of the subtraction block 7.17 produces a doubled (total) low-frequency voltage (figure 3, and)
uн(t)=Uн1(t)-Uн2(t)=Uнcosφk(t),u n (t) = U н1 (t) -U н2 (t) = U н cosφ k (t),
где Uн=2U∑ where U n = 2U ∑
т.е. получается сложение по абсолютной величине напряжений uн1(t) и uн2(t). При этом аддитивные амплитудные помехи проходят через два демодулятора одинаково, изменяя амплитуды выходных продетектированных напряжений в одну и ту же сторону. Но в блоке 7.17 вычитания они вычитаются, оставаясь однополярными, т.е. подавляются, взаимно компенсируются.those. it turns out the addition in absolute value of the stresses u н1 (t) and u н2 (t). In this case, the additive amplitude noise passes through two demodulators in the same way, changing the amplitudes of the output detected voltages in the same direction. But in block 7.17 of subtraction, they are subtracted, remaining unipolar, i.e. suppressed, mutually compensated.
Низкочастотное напряжение uн(t) поступают на вход блока 7.10 регистрации и анализа, где определяется эпицентр цунами.The low-frequency voltage u n (t) is fed to the input of the registration and analysis block 7.10, where the tsunami epicenter is determined.
Низкочастотное напряжение uн2(t) (фиг.3, з) с выхода фильтра 7.14 нижних частот поступает на вход фазоинвертора 7.16, на выходе которого образуется низкочастотное напряжение (фиг.3, к)The low-frequency voltage u n2 (t) (Fig. 3, h) from the output of the low-pass filter 7.14 is fed to the input of the bass reflex 7.16, at the output of which a low-frequency voltage is generated (Fig. 3, k)
uн3(t)=U∑·cosφk(t), 0≤t≤Tc.u H3 (t) = U Σ · cosφ k (t), 0≤t≤T c.
Низкочастотные напряжения uн1(t) и uн3(t) с выхода фильтра 7.9 нижних частот и фазоинвертора 7.16 поступают на второй вход перемножителей 7.6 и 7.11 соответственно, на выходе которых образуются гармонические напряжения:Low-frequency voltages u н1 (t) and u н3 (t) from the output of the low-pass filter 7.9 and the bass reflex 7.16 are fed to the second input of the multipliers 7.6 and 7.11, respectively, at the output of which harmonic voltages are formed:
u01(t)=U1cos(ωпрt+φпр)+U1cos[ωпрt+2φk(t)+φпр]=U0·cos(ωпрt+φпр),u 01 (t) = U 1 cos (ω pr t + φ pr ) + U 1 cos [ω pr t + 2φ k (t) + φ pr ] = U 0 · cos (ω pr t + φ pr ),
u03(t)=U1·cos(ωпрt+φпр)+U1·cos[ωпрt+2φk(t)+φпр]=U0·cos(ωпрt+φпр),u 03 (t) = U 1 · cos (ω pr t + φ pr ) + U 1 · cos [ω pr t + 2φ k (t) + φ pr ] = U 0 cos (ω pr t + φ pr ) ,
где
Uo=2U1.U o = 2U 1 .
Данные напряжения выделяются узкополосными фильтрами 7.8 и 7.13 соответственно. Напряжение u01(t) (фиг.3, д) с выхода узкополосного фильтра 7.8 подается на второй вход перемножителя 7.7. Напряжение u03(1) выделяется узкополосным фильтром 7.13 и поступает на вход фазоинвертора 7.15, на выходе которого образуется напряжение (фиг.3ж)These voltages are distinguished by narrow-band filters 7.8 and 7.13, respectively. The voltage u 01 (t) (Fig. 3, d) from the output of the narrow-band filter 7.8 is supplied to the second input of the multiplier 7.7. The voltage u 03 (1) is allocated by a narrow-band filter 7.13 and is fed to the input of the bass reflex 7.15, at the output of which a voltage is generated (Fig.3zh)
u02(t)=-U0·cos(ωпрt+φпр),u 02 (t) = - U 0 · cos (ω pr t + φ pr ),
которое подается на второй вход перемножителя 7.12.which is fed to the second input of the multiplier 7.12.
Перемножители 7.6 и 7.7 (7.11 и 7.12), узкополосный фильтр 7.8(7.13) и фильтр 7.9(7.14) образуют универсальные демодуляторы Фмн-сигналов. Причем опорное напряжение, необходимое для синхронного детектирования ФМн-сигналов, выделяется непосредственно из самого принимаемого ФМн-сигнала.Multipliers 7.6 and 7.7 (7.11 and 7.12), a narrow-band filter 7.8 (7.13) and a filter 7.9 (7.14) form universal demodulators of PSK signals. Moreover, the reference voltage necessary for the synchronous detection of PSK signals is extracted directly from the received PSK signal.
Известные устройства, обеспечивающие выделение опорного напряжения непосредственно из самого принимаемого ФМн-сигнала, например, схемы Пистолькорса А.А., Сифорова В.И., Костаса Д.Ф. и Травина С.А. (Радиоприемные устройства. Под ред. А.Г. Зюко. - М.: изд. Связь, 1975, С.354-356, рис.14. 19-14.20).Known devices that provide the selection of the reference voltage directly from the received PSK signal, for example, Pistolkors A.A., Siforov V.I., Kostas D.F. and Travina S.A. (Radio receivers. Under the editorship of A.G. Zyuko. - M .: ed. Svyaz, 1975, S.354-356, Fig. 14. 19-14.20).
Однако этим устройствам присуще явление "обратной работы", которое снижает помехоустойчивость и достоверность синхронного детектирования сложных ФМн-сигналов.However, the phenomenon of "reverse operation" is inherent in these devices, which reduces the noise immunity and reliability of the synchronous detection of complex PSK signals.
Предлагаемые универсальные демодуляторы сложных ФМн-сигналов свободны от явления "обратной работы".The proposed universal demodulators of complex QPSK signals are free from the phenomenon of “reverse operation”.
Ослабление узкополосных помех осуществляется двумя универсальными демодуляторами, указанными выше. За счет фазоинверторов 7.15 и 7.16 выходные напряжения демодуляторов оказываются взаимно противоположной полярности. В результате этого взаимно инверсные выходные напряжения демодуляторов складываются по абсолютной величине, а униполярные помеховые напряжения взаимно вычитаются.Narrowband interference is attenuated by the two universal demodulators mentioned above. Due to the phase inverters 7.15 and 7.16, the output voltages of the demodulators are of mutually opposite polarity. As a result of this, the mutually inverse output voltages of the demodulators are added in absolute value, and the unipolar interference voltages are mutually subtracted.
Эффективность предлагаемой системы можно оценить, сравнив резерв времени между цунамигенным процессом и приходом разрушительной волны к побережью. Так, на расстояниях порядка 1000 км от эпицентра время движения волны цунами порядка 100 мин, сейсмического возмущения ~5 мин, звукового возмущения по подводному кабелю ~10 мин и по атмосферному каналу ~50 мин, что достаточно для обеспечения мер по безопасности живой силы и техники.The effectiveness of the proposed system can be estimated by comparing the time reserve between the tsunamigenic process and the arrival of a destructive wave to the coast. So, at distances of about 1000 km from the epicenter, the tsunami wave travels for about 100 minutes, seismic disturbance ~ 5 minutes, sound disturbance through the submarine cable ~ 10 minutes and the atmospheric channel ~ 50 minutes, which is enough to ensure safety measures for manpower and equipment .
Система позволяет повысить достоверность прогноза за счет получения информации о начальном смещении поверхности океана.The system allows to increase the reliability of the forecast by obtaining information about the initial displacement of the ocean surface.
Для передачи тревожной информации на пункт контроля используются сложные сигналы с фазовой манипуляцией. Сложные сигналы с фазовой манипуляцией открывают новые возможности в технике передачи тревожных дискретных сообщений от микробарографов, расположенных в виде разветвленной системы вдоль береговой линии, на пункт контроля. Указанные сигналы позволяют применять новый вид селекции - структурную селекцию. Это значит, что появляется новая возможность разделять сложные ФМн-сигналы, действующие в одной и той же полосе частот и в одни и те же промежутки времени.To transmit alarm information to the control point, complex signals with phase shift keying are used. Complex signals with phase shift keying open up new possibilities in the technique of transmitting discrete alarm messages from microbarographs located in the form of an extensive system along the coastline to a control point. These signals allow the use of a new type of selection - structural selection. This means that there is a new opportunity to separate complex QPSK signals operating in the same frequency band and at the same time intervals.
С точки зрения обнаружения сложные ФМн-сигналы обладают высокой энергетической и структурной скрытностью.From the point of view of detection, complex QPSK signals have high energy and structural secrecy.
Энергетическая скрытность данных сигналов обусловлена их высокой сжимаемостью во времени и по спектру при оптимальной обработке что позволяет снизить мгновенную излучаемую мощность. Вследствие этого сложный ФМн-сигнал в точке приема может оказаться замаскированным шумами и помехами. Причем энергия сложного ФМн-сигнала отнюдь не мала, она просто распределена по частотно-временной области так, чтобы в каждой точке этой области мощность сигнала меньше мощности шумов и помех.The energy secrecy of these signals is due to their high compressibility in time and spectrum with optimal processing, which reduces the instantaneous radiated power. As a result, a complex QPSK signal at the receiving point may be masked by noise and interference. Moreover, the energy of a complex QPSK signal is by no means small; it is simply distributed over the time-frequency domain so that at each point of this region the signal power is less than the power of noise and interference.
Структурная скрытность ФМн-сигналов обусловлена большим разнообразием их форм и значительными диапазонами изменений параметров, что затрудняет оптимальную или хотя бы квазиоптимальную обработку сложных ФМн-сигналов априорно неизвестной структуры с целью повышения чувствительности приемника.The structural secrecy of the QPSK signals is caused by a wide variety of their forms and significant ranges of parameter changes, which makes it difficult to optimize or at least quasi-optimal processing of complex QPSK signals of an a priori unknown structure in order to increase the sensitivity of the receiver.
Таким образом, предлагаемая система по сравнению с прототипом и другими техническими решениями аналогичного назначения обеспечивает повышение помехоустойчивости и достоверности приема сложных сигналов с фазовой манипуляцией на пункте контроля. Это достигается путем ослабления узкополосных помех и повышения отношения сигнал/шум на выходе блока вычитания с помощью двух универсальных демодуляторов, инверсные выходные напряжения которых складываются по абсолютной величине, а униполярные помеховые напряжения взаимно вычитаются.Thus, the proposed system in comparison with the prototype and other technical solutions for a similar purpose provides increased noise immunity and reliability of the reception of complex signals with phase shift keying at the control point. This is achieved by attenuating narrow-band interference and increasing the signal-to-noise ratio at the output of the subtraction unit using two universal demodulators, the inverse output voltages of which are added in absolute value, and unipolar interference voltages are mutually subtracted.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2011139838/28A RU2503980C2 (en) | 2011-09-21 | 2011-09-21 | System for determining water surface vibrations |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2011139838/28A RU2503980C2 (en) | 2011-09-21 | 2011-09-21 | System for determining water surface vibrations |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2011139838A RU2011139838A (en) | 2013-03-27 |
RU2503980C2 true RU2503980C2 (en) | 2014-01-10 |
Family
ID=49124105
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2011139838/28A RU2503980C2 (en) | 2011-09-21 | 2011-09-21 | System for determining water surface vibrations |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2503980C2 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2018185524A1 (en) * | 2017-04-05 | 2018-10-11 | Pintz Gyorgy | Arrangement and method for providing personal warning on watersides |
Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2288487C1 (en) * | 2005-05-13 | 2006-11-27 | Вячеслав Адамович Заренков | Method and device for determining tsunami threat degree |
RU2290671C1 (en) * | 2005-06-10 | 2006-12-27 | Вячеслав Адамович Заренков | System for providing warnings about earthquakes and tsunami by enabling appropriate signaling systems |
US7289907B2 (en) * | 2005-02-28 | 2007-10-30 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of Commerce | System for reporting high resolution ocean pressures in near realtime for the purpose of Tsunami monitoring |
RU2319984C2 (en) * | 2006-01-10 | 2008-03-20 | Вячеслав Адамович Заренков | System for definition of the vibrations of water surface |
RU2349939C1 (en) * | 2007-08-14 | 2009-03-20 | Военно-космическая академия им. А.Ф. Можайского | Earthquake and tsunami warning system |
RU2370709C1 (en) * | 2008-01-09 | 2009-10-20 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Военно-космическая академия имени А.Ф. Можайского | Complex for tsunami control |
US20110128904A1 (en) * | 2008-07-30 | 2011-06-02 | Zte Corporation | Earthquake and tsunami warning system and a transmission method for a primary notification message thereof |
-
2011
- 2011-09-21 RU RU2011139838/28A patent/RU2503980C2/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US7289907B2 (en) * | 2005-02-28 | 2007-10-30 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of Commerce | System for reporting high resolution ocean pressures in near realtime for the purpose of Tsunami monitoring |
RU2288487C1 (en) * | 2005-05-13 | 2006-11-27 | Вячеслав Адамович Заренков | Method and device for determining tsunami threat degree |
RU2290671C1 (en) * | 2005-06-10 | 2006-12-27 | Вячеслав Адамович Заренков | System for providing warnings about earthquakes and tsunami by enabling appropriate signaling systems |
RU2319984C2 (en) * | 2006-01-10 | 2008-03-20 | Вячеслав Адамович Заренков | System for definition of the vibrations of water surface |
RU2349939C1 (en) * | 2007-08-14 | 2009-03-20 | Военно-космическая академия им. А.Ф. Можайского | Earthquake and tsunami warning system |
RU2370709C1 (en) * | 2008-01-09 | 2009-10-20 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Военно-космическая академия имени А.Ф. Можайского | Complex for tsunami control |
US20110128904A1 (en) * | 2008-07-30 | 2011-06-02 | Zte Corporation | Earthquake and tsunami warning system and a transmission method for a primary notification message thereof |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2018185524A1 (en) * | 2017-04-05 | 2018-10-11 | Pintz Gyorgy | Arrangement and method for providing personal warning on watersides |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2011139838A (en) | 2013-03-27 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU2474793C1 (en) | Method for parametric reception of waves of different physical nature in marine environment | |
JPS63502138A (en) | Marine seismic exploration device | |
RU2550588C1 (en) | Method of formation of parametric antenna in marine conditions | |
RU2536836C1 (en) | System for parametric reception of hydrophysical and geophysical waves in marine environment | |
RU2452041C1 (en) | Method for parametric reception of waves of different physical nature in marine environment | |
RU2602763C2 (en) | Method for parametric reception of waves of different physical nature of sources, processes and phenomena of atmosphere, ocean and earth's crust in marine environment | |
RU2453930C1 (en) | Method of parametric reception of waves of different physical origin in sea medium | |
RU2349939C1 (en) | Earthquake and tsunami warning system | |
RU2452040C1 (en) | Method for parametric reception of waves of different physical nature in marine environment | |
RU2685578C1 (en) | Method for remote monitoring and diagnostics of condition of structures and engineering structures and device for its implementation | |
RU2474794C1 (en) | Method for parametric reception of waves of different physical nature in marine environment | |
RU2503980C2 (en) | System for determining water surface vibrations | |
RU2624607C1 (en) | Method of acoustic tomography system fields in the atmosphere, the oceans and crust of different physical nature in the marine environment | |
RU2405176C2 (en) | Drift buoy hydroacoustic station to reveal signs of large earthquake and tsunami | |
RU2319984C2 (en) | System for definition of the vibrations of water surface | |
RU2602770C1 (en) | Method of hydrophysical and geophysical fields acoustic tomography in marine environment | |
RU2451955C1 (en) | System for determining water surface oscillations | |
RU2721307C1 (en) | Acoustic method and apparatus for measuring sea-wave parameters | |
RU2300781C1 (en) | Device for hydrometeorological observations of sea range water area | |
RU2602995C2 (en) | Method of formation and spatial development of luminal parametric antenna in the marine environment | |
RU2300787C2 (en) | Method for predicting possible appearance of tsunami and method for determining epicenter of tsunami | |
RU2290671C1 (en) | System for providing warnings about earthquakes and tsunami by enabling appropriate signaling systems | |
RU2410725C2 (en) | Bouy hydroacoustic station for detecting signs of strong earthquakes and tsunamis | |
RU2536837C1 (en) | Method for parametric reception of hydrophysical and geophysical waves in marine environment | |
RU2602993C1 (en) | System of acoustic tomography of hydrophysical and geophysical fields in marine environment |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20131001 |