RU2582898C2 - Generating channel of parametric sonar - Google Patents

Generating channel of parametric sonar Download PDF

Info

Publication number
RU2582898C2
RU2582898C2 RU2014114669/28A RU2014114669A RU2582898C2 RU 2582898 C2 RU2582898 C2 RU 2582898C2 RU 2014114669/28 A RU2014114669/28 A RU 2014114669/28A RU 2014114669 A RU2014114669 A RU 2014114669A RU 2582898 C2 RU2582898 C2 RU 2582898C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
frequency
output
pulse
acoustic
signal
Prior art date
Application number
RU2014114669/28A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2014114669A (en
Inventor
Виталий Николаевич Максимов
Сергей Павлович Тарасов
Алексей Алексеевич Воронин
Лев Романович Мерклин
Антон Юрьевич Плешков
Original Assignee
Общество с ограниченной ответственностью "Морские Инновации"
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 Общество с ограниченной ответственностью "Морские Инновации" filed Critical Общество с ограниченной ответственностью "Морские Инновации"
Priority to RU2014114669/28A priority Critical patent/RU2582898C2/en
Publication of RU2014114669A publication Critical patent/RU2014114669A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2582898C2 publication Critical patent/RU2582898C2/en

Links

Images

Abstract

FIELD: physics, acoustics.
SUBSTANCE: invention relates to acoustic location systems which employ parametric radiating systems which generate narrow-directed beams of low-frequency acoustic signals. The primary field of use is hydroacoustics, as well as ultrasonic flaw detection, medicine, fish detection and geolocation. The generating channel of parametric sonar comprises a pulse generator, two high-frequency signal generators, the output of each of which is connected to the signal input of the corresponding pulse modulator, the outputs of the pulse modulators are connected through power amplifiers to acoustic antenna elements. The channel further includes a multiplier, two inputs of which are connected to outputs of the high-frequency signal generators, the output of the multiplier is connected through series-connected low-pass filter and comparator to the control input of a D flip-flop, the data input of which is connected to the output of the pulse generator, and the output of the D flip-flop is connected to control inputs of the pulse modulators.
EFFECT: high efficiency of operation.
2 dwg

Description

Изобретение относится к акустическим локационным системам, использующим параметрические излучающие системы, формирующие узконаправленные пучки низкочастотных акустических сигналов. Преимущественная область использования - гидроакустика, а также ультразвуковая дефектоскопия, медицина, рыболокация, геолокация.The invention relates to acoustic location systems using parametric radiating systems that form narrowly focused beams of low-frequency acoustic signals. The predominant area of use is sonar, as well as ultrasonic flaw detection, medicine, fishing, geolocation.

В настоящее время для формирования узконаправленных пучков низкочастотных акустических сигналов широко используют так называемые параметрические излучатели, использующие эффект взаимодействия двух или более высокочастотных акустических сигналов в средах, обладающих нелинейностью своих упругих параметров [1]. При этом формирование низкочастотного акустического сигнала происходит в самой среде на всем пути распространения исходных высокочастотных акустических сигналов. Практически все реальные среды характеризуются нелинейностью упругих характеристик и в них можно реализовать параметрические излучатели. Параметрические излучатели являются составными частями различных гидроакустических локационных систем, медицинских приборов, ультразвуковых дефектоскопов и других акустических систем. Наибольшее использование параметрические системы нашли в гидроакустике.Currently, the so-called parametric emitters are widely used to form narrowly directed beams of low-frequency acoustic signals, using the effect of the interaction of two or more high-frequency acoustic signals in media that have non-linearity of their elastic parameters [1]. In this case, the formation of a low-frequency acoustic signal occurs in the medium itself along the entire propagation path of the initial high-frequency acoustic signals. Almost all real media are characterized by non-linearity of elastic characteristics and parametric radiators can be implemented in them. Parametric emitters are components of various sonar location systems, medical devices, ultrasonic flaw detectors and other acoustic systems. The most widely used parametric systems are found in sonar.

Известны параметрические гидролокаторы [2, 3], генераторные тракты которых содержат два генератора высокочастотных сигналов, выходы которых подключены к двум входам сумматора, выход которого соединен с сигнальным входом нормально закрытого импульсного модулятора. Управляющий вход импульсного модулятора соединен с выходом импульсного генератора, а выход через усилитель мощности подключен к акустической антенне.Known parametric sonars [2, 3], the generator paths of which contain two generators of high-frequency signals, the outputs of which are connected to two inputs of the adder, the output of which is connected to the signal input of a normally closed pulse modulator. The control input of the pulse modulator is connected to the output of the pulse generator, and the output through the power amplifier is connected to an acoustic antenna.

Первый высокочастотный генератор вырабатывает синусоидальный сигнал с частотой f1, а второй - сигнал с частотой f2. В сумматоре происходит суммирование этих сигналов, и их сумма поступает на сигнальный вход импульсного нормально закрытого модулятора. Импульсный генератор вырабатывает периодически повторяющиеся видеоимпульсы, поступающие на управляющий вход модулятора и разрешающие прохождение через них суммы высокочастотных сигналов, которые затем поступают на вход усилителя мощности, а с его выхода на акустическую антенну.The first high-frequency generator generates a sinusoidal signal with a frequency f 1 , and the second - a signal with a frequency f 2 . In the adder, these signals are summed, and their sum is fed to the signal input of a pulsed normally closed modulator. The pulse generator generates periodically repeating video pulses arriving at the control input of the modulator and allowing the sum of high-frequency signals to pass through them, which are then fed to the input of the power amplifier, and from its output to the acoustic antenna.

Признаки, совпадающие с заявляемым объектом: два генератора высокочастотных сигналов, импульсный генератор, импульсный модулятор, усилитель мощности, акустическая антенна.Signs that coincide with the claimed object: two high-frequency signal generators, a pulse generator, a pulse modulator, a power amplifier, an acoustic antenna.

Причинами, препятствующими достижению технического результата, являются низкая точность измерения дальности до обнаруженных объектов и уровней сигналов, отраженных от них, отсутствие опорного напряжения с частотой низкочастотного зондирующего сигнала. Это обусловлено тем, что усилитель мощности усиливает сумму двух аналоговых гармонических сигналов с разными частотами. Амплитуда такого сигнала изменяется в пределах от нуля до двойной величины амплитуд исходных гармонических сигналов. Усилитель мощности для неискаженного усиления такого сигнала должен работать в режиме «А» или в режиме «В» с неполным использованием напряжения питания. Эти режимы характеризуются малым коэффициентом полезного действия и большой мощностью, рассеиваемой на активных элементах усилителя. Кроме того, в этих гидролокаторах высокочастотные сигналы, поступающие на акустическую антенну, имеют случайную начальную фазу. Это объясняется тем, что генераторы высокочастотных сигналов и импульсный генератор работают независимо друг от друга, вследствие чего передний фронт видеоимпульса, открывающего импульсный модулятор, может совпадать с любой частью высокочастотных сигналов, в результате радиоимпульсы на их выходах могут начинаться с любой начальной фазы. При подаче на акустическую антенну высокочастотных компонент зондирующего сигнала с разными начальными фазами будет изменяться форма огибающей и фазовая структура излучаемых высокочастотных акустических сигналов. Это приводит к тому, что формируемые в среде лоцирования низкочастотные акустические сигналы, а также низкочастотные эхо-сигналы для разных циклов лоцирования будут иметь случайную начальную фазу. При прохождении напряжений низкочастотных эхо-сигналов с разной начальной фазах в разных циклах лоцирования через избирательные системы приемного тракта также будет изменяться форма огибающей и фазовая структура [4], что приводит к дополнительным погрешностям при определении времени прихода и амплитуды эхо-сигналов для разных циклов лоцирования. После детектирования таких радиоимпульсов получаются видеоимпульсы с различной крутизной фронтов, что дает дополнительную погрешность при определении временных интервалов между началом цикла лоцирования и временем прихода эхо-импульса. Кроме того, в паузе между посылками в генераторном тракте отсутствует опорный сигнал с частотой низкочастотного зондирующего сигнала, использование которого в приемном тракте может обеспечить определение допплеровского смещения частоты эхо-сигналов [5]. Аналогичные генераторные тракты и параметрические акустические локаторы, предложенные в патентах [6-8].The reasons that impede the achievement of the technical result are the low accuracy of measuring the distance to the detected objects and signal levels reflected from them, the lack of a reference voltage with the frequency of the low-frequency sounding signal. This is because the power amplifier amplifies the sum of two analog harmonic signals with different frequencies. The amplitude of such a signal varies from zero to a double value of the amplitudes of the original harmonic signals. The power amplifier for undistorted amplification of such a signal should work in mode "A" or in mode "B" with incomplete use of the supply voltage. These modes are characterized by a low efficiency and high power dissipated on the active elements of the amplifier. In addition, in these sonars, the high-frequency signals supplied to the acoustic antenna have a random initial phase. This is because the high-frequency signal generators and the pulse generator operate independently of each other, as a result of which the leading edge of the video pulse opening the pulse modulator can coincide with any part of the high-frequency signals, as a result of which the radio pulses at their outputs can begin from any initial phase. When high-frequency components of the probing signal with different initial phases are applied to the acoustic antenna, the shape of the envelope and the phase structure of the emitted high-frequency acoustic signals will change. This leads to the fact that low-frequency acoustic signals formed in the location medium, as well as low-frequency echo signals for different location cycles, will have a random initial phase. When passing the voltages of low-frequency echo signals with different initial phases in different locating cycles through selective systems of the receiving path, the envelope shape and phase structure will also change [4], which leads to additional errors in determining the arrival time and amplitude of the echo signals for different location cycles . After detecting such radio pulses, video pulses with different steepness of the fronts are obtained, which gives an additional error in determining the time intervals between the beginning of the location cycle and the time of arrival of the echo pulse. In addition, in the pause between parcels in the generator path, there is no reference signal with the frequency of the low-frequency sounding signal, the use of which in the receive path can determine the Doppler frequency shift of the echo signals [5]. Similar generator paths and parametric acoustic locators proposed in the patents [6-8].

В параметрическом акустическом локаторе [1, с.209], имеющем наибольшее количество совпадающих признаков с заявляемым устройством и взятом за прототип, излучающий тракт содержит два генератора высокочастотных сигналов, выходы которых подключены соответственно к входам первого и второго импульсных модуляторов, управляющие входы модуляторов соединены с выходом импульсного генератора. Каждый из выходов импульсного модулятора через усилитель мощности соединен с элементами акустической антенны, находящейся в акустическом контакте со средой лоцирования. Акустическая антенна представляет собой мозаику из пьезоэлементов с резонансными частотами f1 и f2, установленными в общем корпусе [9, с.189-190]. Первый высокочастотный генератор вырабатывает синусоидальный сигнал с частотой f1, поступающий на вход первого импульсного нормально закрытого модулятора, второй высокочастотный генератор вырабатывает синусоидальный сигнал с частотой f2, поступающий на вход второго импульсного нормально закрытого модулятора. Импульсный генератор вырабатывает периодически повторяющиеся видеоимпульсы, поступающие на управляющие входы модуляторов и разрешающие прохождение через них высокочастотных сигналов, которые затем поступают на входы двух усилителей мощности, а с их выходов на элементы акустической антенны, излучающей в среду лоцирования акустические сигналы с частотами f1 и f2. При распространении в среде лоцирования, в результате нелинейности ее упругих характеристик, происходит взаимодействие этих сигналов и формирование низкочастотного сигнала с разностной частотой F = |f1-f2|

Figure 00000001
. В данном локаторе каждый из усилителей мощности усиливает гармонический сигнал только одной частоты, имеющий постоянную амплитуду. Поэтому они могут работать в режиме «В» или «D» с малыми мощностями рассеивания на активных элементах усилителей и с высоким коэффициентом полезного действия.In a parametric acoustic locator [1, p.209], having the greatest number of matching features with the claimed device and taken as a prototype, the emitting path contains two high-frequency signal generators, the outputs of which are connected respectively to the inputs of the first and second pulse modulators, the control inputs of the modulators are connected to pulse generator output. Each of the outputs of the pulse modulator through a power amplifier is connected to elements of an acoustic antenna in acoustic contact with the location medium. An acoustic antenna is a mosaic of piezoelectric elements with resonant frequencies f 1 and f 2 installed in a common housing [9, p.189-190]. The first high-frequency generator generates a sinusoidal signal with a frequency f 1 supplied to the input of the first pulsed normally closed modulator, the second high-frequency generator generates a sinusoidal signal with a frequency f 1 supplied to the input of the second pulsed normally closed modulator. The pulse generator generates periodically repeating video pulses arriving at the control inputs of the modulators and allowing the passage of high-frequency signals through them, which are then fed to the inputs of two power amplifiers, and from their outputs to the elements of an acoustic antenna emitting acoustic signals with frequencies f 1 and f 2 . When propagation in the medium of the location, as a result of the nonlinearity of its elastic characteristics, the interaction of these signals and the formation of a low-frequency signal with a difference frequency F = | f1-f2 |
Figure 00000001
. In this locator, each of the power amplifiers amplifies a harmonic signal of only one frequency, which has a constant amplitude. Therefore, they can operate in the "B" or "D" mode with low power dissipation on the active elements of the amplifiers and with a high efficiency.

Однако в данном локаторе радиоимпульсы, формируемые на выходе импульсных модуляторов, также имеют произвольную начальную фазу, находящуюся в диапазоне 0-2π. Это обусловлено тем, что генераторы высокочастотных сигналов и импульсный генератор работают независимо друг от друга, поэтому передний фронт видеоимпульса, открывающего импульсные модуляторы, может совпадать с любой частью высокочастотных сигналов. Это приводит к тому, что при подаче высокочастотных компонент зондирующего сигнала с произвольной начальной фазой на акустическую антенну для разных циклов зондирования будет изменяться огибающая и фазовая структура излучаемых акустических сигналов. Формируемый в среде лоцирования низкочастотный акустический сигнал и эхо-сигналы также будут иметь случайную начальную фазу.However, in this locator, the radio pulses generated at the output of the pulse modulators also have an arbitrary initial phase in the range 0-2π. This is due to the fact that the high-frequency signal generators and the pulse generator operate independently of each other, therefore, the leading edge of the video pulse opening the pulse modulators can coincide with any part of the high-frequency signals. This leads to the fact that when applying the high-frequency components of the probing signal with an arbitrary initial phase to the acoustic antenna for different probing cycles, the envelope and phase structure of the emitted acoustic signals will change. The low-frequency acoustic signal and echo signals generated in the location medium will also have a random initial phase.

При прохождении низкочастотных эхо-сигналов через избирательные системы резонансных усилителей приемного тракта локатора также изменяются огибающая и фазовая структура эхо-сигналов [4], что приводит к дополнительным погрешностям при определении времени прихода и амплитуды эхо-сигналов для разных циклов лоцирования. В паузе между посылками зондирующих сигналов в генераторном тракте отсутствует выработка опорного сигнала с частотой низкочастотного зондирующего сигнала, необходимого, например, для определения допплеровского смещения частоты эхо-сигналов [5].When low-frequency echo signals pass through selective systems of resonant amplifiers of the radar receiver path, the envelope and phase structure of the echo signals also change [4], which leads to additional errors in determining the arrival time and amplitude of the echo signals for different location cycles. In the pause between the sending of the probe signals in the generator path, there is no generation of the reference signal with the frequency of the low-frequency probe signal, necessary, for example, to determine the Doppler frequency shift of the echo signals [5].

Признаки, совпадающие с заявляемым объектом: высокочастотные генераторы, импульсный генератор, импульсные модуляторы, усилители мощности, акустическая антенна.Signs that match the claimed object: high-frequency generators, pulse generator, pulse modulators, power amplifiers, acoustic antenna.

Причинами, препятствующими достижению технического результата, являются низкая точность измерения дальности до обнаруженных объектов и уровней сигналов, отраженных от них, отсутствие опорного напряжения с частотой низкочастотного зондирующего сигнала. Это обусловленно тем, что радиоимпульсы, формируемые на выходе импульсных модуляторов, имеют произвольную начальную фазу, находящуюся в интервале 0-2π. Формируемый в среде лоцирования низкочастотный акустический сигнал, а также эхо-сигналы будут иметь случайную начальную фазу. После детектирования эхо-сигналов получаются видеоимпульсы с разной крутизной фронтов, что будет давать дополнительную погрешность при определении временных интервалов между началом цикла лоцирования и временем прихода эхо-импульса. При прохождении низкочастотных эхо-сигналов через избирательные системы резонансных усилителей приемного тракта локатора также будет изменяться огибающая и фазовая структура эхо-сигналов [4], что приводит к дополнительным погрешностям при определении времени прихода и амплитуды эхо-сигналов для разных циклов лоцирования. В паузе между посылками зондирующих сигналов в генераторном тракте отсутствует выработка опорного сигнала с частотой низкочастотного зондирующего сигнала, необходимого, например, для определения допплеровского смещения частоты эхо-сигналов [5].The reasons that impede the achievement of the technical result are the low accuracy of measuring the distance to the detected objects and signal levels reflected from them, the lack of a reference voltage with the frequency of the low-frequency sounding signal. This is due to the fact that the radio pulses generated at the output of the pulse modulators have an arbitrary initial phase in the range 0-2π. The low-frequency acoustic signal generated in the location medium and the echo signals will have a random initial phase. After detecting the echo signals, video pulses with different steepness of the fronts are obtained, which will give an additional error in determining the time intervals between the beginning of the location cycle and the time of arrival of the echo pulse. When low-frequency echo signals pass through selective systems of resonant amplifiers of the receiving path of the locator, the envelope and phase structure of the echo signals will also change [4], which leads to additional errors in determining the arrival time and amplitude of the echo signals for different location cycles. In the pause between the sending of the probe signals in the generator path, there is no generation of the reference signal with the frequency of the low-frequency probe signal, necessary, for example, to determine the Doppler frequency shift of the echo signals [5].

Задачей изобретения является создание генераторного тракта параметрического локатора, обладающего повышенной точностью измерения дальности до обнаруженных объектов и уровней сигналов, отраженных от них, и обеспечивающего формирование опорного напряжения с частотой низкочастотного зондирующего сигнала.The objective of the invention is the creation of a generator path of a parametric locator with increased accuracy of measuring the distance to detected objects and signal levels reflected from them, and providing the formation of a reference voltage with a frequency of a low-frequency sounding signal.

Технический результат изобретения заключается в устранении погрешностей, возникающих при измерении дальности до обнаруженных объектов и уровней сигналов, отраженных от них, обусловленных неидентичностью формируемых зондирующих сигналов для разных циклов лоцирования.The technical result of the invention is to eliminate errors that occur when measuring the distance to the detected objects and signal levels reflected from them, due to the non-identity of the generated probing signals for different location cycles.

Дополнительный технический результат заключается в формировании опорного напряжения с частотой низкочастотного зондирующего сигнала.An additional technical result consists in the formation of a reference voltage with a frequency of a low-frequency sounding signal.

Технический результат достигается тем, что в генераторный тракт параметрического локатора, содержащий импульсный генератор, два генератора высокочастотных сигналов, выход каждого из которых соединен с сигнальным входом соответствующего импульсного модулятора, выходы модуляторов через усилители мощности соединены с элементами акустической антенны, дополнительно введен перемножитель, два входа которого соединены с выходами генераторов высокочастотных сигналов, а выход перемножителя через последовательно соединенные фильтр низких частот и компаратор соединен с управляющим входом D-триггера, вход данных которого соединен с выходом импульсного генератора, а выход D-триггера соединен с управляющими входами импульсных модуляторов.The technical result is achieved by the fact that in the generator path of the parametric locator containing a pulse generator, two high-frequency signal generators, the output of each of which is connected to the signal input of the corresponding pulse modulator, the outputs of the modulators through power amplifiers are connected to the elements of the acoustic antenna, an additional multiplier, two inputs are introduced which are connected to the outputs of the high-frequency signal generators, and the output of the multiplier through a series-connected low-pass filter frequency and the comparator is connected to the control input of the D-trigger, the data input of which is connected to the output of the pulse generator, and the output of the D-trigger is connected to the control inputs of the pulse modulators.

Устранение погрешностей, возникающих при измерении дальности до обнаруженных объектов, уровней сигналов, отраженных от них, и формирование зондирующих сигналов для разных циклов лоцирования обеспечивается путем генерирования высокочастотных компонент зондирующего сигнала, одинаковых для разных циклов лоцирования, путем формирования в результате их взаимодействии в среде лоцирования низкочастотных акустических сигналов с одинаковыми параметрами.The elimination of errors arising in measuring the distance to the detected objects, signal levels reflected from them, and the formation of sounding signals for different location cycles is achieved by generating high-frequency components of the probe signal, which are identical for different location cycles, by forming low-frequency components as a result of their interaction in the location environment acoustic signals with the same parameters.

Изобретение поясняется чертежами, гдеThe invention is illustrated by drawings, where

на фиг. 1 показана структурная схема генераторного тракта параметрического локатора;in FIG. 1 shows a block diagram of a generator path of a parametric locator;

на фиг. 2 приведены эпюры напряжений в различных точках.in FIG. Figure 2 shows stress plots at various points.

Генераторный тракт параметрического гидролокатора содержит: генератор высокочастотных сигналов 1, выход которого соединен с сигнальным входом импульсного модулятора 2 и одним из входов перемножителя 3. Выход второго высокочастотного генератора 4 соединен с сигнальным входом второго импульсного модулятора 5 и со вторым входом перемножителя 3. Выход перемножителя 3 через последовательно соединенные фильтр низких частот 6 и компаратор 7 соединен с управляющим входом D-триггера 8, вход данных которого соединен с выходом импульсного генератора 9. Выход D-триггера 8 соединен с управляющими входами импульсных модуляторов 2 и 5, а выходы модуляторов 2 и 5 через усилители мощности 10 и 11 соединены с элементами 12 и 13 акустической антенны 14.The parametric sonar generator path contains: a high-frequency signal generator 1, the output of which is connected to the signal input of the pulse modulator 2 and one of the inputs of the multiplier 3. The output of the second high-frequency generator 4 is connected to the signal input of the second pulse modulator 5 and with the second input of the multiplier 3. Output of the multiplier 3 through a series-connected low-pass filter 6 and a comparator 7 is connected to the control input of the D-trigger 8, the data input of which is connected to the output of the pulse generator a 9. The output of the D-flip-flop 8 is connected to the control inputs of the pulse modulators 2 and 5, and the outputs of the modulators 2 and 5 through power amplifiers 10 and 11 are connected to the elements 12 and 13 of the acoustic antenna 14.

Работает генераторный тракт параметрического гидролокатора следующим образом.The generator path of the parametric sonar operates as follows.

Генераторы высокочастотных сигналов 1 и 4 вырабатывают синусоидальные сигналы U1 и U2 с частотами соответственно f1 и f2, которые поступают на сигнальные входы нормально закрытых импульсных модуляторов 2 и 5 и на два входа перемножителя 3. На выходе перемножителя 3 получим напряжение U3, которое будет равноHigh-frequency signal generators 1 and 4 produce sinusoidal signals U1 and U2 with frequencies f1 and f2, respectively, which are fed to the signal inputs of normally closed pulse modulators 2 and 5 and to two inputs of multiplier 3. At the output of multiplier 3, we obtain voltage U3, which will be equal to

U3=U1cos(ω1t)*U2cos(ω2t)=½U1*U2[cos(ω12)t+cos(ω12)t].U3 = U1cos (ω 1 t) * U2cos (ω 2 t) = ½U1 * U2 [cos (ω 12 ) t + cos (ω 1 + ω 2 ) t].

Напряжение U3 подается на фильтр низких частот 6, отфильтровывающий высокочастотную компоненту сигнала. Напряжение U4 на выходе фильтра 6 будет равноThe voltage U3 is supplied to a low-pass filter 6, filtering the high-frequency component of the signal. The voltage U4 at the output of the filter 6 will be equal to

U4=½U1*U2cos(ω12)t.U4 = ½U1 * U2cos (ω 12 ) t.

Далее напряжение U4 поступает на вход компаратора 7, на выходе которого формируются видеоимпульсы U5, соответствующие какой-либо части гармонического сигнала U4, например его полуволнам положительной полярности, как это показано на фиг. 2, поступающие затем на динамический вход управления D-триггера 8. На вход данных D-триггера 8 с импульсного генератора 9 поступают видеоимпульсы U6, определяющие длительность и период повторения формируемого зондирующего сигнала, которые зависят от условий лоцирования [10, с.108-110].Further, the voltage U4 is supplied to the input of the comparator 7, at the output of which video pulses U5 are generated corresponding to any part of the harmonic signal U4, for example, to its half-waves of positive polarity, as shown in FIG. 2, then fed to the dynamic control input of the D-flip-flop 8. The D-flip-flop 8 data input from the pulse generator 9 receives video pulses U6 that determine the duration and repetition period of the generated probing signal, which depend on the location conditions [10, p. 108-110 ].

На выходе D-триггера формируются видеоимпульсы U7, начало и конец которых будут соответствовать передним фронтам видеоимпульсов U5, формируемых в компараторе 7, то есть в одной и той же фазе сигнала U4. Эти видеоимпульсы поступают на управляющие входы нормально закрытых импульсных модуляторов 2 и 5, открывают их, в результате чего на выходе модуляторов формируются радиоимпульсы U8 и U9, поступающие затем на входы усилителей мощности 10 и 11, а с их выходов - на элементы 12, 13 акустической антенны 14. Радиоимпульсы U8 и U9 для разных циклов лоцирования будут иметь одинаковую начальную фазу.At the output of the D-trigger, video pulses U7 are formed, the beginning and end of which will correspond to the leading edges of the video pulses U5 formed in the comparator 7, that is, in the same phase of the signal U4. These video pulses arrive at the control inputs of normally closed pulse modulators 2 and 5, open them, as a result of which at the output of the modulators radio pulses U8 and U9 are formed, which then go to the inputs of power amplifiers 10 and 11, and from their outputs to the acoustic elements 12, 13 antennas 14. The radio pulses U8 and U9 for different location cycles will have the same initial phase.

Элементы 12 и 13 акустической антенны 14 излучают в среду лоцирования высокочастотные акустические сигналы с частотами f1 и f2. Так как реальные среды (жидкости, газы, твердые тела) обладают нелинейностью своих упругих характеристик, то при распространении в них высокочастотных сигналов с разными частотами f1 и f2 будет происходить их взаимодействие и образование низкочастотного зондирующего сигнала с частотой F = |f1-f2|

Figure 00000002
. Причем при постоянных параметрах исходных высокочастотных сигналов (форма огибающей и фазовая структура) для разных циклов лоцирования этот сигнал будет иметь также постоянные параметры, а именно форму огибающей, значения начальной и конечной фаз для разных циклов лоцирования.Elements 12 and 13 of the acoustic antenna 14 emit high-frequency acoustic signals with frequencies f 1 and f 2 into the location medium. Since real media (liquids, gases, solids) have a non-linearity in their elastic characteristics, then when high-frequency signals with different frequencies f 1 and f 2 propagate in them, they will interact and form a low-frequency probe signal with a frequency F = | f1-f2 |
Figure 00000002
. Moreover, with constant parameters of the initial high-frequency signals (envelope shape and phase structure) for different location cycles, this signal will also have constant parameters, namely the shape of the envelope, the values of the initial and final phases for different location cycles.

На фиг. 1 и фиг. 2 напряжение U10 эквивалентно зондирующему сигналу, сформированному в среде лоцирования.In FIG. 1 and FIG. 2, voltage U10 is equivalent to a probing signal generated in the location medium.

Напряжение U4, формируемое из электрических сигналов U1, U2, имеет такую же частоту, что и акустический зондирующий сигнал, формируемый в среде лоцирования из высокочастотных акустических сигналов с частотами f1 и f2. Таким образом, напряжение U4 может быть использовано в качестве опорного, например, для определения частоты допплеровского смещения эхо-сигналов [5]. Низкочастотный зондирующий сигнал формируется из акустических высокочастотных сигналов излучаемых акустической антенной 14 в среду лоцированияи, идентичных высокочастотным радиоимпульсам U8 и U9. Поэтому получив напряжение U10 с постоянной для разных циклов лоцирования начальной и конечной фазой, получим низкочастотные зондирующие сигналы, формируемые в среде лоцирования, также с постоянными параметрами - формой огибающей, начальной и конечной фазами.The voltage U4 generated from the electrical signals U1, U2 has the same frequency as the acoustic probe signal generated in the location medium from high-frequency acoustic signals with frequencies f 1 and f 2 . Thus, the voltage U4 can be used as a reference, for example, to determine the frequency of the Doppler shift of the echo signals [5]. The low-frequency sounding signal is generated from the acoustic high-frequency signals emitted by the acoustic antenna 14 into the location medium identical to the high-frequency radio pulses U8 and U9. Therefore, having received voltage U10 with a constant initial and final phase for different locations, we obtain low-frequency sounding signals generated in the location environment, also with constant parameters - envelope shape, initial and final phases.

Таким образом, в результате введения в известное устройство новых блоков и связей получена возможность формирования в параметрических локаторах зондирующих низкочастотных сигналов с постоянными значениями начальной и конечной фазы, а также опорного сигнала, равного по частоте акустическому зондирующему сигналу, что позволило повысить точность определения расстояния до обнаруженных объектов и определять частоту допплеровского смещения эхо-сигналов.Thus, as a result of introducing new blocks and connections into the known device, it was possible to generate probing low-frequency signals with constant values of the initial and final phases, and also a reference signal equal in frequency to the acoustic probing signal in parametric locators, which made it possible to increase the accuracy of determining the distance to the detected objects and determine the frequency of the Doppler shift of the echo signals.

Аппаратурная реализация предложенного устройства не представляет сложностей. При схемотехническом проектировании всех его блоков могут быть использованы стандартные аналоговые и цифровые элементы. Например, генераторы 1 и 4 могут быть построены на операционных усилителях или транзисторах по известным схемам [11], импульсный генератор 9 может быть реализован на любых цифровых инверторах - К561ЛН2, К1533ЛН1, перемножитель 3 - на микросхемах К140МА1, К525ПС1, импульсные модуляторы 2 и 5 - на микросхемах аналоговых ключей К561КТ3, К561КП1, К190КТ2, компаратор 7 - на микросхемах К554СА3, К554СА4, триггер 8 - на микросхемах К561ТМ2, К555ТМ2, фильтр низкой частоты 6 - на любых пассивных или активных ФНЧ.Hardware implementation of the proposed device is not difficult. In the circuit design of all its blocks, standard analog and digital elements can be used. For example, generators 1 and 4 can be built on operational amplifiers or transistors according to known schemes [11], pulse generator 9 can be implemented on any digital inverters - K561LN2, K1533LN1, multiplier 3 - on microcircuits K140MA1, K525PS1, pulse modulators 2 and 5 - on K561KT3, K561KP1, K190KT2 analog key microcircuits, comparator 7 - on K554CA3, K554CA4 microcircuits, trigger 8 - on K561TM2, K555TM2 microcircuits, low-pass filter 6 - on any passive or active low-pass filters.

Предлагаемое техническое решение способствует созданию генераторного тракта параметрического локатора, обладающего повышенной точностью измерения дальности до обнаруженных объектов и уровней сигналов, отраженных от них и обеспечивающего формирование опорного напряжения с частотой низкочастотного зондирующего сигнала.The proposed technical solution contributes to the creation of the generator path of the parametric locator, which has increased accuracy of measuring the distance to the detected objects and the signal levels reflected from them and provides the formation of a reference voltage with a frequency of a low-frequency sounding signal.

Источники информацииInformation sources

1. Новиков Б.К., Тимошенко В.И. Параметрические антенны в гидролокации. - Л.: Судостроение, 1989. - 256 с.1. Novikov B.K., Timoshenko V.I. Parametric antennas in sonar. - L .: Shipbuilding, 1989 .-- 256 p.

2. Патент RU 2133047. «Параметрический эхо-импульный локатор». МПК G01S 15/60, опубл. 10.07.1999.2. Patent RU 2133047. "Parametric echo-pulse locator". IPC G01S 15/60, publ. 07/10/1999.

3. Патент UA 74833. «Параметрический профилограф». МПК G01S 15/00, опубл. 15.02.2006.3. Patent UA 74833. "Parametric profiler." IPC G01S 15/00, publ. 02/15/2006.

4. Золотарев И.Д. «Нестационарные процессы в резонансных усилителях фазово-импульсных измерительных систем». Новосибирск: Наука, 1969. - 176 с.4. Zolotarev I.D. "Transient processes in resonant amplifiers of phase-pulse measuring systems." Novosibirsk: Nauka, 1969 .-- 176 p.

5. Букатый В.М., Дмитриев В.И. Гидроакустические лаги. - М.: Пищевая промышленность, 1980. - 176 с.5. Bukaty V.M., Dmitriev V.I. Hydroacoustic logs. - M.: Food Industry, 1980. - 176 p.

6. Патент RU 2390797. «Способ формирования коротких акустических импульсов при параметрическом излучении и варианты устройства его реализации». МПК G01S 15/00, G01S 7/524, опубл. 27.05.2010.6. Patent RU 2390797. “Method for the formation of short acoustic pulses with parametric radiation and device implementation options”. IPC G01S 15/00, G01S 7/524, publ. 05/27/2010.

7. Патент US 4308599. «Параметрический двухчастотный гидролокатор». МПК G01S 15/02, G01S 15/10, G01S 15/87, опубл. 19.05.1980.7. Patent US 4308599. "Parametric dual-frequency sonar." IPC G01S 15/02, G01S 15/10, G01S 15/87, publ. 05/19/1980.

8. Патент DE 3113261. «Эхолот». МПК G01S 15/60, опубл. 21.10.1982.8. Patent DE 3113261. "Sounder." IPC G01S 15/60, publ. 10/21/1982.

9. Воронин В.А., Кузнецов В.П., Мордвинов Б.Г., Тарасов С.П., Тимошенко В.И. Нелинейные и параметрические процессы в акустике океана. - Ростиздат. Ростов-на-Дону, 2007. - 448 с.9. Voronin V.A., Kuznetsov V.P., Mordvinov B.G., Tarasov S.P., Timoshenko V.I. Nonlinear and parametric processes in the acoustics of the ocean. - Rostizdat. Rostov-on-Don, 2007 .-- 448 p.

10. Кобяков Ю.С., Кудрявцев Н.Н., Тимошенко В.И. Конструирование рыбопоисковой аппаратуры. - Л.: Судостроение. 1986. - 272 с.10. Kobyakov Yu.S., Kudryavtsev N.N., Timoshenko V.I. Design of fishing equipment. - L .: Shipbuilding. 1986.- 272 p.

11. Голуб B.C. Генераторы гармонических колебаний. - М.: Энергия, 1980. - 80 с. - (Б-ка по радиоэлектронике; Вып. 69).11. Golub B.C. Harmonic generators. - M .: Energy, 1980. - 80 p. - (B-k on electronics; Issue 69).

Claims (1)

Генераторный тракт параметрического локатора, содержащий импульсный генератор, два генератора высокочастотных сигналов, выход каждого из которых соединен с сигнальным входом соответствующего импульсного модулятора, выходы импульсных модуляторов через усилители мощности соединены с элементами акустической антенны, отличающийся тем, что в него дополнительно введены перемножитель, два входа которого соединены с выходами генераторов высокочастотных сигналов, выход перемножителя через последовательно соединенные фильтр низких частот и компаратор соединен с управляющим входом D-триггера, вход данных которого соединен с выходом импульсного генератора, а выход D-триггера соединен с управляющими входами импульсных модуляторов. The generator path of the parametric locator containing a pulse generator, two high-frequency signal generators, the output of each of which is connected to the signal input of the corresponding pulse modulator, the outputs of the pulse modulators through power amplifiers are connected to the elements of an acoustic antenna, characterized in that a multiplier, two inputs are additionally introduced into it which is connected to the outputs of the high-frequency signal generators, the output of the multiplier through a series-connected low-pass filter is often and a comparator coupled to the control input of the D-flip-flop whose data input connected to the output of the pulse generator, and the output of D-flip-flop is connected to the control inputs of pulse modulators.
RU2014114669/28A 2014-04-14 2014-04-14 Generating channel of parametric sonar RU2582898C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2014114669/28A RU2582898C2 (en) 2014-04-14 2014-04-14 Generating channel of parametric sonar

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2014114669/28A RU2582898C2 (en) 2014-04-14 2014-04-14 Generating channel of parametric sonar

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2014114669A RU2014114669A (en) 2015-10-20
RU2582898C2 true RU2582898C2 (en) 2016-04-27

Family

ID=54326917

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2014114669/28A RU2582898C2 (en) 2014-04-14 2014-04-14 Generating channel of parametric sonar

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2582898C2 (en)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2006152A1 (en) * 1970-02-11 1971-08-19 Krupp Gmbh Method and device for distinguishing between echo signals from reflecting the bodies of different sound hardnesses during echo sounding in the water
RU2050559C1 (en) * 1992-04-14 1995-12-20 Таганрогский радиотехнический институт им.В.Д.Калмыкова Active sonar for detection of objects near bottom, on bottom and in near-surface layer of bottom
RU2050558C1 (en) * 1993-03-17 1995-12-20 Александр Максимович Гаврилов Acoustic pulse detector
RU2097785C1 (en) * 1995-01-31 1997-11-27 Новосибирский государственный технический университет Phase parametric sonar
RU2133047C1 (en) * 1996-07-05 1999-07-10 Таганрогский государственный радиотехнический университет Parametric echo-pulse sonar

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2006152A1 (en) * 1970-02-11 1971-08-19 Krupp Gmbh Method and device for distinguishing between echo signals from reflecting the bodies of different sound hardnesses during echo sounding in the water
RU2050559C1 (en) * 1992-04-14 1995-12-20 Таганрогский радиотехнический институт им.В.Д.Калмыкова Active sonar for detection of objects near bottom, on bottom and in near-surface layer of bottom
RU2050558C1 (en) * 1993-03-17 1995-12-20 Александр Максимович Гаврилов Acoustic pulse detector
RU2097785C1 (en) * 1995-01-31 1997-11-27 Новосибирский государственный технический университет Phase parametric sonar
RU2133047C1 (en) * 1996-07-05 1999-07-10 Таганрогский государственный радиотехнический университет Parametric echo-pulse sonar

Also Published As

Publication number Publication date
RU2014114669A (en) 2015-10-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN108369242B (en) Improved beamformed acoustic signal travel time flow meter
Hague et al. The generalized sinusoidal frequency-modulated waveform for active sonar
US20180156907A1 (en) Echo measurement
CN104062645B (en) A kind of method measuring parametric array difference frequency ripple and same frequency small amplitude wave signal phase difference
RU2452041C1 (en) Method for parametric reception of waves of different physical nature in marine environment
RU2582898C2 (en) Generating channel of parametric sonar
RU2592741C1 (en) Hydroacoustic station for detection and location of gas leaks
RU75060U1 (en) ACOUSTIC LOCATION SYSTEM OF NEAR ACTION
RU69646U1 (en) PARAMETRIC ECHO-PULSE LOCATOR
Sabatini et al. Sampled baseband correlators for in-air ultrasonic rangefinders
Ardid et al. R&D towards the acoustic positioning system of KM3NeT
Pardhu et al. Design of matched filter for radar applications
RU143839U1 (en) INTEGRATED HYDROACOUSTIC SYSTEM FOR SEARCHING HYDROBIONTS
RU2703836C1 (en) Ultrasonic locator measurement error compensation device
US3360769A (en) Method and means for generating and analyzing special waveform signals of high information content
Digulescu et al. Underwater object tracking using time frequency signatures of acoustic signals
RU2582897C2 (en) Radiating channel of parametric sonar
Saldaña et al. Ultrasonic transmitter for positioning of the large underwater neutrino telescope KM3NeT
RU2680610C1 (en) Device for determination of physical properties of inclusions in micro inhomogeneous hydrogen media
RU2362184C1 (en) Sounding signal generator
Konovalov et al. On the optimization of the shapes of short-duration acoustic pulses for solving probing problems in immersion tests
Du et al. Comparison of simulated and measured nonlinear ultrasound fields
RU97535U1 (en) SOUND SIGNAL GENERATOR
RU2205421C1 (en) Acoustic active sonar
RU2158007C1 (en) Acoustic echo-pulse detector