RU2664981C2 - Parametric ice fathometer - Google Patents

Parametric ice fathometer Download PDF

Info

Publication number
RU2664981C2
RU2664981C2 RU2015130413A RU2015130413A RU2664981C2 RU 2664981 C2 RU2664981 C2 RU 2664981C2 RU 2015130413 A RU2015130413 A RU 2015130413A RU 2015130413 A RU2015130413 A RU 2015130413A RU 2664981 C2 RU2664981 C2 RU 2664981C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
unit
block
input
output
range
Prior art date
Application number
RU2015130413A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2015130413A (en
RU2015130413A3 (en
Inventor
Евгений Аркадьевич Остриянский
Михаил Анатольевич Бородин
Original Assignee
Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство промышленности и торговли Российской Федерации (Минпромторг)
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 Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство промышленности и торговли Российской Федерации (Минпромторг) filed Critical Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство промышленности и торговли Российской Федерации (Минпромторг)
Priority to RU2015130413A priority Critical patent/RU2664981C2/en
Publication of RU2015130413A publication Critical patent/RU2015130413A/en
Publication of RU2015130413A3 publication Critical patent/RU2015130413A3/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2664981C2 publication Critical patent/RU2664981C2/en

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S15/00—Systems using the reflection or reradiation of acoustic waves, e.g. sonar systems

Abstract

FIELD: hydro acoustics.SUBSTANCE: present invention relates to the field of hydroacoustics and can be used to detect and measure the thickness of ice on the water surface, as well as to get the information on the shape of the lower ice edge from an underwater object. This invention’s aim is to reduce the methodological error in estimating ice thickness. In the method, the claimed device consists of high-frequency receive-emitting antenna 1, low-frequency receiving antenna 2, switch 3, transmitting unit 4, two-channel receiver unit 5, dual-channel digital signal processing unit 6, first threshold distance estimation unit 7, first weighted average distance estimator 8, first distance estimation decision unit 9, control unit 10, first interface classification unit 11, second threshold distance estimation unit 12, second weighted average distance estimator 13, second distance decision unit 14, second interface classification unit 15, ice thickness estimation unit 16, indicator 17, storage unit 18. Such design of the parametric ice fathometer makes it possible to reduce methodical errors in estimating the thickness of ice.EFFECT: technical result consists in taking into account the unevenness of the interface surface of media when estimating the distance from the radiation point to the interface between two media.3 cl, 10 dwg

Description

Настоящее изобретение относится к области гидроакустики и может быть использовано для обнаружения и измерения толщины льда на водной поверхности, а также для регистрации профиля нижней кромки льда с подводного объекта.The present invention relates to the field of hydroacoustics and can be used to detect and measure the thickness of ice on the water surface, as well as to record the profile of the lower edge of the ice from an underwater object.

В настоящее время измерение толщины льда (от нижней до верхней кромки) с помощью параметрического эхоледомера производят гидроакустическим методом (Корякин Ю.А. Корабельная гидроакустическая техника: состояние и актуальные проблемы - СПб.: Наука, 2004. С. 130), согласно которому оценивают расстояния от точки излучения на подводном объекте до границ раздела сред «вода-лед» d1 в высокочастотном приемном канале и «лед-воздух» d2 в низкочастотном приемном канале, разность указанных расстояний является оценкой толщины льда d=d2-d1.Currently, ice thickness measurement (from the lower to the upper edge) using a parametric echo-meter is carried out by the hydroacoustic method (Koryakin Yu.A. Ship hydroacoustic equipment: state and current problems - St. Petersburg: Nauka, 2004. P. 130), according to which they evaluate the distance from the radiation point on the underwater object to the interface between the water-ice media d 1 in the high-frequency receiving channel and ice-air d 2 in the low-frequency receiving channel, the difference in these distances is an estimate of the ice thickness d = d 2 -d 1 .

Одним из основных источников погрешностей при оценке толщины льда в заданном районе наряду с отсутствием достоверных данных о структуре льда и скорости звука выступает погрешность оценки расстояния от точки излучения на подводном объекте до границ раздела сред «вода-лед» и «лед-воздух».One of the main sources of errors in estimating the ice thickness in a given area, along with the lack of reliable data on the ice structure and sound speed, is the error in estimating the distance from the radiation point on the underwater object to the water-ice and ice-air interface.

Оценку указанных расстояний производят по амплитудной развертке взаимно-корреляционной функции (ВКФ) принятого эхосигнала пороговым методом, что справедливо при наличии плоской и гладкой, по критерию Рэлея, поверхности границы раздела сред. В этом случае имеет место зеркальное отражение акустических волн, и передний фронт принимаемого эхосигнала достаточно крутой, что позволяет с заданной точностью определить момент контакта с границей раздела сред.The indicated distances are estimated by the amplitude scan of the cross-correlation function (CCF) of the received echo signal by the threshold method, which is true if there is a plane and smooth interface surface of the media, according to the Rayleigh criterion. In this case, there is a mirror reflection of the acoustic waves, and the leading edge of the received echo signal is steep enough, which allows determining the moment of contact with the interface between the media with a given accuracy.

Критерий Рэлея (1) устанавливает ограничение на неровности поверхности, при котором сохраняется зеркальный характер отражения акустических волн, облучающих неровную поверхность. При нормальном падении акустических волн на границу раздела сред, характерном для параметрического эхоледомера, критерий Рэлея имеет вид (Исимару. А. Распространение и рассеяние волн в случайно-неоднородных средах. М.: Мир, 1981. Том 2. С. 126):The Rayleigh criterion (1) establishes a restriction on surface irregularities at which the specular nature of the reflection of acoustic waves irradiating an uneven surface is preserved. With normal incidence of acoustic waves at the interface, characteristic of a parametric echo-meter, the Rayleigh criterion has the form (Ishimaru. A. Propagation and scattering of waves in randomly inhomogeneous media. M: Mir, 1981. Volume 2. P. 126):

Figure 00000001
Figure 00000001

гдеWhere

λ - длина акустической волны, падающей на границу раздела;λ is the length of the acoustic wave incident on the interface;

σ - среднеквадратическое отклонение ординат поверхности границы раздела сред.σ is the standard deviation of the ordinates of the surface of the interface.

Ровная поверхность границы раздела характерна для молодого льда, в то время как для остальных ледовых структур характерна существенно неровная поверхность границы раздела сред.A flat interface is characteristic of young ice, while other ice structures are characterized by a substantially uneven interface.

В случае неровной (шероховатой), по критерию Рэлея, поверхности границы раздела сред «вода-лед» и «лед-воздух» пороговый метод дает смещенную оценку расстояния от точки излучения до границы раздела сред, поскольку передний фронт формируемого при этом эхосигнала получается растянутый и изрезанный, что обусловлено дифракцией акустических волн на озвученном участке границы раздела сред.In the case of an uneven (rough) surface, according to the Rayleigh criterion, the interface between the water-ice and ice-air media, the threshold method gives a biased estimate of the distance from the radiation point to the media interface, since the leading edge of the generated echo signal is stretched and rugged, due to diffraction of acoustic waves on the voiced section of the interface.

В результате возрастает методическая погрешность оценки расстояния от точки излучения до границы раздела сред, что приводит к искажению оценки толщины льда и, как следствие, может привести к невозможности своевременного всплытия подводного объекта.As a result, the methodological error in estimating the distance from the radiation point to the interface is increased, which leads to a distortion in the estimate of the ice thickness and, as a result, can lead to the impossibility of timely surfacing of an underwater object.

Таким образом, важной задачей является снижение методической погрешности оценки толщины льда во время выполнения обследования ледовой обстановки параметрическим эхоледомером с подводного объекта.Thus, an important task is to reduce the methodological error in estimating the thickness of ice during the survey of the ice situation with a parametric echo ice meter from an underwater object.

Известен параметрический эхоледомер (патент на изобретение РФ №2019855 «Параметрический эхоледомер»), содержащий синхронизатор, генератор радиоимпульсов с двухчастотным заполнением, коммутатор прием/излучения, высокочастотную обратимую антенну, низкочастотную приемную антенну, первый селективный усилитель, фазовый детектор, селективный усилитель, квадратичный детектор, фильтр нижних частот, схему усреднения, формирователь импульсов, регистратор, первый усилитель-ограничитель, первый детектор, второй усилитель-ограничитель, второй детектор, схему совпадения, второй формирователь и ключ.Known parametric echo meter (patent for the invention of the Russian Federation No.2019855 "Parametric echo meter"), containing a synchronizer, a radio pulse generator with dual frequency filling, a receive / emission switch, a high frequency reversible antenna, a low frequency receiving antenna, a first selective amplifier, a phase detector, a selective amplifier, a quadratic detector , low-pass filter, averaging circuit, pulse shaper, recorder, first limiter amplifier, first detector, second limiter amplifier, second Héctor, coincidence circuit, the second driver and the key.

К недостаткам данного устройства-аналога следует отнести использование усилителей-ограничителей, реализующих пороговый метод оценки расстояний от точки излучения до границ раздела сред, что приводит к возрастанию методической погрешности оценки толщины льда в случае шероховатой поверхности границы раздела сред из-за флуктуаций и растягивания фронта принимаемых эхосигналов от границ раздела.The disadvantages of this analogue device include the use of limiter amplifiers that implement the threshold method for estimating the distances from the radiation point to the interface between media, which leads to an increase in the methodological error in estimating the ice thickness in the case of a rough interface surface due to fluctuations and stretching of the front taken echoes from the interface.

Недостатком рассматриваемого устройства-аналога также является несовершенство применяемой процедуры классификации по классам «вода-лед» и «вода-воздух», заключающейся в сравнении с помощью фазового детектора фазового сдвига эхосигнала, принятого низкочастотной приемной антенной и фазового сдвига эхосигнала, принятого высокочастотной приемно-излучающей антенной после прохождения квадратичного детектора. Наличие неровной, по критерию Рэлея, границы раздела двух сред приводит к флуктуациям фазовых сдвигов принимаемых эхосигналов, также фазовые искажения возникают в приемной тракте эхоледомера, что приводит к ошибкам при выполнении процедуры классификации.The disadvantage of the analog device under consideration is also the imperfection of the applied classification procedure for the classes of "water-ice" and "water-air", which consists in comparing with the phase detector the phase shift of the echo signal received by the low-frequency receiving antenna and the phase shift of the echo signal received by the high-frequency receiving-radiating antenna after passing through a quadratic detector. The presence of an uneven, according to the Rayleigh criterion, interface between two media leads to fluctuations in the phase shifts of the received echo signals, and phase distortions occur in the receiving path of the echo meter, which leads to errors in the classification procedure.

Наиболее близким аналогом к предлагаемому устройству является параметрический эхоледомер (Львов К.П. Цифровой приемный тракт эхоледомера // Гидроакустический журнал: Проблемы, методы и средства исследований Мирового океана. 2009. №6. С. 98-105).The closest analogue to the proposed device is a parametric echo-meter (Lvov KP Digital receiving path of the echo-meter // Hydroacoustic Journal: Problems, Methods and Research Tools of the World Ocean. 2009. No. 6. P. 98-105).

Указанный параметрический эхоледомер размещается на подводном объекте и содержит: высокочастотную приемно-излучающую антенну, низкочастотную приемную антенну, коммутатор, передающий блок, двухканальный приемный блок, двухканальный блок цифровой обработки сигналов, первый и второй блок оценки дальности пороговым методом, первый и второй блок классификации границы раздела, блок оценки толщины льда, блок управления, накопитель, индикатор.The specified parametric echo-meter is located on the underwater object and contains: a high-frequency receiving-radiating antenna, a low-frequency receiving antenna, a switch, a transmitting unit, a two-channel receiving unit, a two-channel unit for digital signal processing, the first and second block for estimating the distance by the threshold method, the first and second block for classifying the boundary section, ice thickness estimation unit, control unit, drive, indicator.

При этом высокочастотная приемно-излучающая антенна имеет двухстороннюю связь с коммутатором, выход которого соединен с первым входом двухканального приемного блока, вход коммутатора соединен с выходом передающего блока. Выход низкочастотной приемной антенны соединен со вторым входом двухканального приемного блока, первый и второй выходы которого соединены с первым и вторым входами двухканального блока цифровой обработки соответственно. Первый выход двухканального блока цифровой обработки соединен с входом первого блока оценки дальности пороговым методом, выход первого блока классификации границы раздела соединен с первым входом второго блока оценки дальности, второй выход двухканального блока цифровой обработки соединен со вторым входом второго блока оценки дальности пороговым методом. Выход второго блока классификации границы раздела соединен с входом блока оценки толщины льда, выход блока оценки толщины льда соединен с входом накопителя и первым входом индикатора, выход блока управления соединен с входами передающего блока, двухканального приемного блока, двухканального блока цифровой обработки, а также со вторым входом индикатора.In this case, the high-frequency receiving-emitting antenna has two-way communication with the switch, the output of which is connected to the first input of the two-channel receiving unit, the input of the switch is connected to the output of the transmitting unit. The output of the low-frequency receiving antenna is connected to the second input of the two-channel receiving unit, the first and second outputs of which are connected to the first and second inputs of the two-channel digital processing unit, respectively. The first output of the two-channel digital processing unit is connected to the input of the first range estimation unit by the threshold method, the output of the first section boundary classification unit is connected to the first input of the second range estimation unit, the second output of the two-channel digital processing unit is connected to the second input of the second range estimation unit by the threshold method. The output of the second section boundary classification block is connected to the input of the ice thickness estimation block, the output of the ice thickness estimation block is connected to the drive input and the first indicator input, the output of the control block is connected to the inputs of the transmitting block, two-channel receiving block, two-channel digital processing block, and also to the second indicator input.

Устройство-прототип обладает существенным недостатком, заключающемся в использовании порогового метода для оценки расстояния от точки излучения до границы раздела сред, реализованном в первом и втором блоках оценки дальности пороговым методом, что приводит к возрастанию погрешности оценки толщины льда в случае неровной границы раздела сред.The prototype device has a significant drawback consisting in the use of the threshold method for estimating the distance from the radiation point to the media interface, implemented in the first and second blocks of the range estimation by the threshold method, which leads to an increase in the error in estimating the ice thickness in the case of an uneven media interface.

Задача изобретения состоит в снижении методической погрешности оценки толщины льда.The objective of the invention is to reduce the methodological error in estimating the thickness of the ice.

Технический результат заключается в учете влияния неровностей поверхности границы раздела сред при оценке расстояния от точки излучения до границы раздела сред.The technical result consists in taking into account the influence of surface irregularities in the interface between media when estimating the distance from the radiation point to the media interface.

Для достижения указанного технического результата в известный параметрический эхоледомер, содержащий высокочастотную приемно-излучающую антенну, низкочастотную приемную антенну, коммутатор, передающий блок, двухканальный приемный блок, двухканальный блок цифровой обработки сигналов, первый и второй блоки оценки дальности пороговым методом, первый и второй блоки классификации границы раздела, блок оценки толщины льда, блок управления, накопитель, индикатор. При этом высокочастотная приемно-излучающая антенна имеет двухстороннюю связь с коммутатором, выход которого соединен с первым входом двухканального приемного блока, вход коммутатора соединен с выходом передающего блока. Выход низкочастотной приемной антенны соединен со вторым входом двухканального приемного блока, первый и второй выходы которого соединены с первым и вторым входами двухканального блока цифровой обработки соответственно. Первый выход двухканального блока цифровой обработки соединен с входом первого блока оценки дальности пороговым методом, выход первого блока классификации границы раздела соединен с первым входом второго блока оценки дальности, второй выход двухканального блока цифровой обработки соединен со вторым входом второго блока оценки дальности пороговым методом. Выход второго блока классификации границы раздела соединен с входом блока оценки толщины льда, выход блока оценки толщины льда соединен с входом накопителя и первым входом индикатора, выход блока управления соединен с входами передающего блока, двухканального приемного блока, двухканального блока цифровой обработки, а также со вторым входом индикатора, введены следующие новые признаки:To achieve the specified technical result, a known parametric echo-ice meter containing a high-frequency receiving-emitting antenna, a low-frequency receiving antenna, a switch, a transmitting unit, a two-channel receiving unit, a two-channel digital signal processing unit, the first and second blocks for evaluating the distance by the threshold method, the first and second classification blocks interface, ice thickness estimation unit, control unit, drive, indicator. In this case, the high-frequency receiving-emitting antenna has two-way communication with the switch, the output of which is connected to the first input of the two-channel receiving unit, the input of the switch is connected to the output of the transmitting unit. The output of the low-frequency receiving antenna is connected to the second input of the two-channel receiving unit, the first and second outputs of which are connected to the first and second inputs of the two-channel digital processing unit, respectively. The first output of the two-channel digital processing unit is connected to the input of the first range estimation unit by the threshold method, the output of the first section boundary classification unit is connected to the first input of the second range estimation unit, the second output of the two-channel digital processing unit is connected to the second input of the second range estimation unit by the threshold method. The output of the second section boundary classification block is connected to the input of the ice thickness estimation block, the output of the ice thickness estimation block is connected to the drive input and the first indicator input, the output of the control block is connected to the inputs of the transmitting block, two-channel receiving block, two-channel digital processing block, and also to the second by the indicator input, the following new features have been introduced:

- дополнительно введены первый и второй блоки принятия решения по оценке дальности, первый и второй блоки оценки дальности методом взвешенного среднего;- additionally introduced the first and second blocks of decision making on range assessment, the first and second blocks of range assessment using the weighted average method;

- выход первого блока оценки дальности пороговым методом соединен с первым входом первого блока принятия решения по оценке дальности и с входом первого блока оценки дальности методом взвешенного среднего, выход которого соединен со вторым входом первого блока принятия решения по оценке дальности, выход первого блока принятия решения по оценке дальности соединен с входом первого блока классификации границы раздела;- the output of the first range estimation block by a threshold method is connected to the first input of the first range decision making block and the input of the first range estimation block by the weighted average method, the output of which is connected to the second input of the first range estimation decision block, the output of the first decision block by the range estimate is connected to the input of the first section boundary classification block;

- выход второго блока оценки дальности пороговым методом соединен с первым входом второго блока принятия решения по оценке дальности и с входом второго блока оценки дальности методом взвешенного среднего, выход которого соединен со вторым входом второго блока принятия решения по оценке дальности, выход второго блока принятия решения по оценке дальности соединен с входом второго блока классификации границы раздела.- the output of the second range estimation block by the threshold method is connected to the first input of the second range decision making block and the input of the second range estimation block by the weighted average method, the output of which is connected to the second input of the second range estimation decision block, the output of the second decision block by the range estimate is connected to the input of the second section boundary classification block.

Для обеспечения наилучшей по практической реализации структуры введенных блоков первый и второй блоки оценки дальности методом взвешенного среднего выполнены, содержащими каждый блок сглаживания, блок оценки ширины ВКФ в окрестности максимума и блок расчета взвешенного среднего, а первый и второй блоки принятия решения выполнены, содержащими каждый блок расчета порога и устройство сравнения с порогом.To ensure the best practical implementation of the structure of the introduced blocks, the first and second blocks of the range estimation by the weighted average method are made containing each smoothing block, the VKF width estimation block in the vicinity of the maximum, and the weighted average calculation block, and the first and second decision blocks are made containing each block threshold calculation and a comparison device with a threshold.

Поясним достижение технического результата.Let us explain the achievement of the technical result.

Использование в параметрическом эхоледомере первого и второго блоков оценки дальности методом взвешенного среднего в сочетании с первым и вторым блоками принятия решения по оценке дальности позволяет устанавливать факт наличия неровной границы раздела сред и при этом производить оценку дальности с учетом влияния неровностей, что позволяет снизить методическую погрешность оценки расстояния от точки излучения до границы раздела сред «вода-лед» d1 и «лед-воздух» d2, вследствие чего уменьшается методическая погрешность оценки толщины льда d=d2-d1, получаемой как разность указанных расстояний.The use of the first and second blocks of range estimation using the weighted average method in the parametric echo-meter in combination with the first and second decision-making blocks for range assessment allows us to establish the fact of the presence of an uneven media interface and at the same time to make a range assessment taking into account the influence of irregularities, which allows to reduce the methodological estimation error the distance from the radiation point to the interface between the water-ice media d 1 and ice-air d 2 , as a result of which the methodological error in estimating the thickness l decreases dd = d 2 -d 1 obtained as the difference of the indicated distances.

Реализация предлагаемого параметрического эхоледомера поясняется фиг. 1-10.The implementation of the proposed parametric echo-meter is illustrated in FIG. 1-10.

На фиг. 1 представлена структурная блок-схема параметрического эхоледомера.In FIG. 1 is a structural block diagram of a parametric echo counter.

На фиг. 2 представлена структурная блок-схема передающего блока.In FIG. 2 is a structural block diagram of a transmitting unit.

На фиг. 3 представлена структурная блок-схема двухканального приемного блока.In FIG. 3 is a structural block diagram of a dual channel receiving unit.

На фиг. 4 представлена структурная блок-схема двухканального блока цифровой обработки сигналов.In FIG. 4 is a structural block diagram of a two-channel digital signal processing unit.

На фиг. 5 представлена структурная блок-схема первого блока оценки дальности пороговым методом.In FIG. 5 is a structural block diagram of a first block of range estimation by a threshold method.

На фиг. 6 представлена структурная блок-схема первого блока оценки дальности методом взвешенного среднего.In FIG. 6 is a structural block diagram of a first block of range estimation by a weighted average method.

На фиг. 7 представлена структурная блок-схема первого блока принятия решения по оценке дальности.In FIG. 7 is a structural block diagram of a first decision block for range estimation.

На фиг. 8 показана геометрия задачи оценки толщины льда параметрическим эхоледомером, на которой представлены - воздух 45, средний уровень 46 водной поверхности в спокойном состоянии, лед 47, вода 48, подводный объект 49, высокочастотная приемно-излучающая антенна 1, низкочастотная приемная антенна 2, нормаль 50 к плоскости, совпадающей со средним уровнем водной поверхности в спокойном состоянии, средний уровень 51 поверхности границы раздела «лед-воздух», средний уровень 52 поверхности границы раздела «вода-лед».In FIG. Figure 8 shows the geometry of the problem of estimating the ice thickness by a parametric echo-ice meter, which shows - air 45, average level 46 of the water surface in a calm state, ice 47, water 48, underwater object 49, high-frequency receiving-radiating antenna 1, low-frequency receiving antenna 2, normal 50 to the plane that coincides with the average level of the water surface in a calm state, the average level 51 of the surface of the ice-air interface, the average level 52 of the surface of the water-ice interface.

На фиг. 9 показан пример амплитудной развертки ВКФ эхосигнала от шероховатой, по критерию Рэлея, границ раздела сред.In FIG. Figure 9 shows an example of an amplitude sweep of an echo signal from a rough, according to Rayleigh criterion, media interface.

На фиг. 10 показан пример амплитудной развертки ВКФ эхосигнала от плоской и гладкой, по критерию Рэлея, границ раздела сред.In FIG. Figure 10 shows an example of the amplitude sweep of the VKF echo signal from a plane and smooth, according to Rayleigh criterion, media interfaces.

Параметрический эхоледомер (фиг. 1) состоит из высокочастотной приемно-излучающей антенны 1, низкочастотной приемной антенны 2, коммутатора 3, передающего блока 4, двухканального приемного блока 5, двухканального блока 6 цифровой обработки сигналов, первого блока 7 оценки дальности пороговым методом, первого блока 8 оценки дальности методом взвешенного среднего, первого блока 9 принятия решения по оценке дальности, блока 10 управления, первого блока 11 классификации границы раздела, второго блока 12 оценки дальности пороговым методом, второго блока 13 оценки дальности методом взвешенного среднего, второго блока 14 принятия решения по оценке дальности, второго блока 15 классификации границы раздела, блока 16 оценки толщины льда, индикатора 17, накопителя 18.The parametric echo-meter (Fig. 1) consists of a high-frequency receiving-radiating antenna 1, a low-frequency receiving antenna 2, a switch 3, a transmitting unit 4, a two-channel receiving unit 5, a two-channel unit 6 for digital signal processing, the first unit 7 for estimating the distance by the threshold method, the first unit 8 range estimates by the weighted average method, the first decision-making unit 9 for assessing the range, the control unit 10, the first section boundary classification block 11, the second range estimation block 12 by the threshold method, the second eye range 13 estimates a weighted average method, the second block 14 a decision on the evaluation range, the second classification unit 15 of the interface unit 16 estimates the thickness of ice, the indicator 17, the drive 18.

Высокочастотная приемно-излучающая антенна 1 имеет двухстороннюю связь с коммутатором 3, выход которого соединен с первым входом двухканального приемного блока 5, вход коммутатора 3 соединен с выходом передающего блока 4, выход низкочастотной приемной антенны 2 соединен со вторым входом двухканального приемного блока 5, первый и второй выходы которого соединены с первым и вторым входами двухканального блока 6 цифровой обработки соответственно, первый выход двухканального блока 6 цифровой обработки соединен с входом первого блока 7 оценки дальности пороговым методом, выход первого блока 7 оценки дальности пороговым методом соединен с первым входом первого блока 9 принятия решения по оценке дальности и входом первого блока 8 оценки дальности методом взвешенного среднего, выход которого соединен со вторым входом первого блока 9 принятия решения по оценке дальности, выход первого блока 9 принятия решения по оценке дальности соединен с входом первого блока 11 классификации границы раздела, выход блока 11 классификации границы раздела соединен с первым входом второго блока 12 оценки дальности пороговым методом, второй выход двухканального блока 6 цифровой обработки соединен со вторым входом второго блока 12 оценки дальности пороговым методом, выход второго блока 12 оценки дальности пороговым методом соединен с первым входом второго блока 14 принятия решения по оценке дальности и входом второго блока 13 оценки дальности методом взвешенного среднего, выход которого соединен со вторым входом второго блока 14 принятия решения по оценке дальности, выход второго блока 14 принятия решения по оценке дальности соединен с входом второго блока 15 классификации границы раздела, выход второго блока 15 классификации границы раздела соединен с входом блока 16 оценки толщины льда, выход блока 16 оценки толщины льда соединен с входом накопителя 18 и первым входом индикатора 17, выход блока 10 управления соединен с входами передающего блока 4, двухканального приемного блока 5, двухканального блока 6 цифровой обработки, а также со вторым входом индикатора 17.The high-frequency receiving-emitting antenna 1 has two-way communication with the switch 3, the output of which is connected to the first input of the two-channel receiving unit 5, the input of the switch 3 is connected to the output of the transmitting unit 4, the output of the low-frequency receiving antenna 2 is connected to the second input of the two-channel receiving unit 5, the first and the second outputs of which are connected to the first and second inputs of the two-channel digital processing unit 6, respectively, the first output of the two-channel digital processing unit 6 is connected to the input of the first evaluation unit 7 by the threshold method, the output of the first range estimation block 7 by the threshold method is connected to the first input of the first range estimation decision block 9 and the input of the first range estimation block 8 by the weighted average method, the output of which is connected to the second input of the first range estimation decision block 9, the output of the first range estimation decision block 9 is connected to the input of the first partition boundary classification block 11, the output of the partition boundary classification block 11 is connected to the first input of the second assessment block 12 range threshold method, the second output of the two-channel digital processing unit 6 is connected to the second input of the second range estimation unit 12 by the threshold method, the output of the second range estimation unit 12 by the threshold method is connected to the first input of the second range estimation decision unit 14 and the input of the second evaluation unit 13 range by the weighted average method, the output of which is connected to the second input of the second decision making unit 14 for assessing the range, the output of the second range making decision unit 14 is connected to the input ohm of the second partition boundary classification block 15, the output of the second partition boundary classification block 15 is connected to the input of the ice thickness estimation block 16, the output of the ice thickness estimation block 16 is connected to the input of the drive 18 and the first input of the indicator 17, the output of the control block 10 is connected to the inputs of the transmitting block 4, a two-channel receiving unit 5, a two-channel digital processing unit 6, and also with a second input of the indicator 17.

Высокочастотная приемно-излучающая антенна 1 в сочетании с коммутатором 3 и первым каналом двухканального приемного блока 5 образуют первый приемный канал. Низкочастотная приемная антенна 2 в сочетании с коммутатором 3 и вторым канала двухканального приемного блока 5 образуют второй приемный канал.The high-frequency receiving-emitting antenna 1 in combination with the switch 3 and the first channel of the two-channel receiving unit 5 form the first receiving channel. The low-frequency receiving antenna 2 in combination with the switch 3 and the second channel of the two-channel receiving unit 5 form a second receiving channel.

Высокочастотная приемно-излучающая антенна 1 и низкочастотная приемная антенна 2 собраны из пьезокерамических стрежневых преобразователей, изготовленных из материала ЦТБС-3, соединенных параллельно и размещенных в одном корпусе, отдельно для каждой антенны.The high-frequency receiving-emitting antenna 1 and the low-frequency receiving antenna 2 are assembled from piezoceramic rod transducers made of TsTBS-3 material, connected in parallel and placed in one housing, separately for each antenna.

Передающий блок 4 (фиг. 2) состоит из управляемого генератора тонального сигнала 19, управляемого генератора частотно-модулированного сигнала 20, двухканального усилителя 21 мощности, двухканального устройства 22 согласования с нагрузкой, преобразователя 23 напряжения питания, устройства 24 контроля.The transmitting unit 4 (Fig. 2) consists of a controlled tone signal generator 19, a controlled frequency-modulated signal generator 20, a two-channel power amplifier 21, a two-channel load balancing device 22, a supply voltage converter 23, and a control device 24.

Управляемый генератор 19 тонального сигнала и управляемый генератор 20 частотно-модулированного сигнала выполнены на базе микросхем прямого цифрового синтеза AD9912.The controlled tone generator 19 and the controlled frequency-modulated signal generator 20 are made on the basis of AD9912 direct digital synthesis microcircuits.

Двухканальный приемный блок 5 (фиг. 3) состоит из полосового фильтра 25 первого приемного канала, усилителя 26 первого приемного канала, аналогово-цифрового преобразователя 27 первого приемного канала, устройства 28 контроля, полосового фильтра 29 второго приемного канала, усилителя 30 второго приемного канала, аналогово-цифрового преобразователя 31 второго приемного канала.The two-channel receiving unit 5 (Fig. 3) consists of a band-pass filter 25 of the first receiving channel, an amplifier 26 of the first receiving channel, an analog-to-digital converter 27 of the first receiving channel, a control device 28, a band-pass filter 29 of the second receiving channel, an amplifier 30 of the second receiving channel, analog-to-digital Converter 31 of the second receiving channel.

Полосовые фильтры 25 и 29 выполнены микросхеме LTC1562 фирмы Linear Technology, усилители 26 и 30 выполнены на микросхемах микросхеме AD8031 и AD8332 фирмы Analog Devices. Аналогово-цифровые преобразователи выполнены на микросхемах AD7982 фирмы Analog Devices.Bandpass filters 25 and 29 are made by LTC1562 chip from Linear Technology, amplifiers 26 and 30 are made from AD8031 and AD8332 chips from Analog Devices. Analog-to-digital converters are made on AD7982 chips from Analog Devices.

Двухканальный блок 6 цифровой обработки сигналов (фиг. 4) состоит из интерфейсного блока 32, согласованного фильтра 33 первого приемного канала, согласованного фильтра 34 второго приемного канала, двухканального блока 35 прореживания и упаковки данных, устройства 36 контроля.The two-channel digital signal processing unit 6 (Fig. 4) consists of an interface unit 32, a matched filter 33 of the first receiving channel, a matched filter 34 of the second receiving channel, a two-channel data decimation and packing unit 35, and a control device 36.

Двухканальный блок 6 цифровой обработки реализован на сигнальном процессоре ADSP 21368.Two-channel block 6 digital processing is implemented on the signal processor ADSP 21368.

Первый блок 7 оценки дальности пороговым методом (фиг. 5) состоит из блока 37 формирования строба по дальности, блока 38 поиска и оценки положения максимума ВКФ в стробе по дальности, блока 39 поиска момента пересечения ВКФ с порогом в окрестности максимума ВКФ.The first block 7 for estimating the range by the threshold method (Fig. 5) consists of a block 37 for forming a strobe by range, a block 38 for searching and estimating the position of the maximum VKF in the range gate, and block 39 for searching for the moment when the VKF intersects the threshold in the vicinity of the maximum of the VKF.

Первый блок 8 оценки дальности методом взвешенного среднего (фиг. 6) состоит из блока 40 сглаживания, блока 41 оценки ширины ВКФ в окрестности максимума и блока 42 расчета взвешенного среднего.The first block 8 of the range estimation by the weighted average method (Fig. 6) consists of a smoothing unit 40, a VKF width estimation unit 41 in the vicinity of the maximum, and a weighted average calculation unit 42.

Первый блок 9 принятия решения по оценке дальности (фиг. 7) состоит из блока 43 расчета порога и устройства 44 сравнения с порогом.The first range estimation decision block 9 (FIG. 7) consists of a threshold calculation unit 43 and a threshold comparison device 44.

Блок 10 управления состоит из процессорного устройства, оперативного запоминающего устройства и кварцевого генератора.The control unit 10 consists of a processor device, random access memory and a crystal oscillator.

Второй блок 12 оценки дальности пороговым методом выполнен аналогично блоку 7, второй блок 13 оценки дальности методом взвешенного среднего выполнен аналогично блоку 8.The second block 12 of the range estimation by the threshold method is performed similarly to block 7, the second block 13 of the range estimation by the weighted average method is performed similarly to block 8.

Второй блок 14 принятия решения по оценке дальности выполнен аналогично блоку 9, второй блок 15 классификации границы раздела выполнен аналогично блоку 11.The second block 14 of the decision on the assessment of the range is made similar to block 9, the second block 15 of the classification of the interface is made similar to block 11.

Первый блок 7 оценки дальности пороговым методом, первый блок 8 оценки дальности методом взвешенного среднего, первый блок 9 принятия решения по оценке дальности, первый блок 11 классификации границы раздела, второй блок 12 оценки дальности пороговым методом, второй блок 13 оценки дальности методом взвешенного среднего, второй блок 14 принятия решения по оценке дальности, второй блок 15 классификации границы раздела, блок 16 оценки толщины льда реализованы на базе программируемой логической интегральной схемы ALTERA EP3C16Q240C8 и сигнального процессора ADSP 21368.The first block 7 is a range estimation by a threshold method, the first block 8 is a range estimation by a weighted average method, the first block 9 is a decision to evaluate a range, the first block 11 is a classification of the interface, the second block 12 is a range estimation by a threshold method, the second block is 13 a range estimation by a weighted average method, the second range estimation decision block 14, the second interface boundary classification block 15, the ice thickness estimation block 16 are implemented on the basis of the ALTERA EP3C16Q240C8 programmable logic integrated circuit and the signal processor and ADSP 21368.

Индикатор 17 представляет собой жидкокристаллический дисплей с диагональю 12 дюймов.Indicator 17 is a 12-inch liquid crystal display.

Накопитель 18 представляет собой постоянное запоминающее устройство емкостью 120 Гб, выполнен на микросхеме WD1200BEVE фирмы Western Digital.The drive 18 is a 120 GB read-only memory device made on a Western Digital WD1200BEVE chip.

Электропитание аппаратуры параметрического эхоледомера осуществляется от сети электропитания подводного объекта 46 (фиг. 8).Power supply equipment parametric echo-meter is carried out from the power supply network of the underwater object 46 (Fig. 8).

Параметрический эхоледомер работает следующим образом.The parametric echo-meter works as follows.

Предварительно параметрический эхоледомер (фиг. 8), в том числе высокочастотную приемно-излучающую антенну 1 и низкочастотную приемную антенну 2, размещают в водной среде на подводном объекте 49, при этом оси ХН указанных антенн ориентируют по нормали 50 к плоскости, совпадающей со средним уровнем водной поверхности в спокойном состоянии.A preliminary parametric echo-meter (Fig. 8), including a high-frequency receiving-emitting antenna 1 and a low-frequency receiving antenna 2, is placed in the aquatic environment on the underwater object 49, while the X-axis of these antennas are oriented along the normal 50 to the plane coinciding with the average level water surface in a calm state.

По командным импульсам, вырабатываемым блоком 10 управления, в передающем блоке 4 (фиг. 2) двумя генераторами 19 и 20 осуществляется формирование тонального сигнала с несущей частотой ω2 и частотно-модулированного сигнала с несущей частотой ω1 соответственно, которые через коммутатор 3 преобразуются в акустические импульсы высокочастотной приемно-излучающей антенной 1 и излучаются в пределах ее полосы пропускания в сторону среднего уровня 46 водной поверхности в спокойном состоянии (фиг. 8).According to the command pulses generated by the control unit 10, in the transmitting unit 4 (Fig. 2), two generators 19 and 20 generate a tone signal with a carrier frequency ω 2 and a frequency-modulated signal with a carrier frequency ω 1, respectively, which are converted through switch 3 into acoustic pulses of a high-frequency receiving-emitting antenna 1 and are emitted within its passband in the direction of the average level 46 of the water surface in a calm state (Fig. 8).

Излученные высокочастотные сигналы с несущими частотами ω1 и ω2 отражаются от границы раздела «вода-лед» и в лед не проникают. Прием и преобразование в электрические сигналы высокочастотных эхосигналов от границы раздела «вода-лед» осуществляют высокочастотной приемно-излучающей антенной 1. Принятые высокочастотные эхосигналы через коммутатор 3 поступают на первый вход двухканального приемного блока 5.Radiated high-frequency signals with carrier frequencies ω 1 and ω 2 are reflected from the water-ice interface and do not penetrate into ice. Reception and conversion into electrical signals of high-frequency echo signals from the water-ice interface is carried out by a high-frequency receiving-emitting antenna 1. The received high-frequency echo signals through the switch 3 are fed to the first input of the two-channel receiving unit 5.

В результате взаимодействия излученных высокочастотных сигналов с нелинейным слоем воды 48 образуется низкочастотный сигнал с несущей частотой Ω1=ω1-ω2, который проникает в лед 47 и отражается от границы раздела «лед-воздух». Прием и преобразование в электрические сигналы низкочастотных эхосигналов от границы раздела «лед-воздух» осуществляют низкочастотной приемной антенной 2. Принятые низкочастотные эхосигналы поступают на второй вход двухканального приемного блока 5.As a result of the interaction of the emitted high-frequency signals with a non-linear water layer 48, a low-frequency signal is generated with a carrier frequency of Ω 1 = ω 1 -ω 2 , which penetrates ice 47 and is reflected from the ice-air interface. Reception and conversion into electrical signals of low-frequency echo signals from the ice-air interface is carried out by a low-frequency receiving antenna 2. The received low-frequency echo signals arrive at the second input of the two-channel receiving unit 5.

В двухканальном приемном блоке 5 (фиг. 3) параллельно осуществляется полосовая фильтрация, усиление и аналогово-цифровое преобразование эхосигналов в первом приемном и втором приемном каналах. В первом приемном канале обрабатывают эхосигналы, принятые высокочастотной приемно-излучающей антенной 1, а во втором приемном канале обрабатывают эхосигналы, принятые низкочастотной приемной антенной 2.In the two-channel receiving unit 5 (Fig. 3), bandpass filtering, amplification, and analog-to-digital conversion of echo signals in the first receiving and second receiving channels are carried out in parallel. In the first receiving channel, the echoes received by the high-frequency receiving-emitting antenna 1 are processed, and in the second receiving channel, the echoes received by the low-frequency receiving antenna 2 are processed.

Оцифрованные и усиленные эхосигналы первого и второго приемных каналов соответственно поступают на первый и второй входы двухканального блока 6 цифровой обработки сигналов (фиг. 4), где в каждом из каналов выполняется согласованная фильтрация эхосигналов с учетом знаков их квадратурных составляющих, а также прореживание и упаковка данных для передачи на вход первого блока 7 оценки дальности пороговым методом и на второй вход второго блока 12 оценки дальности пороговым методом.The digitized and amplified echo signals of the first and second receiving channels respectively arrive at the first and second inputs of the two-channel digital signal processing unit 6 (Fig. 4), where in each of the channels coordinated filtering of the echo signals is performed taking into account the signs of their quadrature components, as well as decimation and data packaging for transmitting to the input of the first block 7 range estimates by the threshold method and to the second input of the second block 12 of range estimates by the threshold method.

В первом блоке 7 оценки дальности пороговым методом (фиг. 5) пороговым методом оценивают расстояние между точкой излучения на подводном объекте 49 и облучаемой границей раздела сред.In the first block 7 of the range estimation by the threshold method (Fig. 5), the distance method between the radiation point on the underwater object 49 and the irradiated media interface is estimated by the threshold method.

В первом блоке 8 оценки дальности методом взвешенного среднего (фиг. 6) оценивают расстояние между точкой излучения на подводном объекте 49 и облучаемой границей раздела сред.In the first block 8, the range estimation using the weighted average method (Fig. 6) estimates the distance between the radiation point on the underwater object 49 and the irradiated interface.

В первом блоке 9 принятия решения по оценке дальности (фиг. 7) выполняют окончательную оценку расстояния между точкой излучения на подводном объекте 49 и облучаемой границей раздела сред - d1 путем выбора одной из оценок указанного расстояния, полученных от блока 7 и блока 8.In the first decision-making unit 9 for assessing the range (Fig. 7), a final estimate is made of the distance between the radiation point on the underwater object 49 and the irradiated interface сред d 1 by selecting one of the estimates of the indicated distance obtained from block 7 and block 8.

Далее в первом блоке 11 классификации границы раздела производят классификацию границы раздела сред по классам «вода-лед» и «вода-воздух». При наличии границы раздела «вода-лед» во втором приемном канале производят поиск эхосигналов от границы раздела «лед-воздух».Then, in the first block 11 of the classification of the interface, the media are classified according to the “water-ice” and “water-air” classes. If there is a water-ice interface in the second receiving channel, echoes from the ice-air interface are searched.

По результатам поиска при наличии границы раздела сред «лед-воздух» во втором блоке 12 оценки дальности пороговым методом оценивают расстояние между точкой излучения на подводном объекте 49 и облучаемой границей раздела сред.Based on the search results, if there is an ice-air interface in the second block 12, the distance estimation using the threshold method estimates the distance between the radiation point on the underwater object 49 and the irradiated media interface.

Во втором блоке 13 оценки дальности методом взвешенного среднего оценивают расстояние между точкой излучения на подводном объекте 49 и облучаемой границей раздела сред.In the second block 13, the range estimates using the weighted average method estimate the distance between the radiation point on the underwater object 49 and the irradiated interface.

Во втором блоке 14 принятия решения по оценке дальности выполняют окончательную оценку расстояния между точкой излучения на подводном объекте 49 и облучаемой границей раздела сред - d2 путем выбора одной из оценок указанного расстояния, полученных от блока 12 и блока 13.In the second decision making unit 14 for assessing the range, a final estimate of the distance between the radiation point on the underwater object 49 and the irradiated interface сред d 2 is performed by choosing one of the estimates of the specified distance obtained from block 12 and block 13.

Далее во втором блоке 15 классификации границы раздела производят классификацию границы раздела сред по классам «лед-вода» и «лед-воздух».Then, in the second block 15 of the classification of the interface, the interface between the media is classified according to the classes of "ice-water" and "ice-air".

В блоке 16 оценки толщины льда при наличии границы раздела «лед-воздух» оценивают толщину льда как d=d2-d1.In block 16 estimates the thickness of the ice in the presence of the interface “ice-air” evaluate the thickness of the ice as d = d 2 -d 1 .

Полученные в блоке 16 оценки толщины льда данные поступают в накопитель 18 для хранения и последующего анализа, и в индикатор 17 для отображения.Obtained in block 16 estimates the thickness of the ice, the data are transferred to the drive 18 for storage and subsequent analysis, and to the indicator 17 for display.

Блок 10 управления осуществляет управление работой эхоледомера, а также производит контроль работоспособности основных блоков параметрического эхоледомера.The control unit 10 controls the operation of the echo-meter, and also monitors the performance of the main blocks of the parametric echo-meter.

Поясним работу блоков и устройств, дополнительно введенных в параметрический эхоледомер, а также работу блока 7.Let us explain the operation of units and devices additionally introduced into the parametric echo-meter, as well as the operation of unit 7.

Работа первого блока 7 оценки дальности пороговым методом (фиг. 5) осуществляется следующим образом. В блоке 37 формируют строб по дальности для выделения эхосигналов, принятых в первом приемном канале. Для этого задают границы строба по дальности и выделяют участок ВКФ эхосигналов в первом приемном канале, в котором будет происходить дальнейший анализ:The operation of the first block 7 range assessment threshold method (Fig. 5) is as follows. In block 37, a range gate is formed to isolate echoes received in the first receiving channel. To do this, set the boundaries of the strobe in range and select the portion of the VKF echo signals in the first receiving channel, in which further analysis will take place:

Figure 00000002
Figure 00000002

гдеWhere

r - дальность;r is the range;

B1(r) - ВКФ эхосигналов в первом приемном канале;B 1 (r) - VKF echo signals in the first receiving channel;

r11=0.5Н, r12=Н - начало и окончание строба по дальности в первом приемном канале, Н - расстояние от точки излучения до среднего уровня водной поверхности 46.r 11 = 0.5Н, r 12 = Н - the beginning and end of the range gate in the first receiving channel, Н - the distance from the radiation point to the average level of the water surface 46.

Значение Н определяется с помощью датчика гидростатического давления, установленного на подводном объекте 49, и выдается через блок управления 10 в первый блок 7 оценки дальности пороговым методом.The value of H is determined using a hydrostatic pressure sensor installed on the underwater object 49, and is issued through the control unit 10 to the first unit 7 of the range assessment threshold method.

В блоке 38 производят поиск и оценку положения максимума ВКФ в стробе по дальности в первом приемном канале:In block 38 search and evaluate the position of the maximum VKF in the gate in range in the first receiving channel:

Figure 00000003
Figure 00000003

гдеWhere

Amax1 - значение максимума ВКФ;A max1 - the value of the maximum VKF;

rmax1 - дальность, соответствующая положению максимума в стробе по дальности в первом приемном канале.r max1 is the range corresponding to the position of the maximum in the strobe in range in the first receiving channel.

В блоке 39 выполняют поиск момента пересечения ВКФ с порогом в окрестности максимума ВКФ согласно условию:In block 39, a search is made for the moment when the VKF intersects the threshold in the vicinity of the maximum of the VKF according to the condition:

Figure 00000004
Figure 00000004

Запоминают значение дальности r01, для которой первой выполнилось условие (4).The value of the range r 01 , for which condition (4) was first met, is stored.

Одним из признаков наличия шероховатой поверхности границы раздела сред является дополнительное увеличение длительности эхосигнала относительно длительности излученного сигнала (фиг. 9), что обусловлено дифракцией акустических волн на озвученном участке границы раздела сред. Длительность эхосигнала по времени прямо пропорциональна протяженности эхосигнала по дальности.One of the signs of the presence of a rough surface of the interface is an additional increase in the duration of the echo signal relative to the duration of the emitted signal (Fig. 9), which is due to diffraction of acoustic waves at the voiced portion of the interface. The duration of the echo in time is directly proportional to the length of the echo in range.

Для снижения методической погрешности при оценке расстояния от точки излучения до границы раздела сред предлагается вычислять протяженность принятого эхосигнала по дальности и использовать ее для выбора метода оценки расстояния от точки излучения до границы раздела сред.To reduce the methodological error in estimating the distance from the radiation point to the interface, it is proposed to calculate the length of the received echo signal in range and use it to select a method for estimating the distance from the radiation point to the interface.

В случае гладкой и плоской по критерию Рэлея границы раздела сред, увеличение протяженности эхосигнала обусловлено влиянием характеристики направленности (ХН) приемно-излучающей антенны 1 (Богородский А.В., Островский Д.Б. Гидроакустические навигационные и поисково-обследовательские средства - СПб.: Изд-во СПБГЭТУ «ЛЭТИ», 2009. С. 98). Для оценки расстояния от точки излучения до границы раздела сред используют пороговый метод, поскольку передний фронт формируемого ровной границей раздела сред эхосигнала достаточно крутой (фиг. 10), что позволяет с заданной точностью определить момент контакта с границей раздела сред.In the case of a media interface that is smooth and flat according to the Rayleigh criterion, an increase in the length of the echo signal is due to the influence of the directivity (CI) characteristics of the receiving-emitting antenna 1 (Bogorodsky A.V., Ostrovsky DB, Hydroacoustic navigation and search and survey means - St. Petersburg: Publishing House SPbGETU "LETI", 2009. S. 98). The threshold method is used to estimate the distance from the radiation point to the media interface, since the leading edge of the echo signal formed by the even media interface is steep enough (Fig. 10), which makes it possible to determine the moment of contact with the media interface with a given accuracy.

В случае шероховатой, по критерию Рэлея, поверхности границы раздела сред необходимо оценивать расстояние от точки излучения до среднего уровня границы раздела сред 51 или 52 (фиг. 8), поскольку толщина льда в пределах озвученного параметрическим эхоледомером участка границы раздела сред не является постоянной величиной, как в случае ровной границы раздела сред. Для оценки указанного расстояния используют метод взвешенного среднего, оценивающий момент контакта с границей раздела сред с учетом формы и протяженности принимаемого эхосигнала, что позволяет уменьшить методическую погрешность формируемой оценки при наличии шероховатой границы раздела сред.In the case of a rough, according to the Rayleigh criterion, interface surface, it is necessary to estimate the distance from the radiation point to the average level of the media interface 51 or 52 (Fig. 8), since the ice thickness within the portion of the media interface interface voiced by the parametric echo-meter is not constant, as in the case of an even interface. To estimate the indicated distance, the weighted average method is used, which estimates the moment of contact with the interface of the media, taking into account the shape and length of the received echo signal, which allows to reduce the methodological error of the generated estimate in the presence of a rough interface.

Работа первого блока 8 оценки дальности методом взвешенного среднего (фиг. 6) осуществляется следующим образом. В блоке 40 производят сглаживание значений ВКФ первого приемного канала. Для этого выполняют разделение строба по дальности первого приемного канала на N групп по N1 значений, а затем усредняют значения ВКФ в пределах каждой группы:The operation of the first block 8 of the range assessment by the weighted average method (Fig. 6) is as follows. In block 40, smoothing the values of the VKF of the first receiving channel. For this, the strobe is divided by the distance of the first receiving channel into N groups of N 1 values, and then the VKF values are averaged within each group:

Figure 00000005
Figure 00000005

гдеWhere

Nr - количество выборок по дальности в стробе по дальности первого приемного канала;N r - the number of samples by range in the strobe by the range of the first receiving channel;

N1 - количество выборок по дальности в одной группе, значение N1 составляет не менее 5;N 1 - the number of samples in range in one group, the value of N 1 is at least 5;

Figure 00000006
- количество групп выборок по дальности, значение N зависит от установленной шкалы дальности в передающем блоке и составляет не менее 50;
Figure 00000006
- the number of groups of samples in range, the value of N depends on the set range scale in the transmitting unit and is at least 50;

R - дальность после прореживания.R is the range after thinning.

В блоке 41 выполняют оценку ширины ВКФ в окрестности максимума для первого приемного канала по сглаженным значениям ВКФ, формированным в блоке 40. Для этого производят сравнение с порогом сглаженных значений ВКФ:In block 41, the VKF width is estimated in the vicinity of the maximum for the first receiving channel from the smoothed VKF values generated in block 40. For this, a comparison with the threshold of smoothed VKF values is performed:

Figure 00000007
Figure 00000007

Запоминают значения дальностей Rn1 и Rn2, для которых условие (6) выполнилось в первый и последний раз в пределах строба по дальности в первом приемном канале, соответственно.The values of the ranges R n1 and R n2 are stored , for which condition (6) is fulfilled for the first and last time within the range gate in the first receiving channel, respectively.

Рассчитывают оценку ширину ВКФ в окрестности максимума в первом приемном канале:Calculate the estimate of the width of the VKF in the vicinity of the maximum in the first receiving channel:

Figure 00000008
Figure 00000008

В блоке 42 расчета взвешенного среднего вычисляют расстояние между точкой излучения на подводном объекте 49 и границей раздела «вода-лед» по формуле:In block 42 calculating the weighted average calculate the distance between the point of radiation on the underwater object 49 and the interface "water-ice" according to the formula:

Figure 00000009
Figure 00000009

Работа первого блока 9 принятия решения по оценке дальности (фиг. 7) осуществляется следующим образом. В блоке 43 расчета порога вычисляют значение порога Δrp1:The work of the first block 9 of the decision to assess the range (Fig. 7) is as follows. In block 43 of the calculation of the threshold calculate the threshold value Δr p1 :

Figure 00000010
Figure 00000010

гдеWhere

β - коэффициент, учитывающий расширение излучаемого импульса, значение β=1.2;β - coefficient taking into account the expansion of the emitted pulse, the value of β = 1.2;

Δθ - ширина ХН высокочастотной приемно-излучающей антенны в режиме излучения, является технической характеристикой параметрического эхоледомера;Δθ is the HN width of a high-frequency receiving-emitting antenna in the radiation mode, is a technical characteristic of a parametric echo-meter;

Н - расстояние от точки излучения до среднего уровня водной поверхности 46.H is the distance from the point of radiation to the average level of the water surface 46.

В устройстве 44 сравнения с порогом производят выбор оценки расстояния от точки излучения до поверхности границы раздела сред согласно условию:In the device 44 comparison with the threshold, a choice is made to assess the distance from the radiation point to the surface of the interface according to the condition:

Figure 00000011
Figure 00000011

где Δrp1 - порог по ширине ВКФ в окрестности максимума.where Δr p1 is the threshold along the width of the GCF in the vicinity of the maximum.

Из условия (10), если Δr1≤Δrp1, то протяженность излученного импульса свидетельствует о наличии гладкой границ раздела сред и тогда в качестве оценки расстояния от точки излучения до границы раздела выбирают значение r01, полученное по пороговому методу в блоке 7.From condition (10), if Δr 1 ≤Δr p1 , then the length of the emitted pulse indicates the presence of a smooth media interface, and then, as an estimate of the distance from the radiation point to the interface, choose the value r 01 obtained by the threshold method in block 7.

Если Δr1>Δrp1, то протяженность излученного импульса свидетельствует о наличии шероховатой границы раздела сред, и тогда в качестве оценки расстояния от точки излучения до границы раздела выбирают значение ra, полученное по методу взвешенного среднего в блоке 8.If Δr 1 > Δr p1 , then the length of the emitted pulse indicates the presence of a rough media interface, and then, as an estimate of the distance from the radiation point to the interface, we choose the value of r a , obtained by the method of weighted average in block 8.

Работа блоков 13 и 14 осуществляется аналогично работе блоков 8 и 9, соответственно.The operation of blocks 13 and 14 is carried out similarly to the operation of blocks 8 and 9, respectively.

Предложен параметрический эхоледомер, позволяющий уменьшить методическую погрешность оценки толщины льда с учетом влияния неровностей поверхности границы раздела сред при оценке расстояния от точки излучения на подводном объекте до границы раздела сред.A parametric echo-meter is proposed, which makes it possible to reduce the methodological error in estimating the ice thickness, taking into account the influence of surface irregularities of the media interface when estimating the distance from the radiation point on the underwater object to the media interface.

Таким образом, технический результат изобретения достигнут.Thus, the technical result of the invention is achieved.

Claims (3)

1. Параметрический эхоледомер, содержащий высокочастотную приемно-излучающую антенну, низкочастотную приемную антенну, коммутатор, передающий блок, двухканальный приемный блок, двухканальный блок цифровой обработки сигналов, первый и второй блоки оценки дальности пороговым методом, первый и второй блоки классификации границы раздела, блок оценки толщины льда, блок управления, накопитель, индикатор, при этом высокочастотная приемно-излучающая антенна имеет двухстороннюю связь с коммутатором, выход которого соединен с первым входом двухканального приемного блока, вход коммутатора соединен с выходом передающего блока, выход низкочастотной приемной антенны соединен со вторым входом двухканального приемного блока, первый и второй выходы которого соединены с первым и вторым входами двухканального блока цифровой обработки соответственно, первый выход двухканального блока цифровой обработки соединен с входом первого блока оценки дальности пороговым методом, выход первого блока классификации границы раздела соединен с первым входом второго блока оценки дальности, второй выход двухканального блока цифровой обработки соединен со вторым входом второго блока оценки дальности пороговым методом, выход второго блока классификации границы раздела соединен с входом блока оценки толщины льда, выход блока оценки толщины льда соединен с входом накопителя и первым входом индикатора, выход блока управления соединен с входами передающего блока, двухканального приемного блока, двухканального блока цифровой обработки, а также со вторым входом индикатора, отличающийся тем, что в него дополнительно введены первый и второй блоки принятия решения по оценке дальности, первый и второй блоки оценки дальности методом взвешенного среднего, при этом выход первого блока оценки дальности пороговым методом соединен с первым входом первого блока принятия решения по оценке дальности и с входом первого блока оценки дальности методом взвешенного среднего, выход которого соединен со вторым входом первого блока принятия решения по оценке дальности, выход первого блока принятия решения по оценке дальности соединен с входом первого блока классификации границы раздела, выход второго блока оценки дальности пороговым методом соединен с первым входом второго блока принятия решения по оценке дальности и с входом второго блока оценки дальности методом взвешенного среднего, выход которого соединен со вторым входом второго блока принятия решения по оценке дальности, выход второго блока принятия решения по оценке дальности соединен с входом второго блока классификации границы раздела.1. A parametric echo-ice meter containing a high-frequency receiving-emitting antenna, a low-frequency receiving antenna, a switch, a transmitting unit, a two-channel receiving unit, a two-channel digital signal processing unit, the first and second distance estimation blocks by the threshold method, the first and second separation boundary classification blocks, the estimation block ice thickness, control unit, drive, indicator, while the high-frequency receiving-emitting antenna has two-way communication with the switch, the output of which is connected to the first input of two channel input unit, the input of the switch is connected to the output of the transmitting unit, the output of the low-frequency receiving antenna is connected to the second input of the two-channel receiving unit, the first and second outputs of which are connected to the first and second inputs of the two-channel digital processing unit, respectively, the first output of the two-channel digital processing unit is connected to the input the first range estimation block by the threshold method, the output of the first section boundary classification block is connected to the first input of the second range estimation block, sec the output of the two-channel digital processing unit is connected to the second input of the second range estimation unit by a threshold method, the output of the second interface classification block is connected to the input of the ice thickness estimation unit, the output of the ice thickness evaluation unit is connected to the drive input and the first indicator input, the control unit output is connected to the inputs of the transmitting unit, two-channel receiving unit, two-channel digital processing unit, as well as with a second indicator input, characterized in that the first and the second range decision making blocks, the first and second range estimation blocks by the weighted average method, while the output of the first range estimation block by the threshold method is connected to the first input of the first range estimation decision block and to the input of the first range estimation block by the weighted average method, output which is connected to the second input of the first decision block on the assessment of the range, the output of the first decision block on the assessment of the range is connected to the input of the first block classification border case, the output of the second range estimation block by the threshold method is connected to the first input of the second range decision-making block and the input of the second range estimation block by the weighted average method, the output of which is connected to the second input of the second range estimation decision block, the output of the second decision block according to the range assessment, it is connected to the input of the second block of the classification of the interface. 2. Эхоледомер по п. 1, отличающийся тем, что первый и второй блоки оценки дальности методом взвешенного среднего выполнены содержащими каждый блок сглаживания, блок оценки ширины взаимной корреляционной функции в окрестности максимума и блок расчета взвешенного среднего.2. The echo-meter according to claim 1, characterized in that the first and second blocks for estimating the range by the weighted average method are made comprising each smoothing unit, a unit for estimating the width of the mutual correlation function in the vicinity of the maximum, and a unit for calculating the weighted average. 3. Эхоледомер по п. 1, отличающийся тем, что первый и второй блоки принятия решения выполнены содержащими каждый блок расчета порога и устройство сравнения с порогом.3. The echo-meter according to claim 1, characterized in that the first and second decision blocks are made comprising each threshold calculation unit and a threshold comparison device.
RU2015130413A 2015-07-22 2015-07-22 Parametric ice fathometer RU2664981C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2015130413A RU2664981C2 (en) 2015-07-22 2015-07-22 Parametric ice fathometer

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2015130413A RU2664981C2 (en) 2015-07-22 2015-07-22 Parametric ice fathometer

Publications (3)

Publication Number Publication Date
RU2015130413A RU2015130413A (en) 2017-01-27
RU2015130413A3 RU2015130413A3 (en) 2018-07-12
RU2664981C2 true RU2664981C2 (en) 2018-08-24

Family

ID=58451020

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2015130413A RU2664981C2 (en) 2015-07-22 2015-07-22 Parametric ice fathometer

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2664981C2 (en)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2019855C1 (en) * 1991-03-14 1994-09-15 Таганрогский радиотехнический институт им.В.Д.Калмыкова Parametric echo ice detection unit
JP2005291782A (en) * 2004-03-31 2005-10-20 National Institute Of Information & Communication Technology Ice thickness estimation method by sar
RU69646U1 (en) * 2007-05-03 2007-12-27 Технологический институт Федерального государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования "Южный федеральный университет" в г. Таганроге (ТТИ ЮФУ) PARAMETRIC ECHO-PULSE LOCATOR
RU120766U1 (en) * 2012-04-06 2012-09-27 Открытое акционерное общество "Концерн "Океанприбор" Sonar meter
RU2510608C1 (en) * 2012-11-15 2014-04-10 Открытое акционерное общество "Концерн "Океанприбор" Method of measuring thickness of ice from underwater vehicle

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2019855C1 (en) * 1991-03-14 1994-09-15 Таганрогский радиотехнический институт им.В.Д.Калмыкова Parametric echo ice detection unit
JP2005291782A (en) * 2004-03-31 2005-10-20 National Institute Of Information & Communication Technology Ice thickness estimation method by sar
RU69646U1 (en) * 2007-05-03 2007-12-27 Технологический институт Федерального государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования "Южный федеральный университет" в г. Таганроге (ТТИ ЮФУ) PARAMETRIC ECHO-PULSE LOCATOR
RU120766U1 (en) * 2012-04-06 2012-09-27 Открытое акционерное общество "Концерн "Океанприбор" Sonar meter
RU2510608C1 (en) * 2012-11-15 2014-04-10 Открытое акционерное общество "Концерн "Океанприбор" Method of measuring thickness of ice from underwater vehicle

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Новиков Б.К., Тимошенко В.И. Параметрические антенны в гидролокации. - Л.: Судостроение, 1989. - 256 с. *

Also Published As

Publication number Publication date
RU2015130413A (en) 2017-01-27
RU2015130413A3 (en) 2018-07-12

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US20220221431A1 (en) Sonar apparatus
US20070058488A1 (en) Sonar system and process
Saleh et al. Seabed sub-bottom sediment classification using parametric sub-bottom profiler
RU2590933C1 (en) Device for obtaining information on noisy object in sea
RU2650835C1 (en) Method of the target parameters determining by the sonar
RU2655478C1 (en) Method of measuring frequency dependence of sound reflection coefficient from surface
Stanton et al. Non-Rayleigh echoes from resolved individuals and patches of resonant fish at 2–4 kHz
Bonnel et al. An experimental benchmark for geoacoustic inversion methods
Lavery et al. Acoustic scattering from double-diffusive microstructure
US9863242B2 (en) Method for revealing anomalous discontinuity interfaces in pore pressures in non-drilled geological formations and a system implementing it
Huang et al. Matched-field geoacoustic inversion of low-frequency source tow data from the ASIAEX East China Sea experiment
RU2541435C1 (en) Method of determining iceberg immersion
US9081121B2 (en) Method for a mud cake thickness determination
RU2664981C2 (en) Parametric ice fathometer
RU2510608C1 (en) Method of measuring thickness of ice from underwater vehicle
Tollefsen et al. Matched-field geoacoustic inversion with a horizontal array and low-level source
Camin et al. A comparison of sediment reflection coefficient measurements to elastic and poro-elastic models
RU2300781C1 (en) Device for hydrometeorological observations of sea range water area
RU2814150C1 (en) Parametric profiler
Zhou et al. Shallow-water reverberation level: measurement technique and initial reference values
Gerstoft et al. Phenomenological and global optimization inversion
RU2376612C1 (en) Method of hydrometeorological monitoring water body of sea test site and device to this end
Chiu et al. Error analysis on normal incidence reflectivity measurement and geoacoustic inversion of ocean surficial sediment
Isakson et al. Measurements, metrics, and modeling of normal-incidence acoustic interaction with ocean sediment
RU2012070C1 (en) Method for determining coefficient of volumetric acoustic dispersion in oceanic medium

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20180913

NF4A Reinstatement of patent

Effective date: 20200720