RU2702235C1 - Receiving device for radio communication with underwater object - Google Patents

Receiving device for radio communication with underwater object Download PDF

Info

Publication number
RU2702235C1
RU2702235C1 RU2019101243A RU2019101243A RU2702235C1 RU 2702235 C1 RU2702235 C1 RU 2702235C1 RU 2019101243 A RU2019101243 A RU 2019101243A RU 2019101243 A RU2019101243 A RU 2019101243A RU 2702235 C1 RU2702235 C1 RU 2702235C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
input
output
controlled
unit
narrow
Prior art date
Application number
RU2019101243A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Валерий Григорьевич Максименко
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт радиотехники и электроники им. В.А. Котельникова Российской академии наук
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 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт радиотехники и электроники им. В.А. Котельникова Российской академии наук filed Critical Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт радиотехники и электроники им. В.А. Котельникова Российской академии наук
Priority to RU2019101243A priority Critical patent/RU2702235C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2702235C1 publication Critical patent/RU2702235C1/en

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04BTRANSMISSION
    • H04B7/00Radio transmission systems, i.e. using radiation field
    • H04B7/02Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas
    • H04B7/04Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas using two or more spaced independent antennas
    • H04B7/08Diversity systems; Multi-antenna system, i.e. transmission or reception using multiple antennas using two or more spaced independent antennas at the receiving station

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Geophysics And Detection Of Objects (AREA)

Abstract

FIELD: radio equipment.
SUBSTANCE: device relates to radio engineering and is intended for reception of radio waves of ultralow and extremely low frequencies (ULF and ELF) in marine environment at radio communication with moving underwater object. Device comprises first electrode sensor of electric field in form of first and second electrodes installed on flexible cable towed behind underwater object and connected through cable conductors with preamplifier, and installed on underwater object receiving unit, first and second narrow-band filters, a controlled amplifier, a controlled phase shifter, a subtractor unit, an extreme control unit and a second electrode sensor in form of a third and a fourth electrode installed on the same cable closer to the underwater object, connected through a first narrow-band filter to a controlled amplifier, output of which through controlled phase shifter is connected to first input of subtracting unit, second input of which through second narrow-band filter is connected to output of preamplifier, subtraction unit output is connected to the receiving unit and the first input of the extreme control unit, the second input of which is connected to the output of the first narrow-band filter, the first output of the extreme control unit is connected to the control input of the controlled amplifier, and second output is with control input of controlled phase shifter, wherein distance between third and fourth electrodes is less than between first and second electrodes.
EFFECT: technical result consists in improvement of operational characteristics due to reduced length of cable antenna.
1 cl, 1 dwg

Description

Устройство относится к радиотехнике и предназначено для приема радиоволн сверхнизких и крайне низких частот (СНЧ и КНЧ) в морской среде при радиосвязи с движущимся подводным объектом.The device relates to radio engineering and is intended for the reception of ultra-low and extremely low frequency (VLF and ELF) radio waves in the marine environment during radio communication with a moving underwater object.

Электрическое поле электромагнитной волны в морской воде, являющейся проводящей средой, порождает токи проводимости. Последние между двумя точками среды создают разность потенциалов, которая может быть передана на приемное устройство антенной, в качестве которой часто используют электродный датчик электрического поля. Электродный датчик представляет собой два разнесенных на некоторое расстояние электрода, имеющих электрический контакт с окружающей морской водой.The electric field of an electromagnetic wave in seawater, which is a conducting medium, generates conduction currents. The latter between two points of the medium create a potential difference that can be transmitted to the receiver by an antenna, which is often used as an electrode sensor of an electric field. The electrode sensor is two spaced apart electrodes having electrical contact with the surrounding sea water.

Известно устройство для приема электромагнитного поля в море, содержащее электродный датчик электрического поля, соединенный через предварительный усилитель с приемным блоком (В.Г. Максименко, В.И. Нарышкин. «Шум движения» электродных датчиков электрического поля в море и пути его уменьшения // Радиотехника и электроника. - 2003. - Т. 48, №1. - С. 70-76). При этом датчик выполнен в виде установленных на жесткой диэлектрической платформе на расстоянии порядка одного метра друг от друга двух металлических электродов. Датчик вместе с предварительным усилителем буксируется за кораблем. Выходное напряжение с предварительного усилителя по кабелю передается на приемный блок, установленный на корабле. Недостатком аналога является невысокая чувствительность, что обусловлено небольшим расстоянием между электродами при большом уровне так называемого «шума движения», то есть шума электродного датчика, обусловленного движением его в морской среде.A device for receiving an electromagnetic field in the sea, containing an electrode sensor of an electric field connected through a pre-amplifier to a receiving unit (V. G. Maksimenko, V. I. Naryshkin. "Noise" of the electrode sensors of an electric field in the sea and ways to reduce it / / Radio engineering and electronics. - 2003. - T. 48, No. 1. - S. 70-76). In this case, the sensor is made in the form of two metal electrodes mounted on a rigid dielectric platform at a distance of the order of one meter from each other. The sensor along with the pre-amplifier is towed behind the ship. The output voltage from the pre-amplifier is transmitted via cable to the receiving unit mounted on the ship. The disadvantage of the analogue is its low sensitivity, which is due to the small distance between the electrodes at a high level of the so-called "traffic noise", that is, the noise of the electrode sensor due to its movement in the marine environment.

Известно приемное устройство для радиосвязи с подводным объектом, (Бернстайн С.Л. и др. Дальняя связь на крайне низких частотах (обзор) // ТИИЭР. - 1974. - Т. 62, №3. - С. 5-30), содержащее электродный датчик электрического поля в виде двух металлических электродов, установленных на буксируемом за подводным объектом гибком кабеле, предварительный усилитель и приемный блок, в котором осуществляется усиление и выделение полезного сигнала из шумов. Известное устройство используется для радиосвязи с погруженными в море объектами в диапазоне КНЧ и СНЧ. Как наиболее близкое по технической сущности к заявленному оно принято за прототип. Недостатком известного устройства являются его большие габариты, что создает проблемы при эксплуатации. Для достижения требуемой чувствительности расстояние между электродами составляет 200…300 метров. Электроустановки, расположенные на борту подводного объекта, создают переменные магнитные поля, возбуждающие в морской воде переменное электрическое поле индустриальной помехи. Спектр частот передаваемого сигнала занимает узкую полосу вблизи несущей частоты, которая имеет порядок нескольких десятков герц. Спектр частот индустриальной помехи перекрывается со спектром принимаемого сигнала, поэтому для уменьшения индустриальной помехи до приемлемого уровня активную часть кабельной антенны относят от подводного объекта так, чтобы ближний электрод находился от него на расстоянии 200…300 метров. При этом общая длина кабельной антенны достигает 600 метров.A known receiving device for radio communication with an underwater object, (Bernstein S.L. and others. Long-distance communication at extremely low frequencies (review) // TIIER. - 1974. - T. 62, No. 3. - S. 5-30), containing an electrode sensor of an electric field in the form of two metal electrodes mounted on a flexible cable towed behind an underwater object, a preamplifier and a receiving unit, in which the useful signal is amplified and extracted from noise. The known device is used for radio communication with objects immersed in the sea in the ELF and ELF ranges. As the closest in technical essence to the claimed, it is taken as a prototype. A disadvantage of the known device is its large dimensions, which creates problems during operation. To achieve the required sensitivity, the distance between the electrodes is 200 ... 300 meters. Electrical installations located on board an underwater object create variable magnetic fields that excite an alternating electric field of industrial interference in sea water. The frequency spectrum of the transmitted signal occupies a narrow band near the carrier frequency, which has the order of several tens of hertz. The frequency spectrum of industrial interference overlaps with the spectrum of the received signal, therefore, to reduce industrial interference to an acceptable level, the active part of the cable antenna is assigned from the underwater object so that the nearest electrode is 200 ... 300 meters from it. In this case, the total length of the cable antenna reaches 600 meters.

Технической задачей, решаемой в заявленном устройстве, является улучшение эксплуатационных характеристик за счет уменьшения длины кабельной антенны.The technical problem solved in the claimed device is to improve performance by reducing the length of the cable antenna.

Поставленная задача решается тем, что в приемное устройство для радиосвязи с подводным объектом, содержащее первый электродный датчик электрического поля в виде первого и второго электродов, установленных на буксируемом за подводным объектом гибком кабеле и соединенных через провода кабеля с предварительным усилителем, и установленный на подводном объекте приемный блок введены первый и второй узкополосные фильтры, управляемый усилитель, управляемый фазовращатель, блок вычитания, блок экстремального регулирования и второй электродный датчик в виде установленных на том же кабеле ближе к подводному объекту третьего и четвертого электродов, через первый узкополосный фильтр соединенных с управляемым усилителем, выход которого через управляемый фазовращатель соединен с первым входом блока вычитания, второй вход которого через второй узкополосный фильтр соединен с выходом предварительного усилителя, выход блока вычитания соединен с приемным блоком и первым входом блока экстремального регулирования, второй вход которого соединен с выходом первого узкополосного фильтра, первый выход блока экстремального регулирования соединен с управляющим входом управляемого усилителя, а второй выход - с управляющим входом управляемого фазовращателя, причем расстояние между третьим и четвертым электродами меньше, чем между первым и вторым электродами.The problem is solved in that in the receiving device for radio communication with the underwater object, containing the first electrode of the electric field in the form of the first and second electrodes mounted on a flexible cable towed behind the underwater object and connected through the cable wires to the pre-amplifier, and mounted on the underwater object first and second narrow-band filters, a controlled amplifier, a controlled phase shifter, a subtraction block, an extreme regulation block, and a second electrode are introduced into the receiving block the first sensor in the form of the third and fourth electrodes mounted on the same cable closer to the underwater object, through the first narrow-band filter connected to a controlled amplifier, the output of which is connected through a controlled phase shifter to the first input of the subtraction unit, the second input of which is connected through the second narrow-band filter to the output of the preliminary amplifier, the output of the subtraction unit is connected to the receiving unit and the first input of the extreme regulation unit, the second input of which is connected to the output of the first narrow-band filter pa, first exit extreme control unit connected to the control input of a controlled amplifier and the second output - to the control input of the phase shifter managed, the distance between the third and fourth electrodes is smaller than that between the first and second electrodes.

Блок экстремального регулирования содержит генератор тактовых импульсов, выход которого соединен с входом триггера, первый и второй интеграторы, первый и второй управляемые ключи, перемножитель, первый вход которого является первым входом блока экстремального регулирования, второй его вход является вторым входом блока экстремального регулирования, выход перемножителя через первый управляемый ключ соединен с входом первого интегратора, а через второй управляемый ключ соединен с входом второго интегратора, управляющие входы управляемых ключей соединены с выходами триггера, при этом выходы первого и второго интеграторов являются соответственно первым и вторым выходом блока экстремального регулирования.The extreme control unit contains a clock generator whose output is connected to the trigger input, the first and second integrators, the first and second controlled keys, a multiplier, the first input of which is the first input of the extreme control unit, its second input is the second input of the extreme control unit, the output of the multiplier through the first controlled key connected to the input of the first integrator, and through the second controlled key connected to the input of the second integrator, the control inputs are controlled s keys are connected to the flip-flop outputs, the outputs of the first and second integrators are respectively first and second output extreme control unit.

Источник индустриальной помехи на подводном объекте можно представить в виде рамки с переменным током. Возбуждаемая рамкой электромагнитная волна, распространяясь вдоль кабельной антенны, испытывает в морской воде сильное затухание. Поэтому напряженность электрического поля индустриальной помехи уменьшается по мере удаления от подводного объекта. Принимаемая же электромагнитная волна (полезный сигнал) распространяется из атмосферы вглубь моря таким образом, что ее плоский фронт параллелен поверхности воды. Поскольку и кабельная антенна практически параллельна поверхности воды, то величина напряженности электрического поля полезного сигнала одинакова во всех точках антенны. Это дает возможность осуществить компенсацию индустриальной помехи. Для получения компенсационного напряжения на пассивной части кабеля имеющейся кабельной антенны, то есть ближе к подводному объекту, установлены еще два электрода, образующие второй, компенсационный, электродный датчик. Расстояние между электродами второго датчика может быть на порядок меньше, чем между электродами первого датчика, так как напряженность электрического поля индустриальной помехи здесь достаточно велика. Следовательно, и принимаемое на второй датчик напряжение сигнала тоже на порядок меньше, чем принимаемое на первый датчик. После фазирования и уравнивания амплитуд компенсационное напряжение со второго датчика вычитается из напряжения, поступающего с первого датчика. Потери полезного сигнала при этом не превышают 10%. Зато длину пассивной части кабельной антенны можно уменьшить с 200…300 метров до 100 м и менее.The source of industrial interference on the underwater object can be represented as a frame with alternating current. The electromagnetic wave excited by the frame, propagating along the cable antenna, experiences strong attenuation in sea water. Therefore, the electric field intensity of industrial interference decreases with distance from the underwater object. The received electromagnetic wave (useful signal) propagates from the atmosphere deep into the sea so that its flat front is parallel to the surface of the water. Since the cable antenna is almost parallel to the surface of the water, the magnitude of the electric field of the useful signal is the same at all points of the antenna. This makes it possible to compensate for industrial interference. To obtain the compensation voltage on the passive part of the cable of the existing cable antenna, that is, closer to the underwater object, two more electrodes are installed, forming a second, compensation, electrode sensor. The distance between the electrodes of the second sensor can be an order of magnitude smaller than between the electrodes of the first sensor, since the electric field strength of the industrial noise here is quite large. Therefore, the signal voltage received at the second sensor is also an order of magnitude smaller than that received at the first sensor. After phasing and equalizing the amplitudes, the compensation voltage from the second sensor is subtracted from the voltage coming from the first sensor. The loss of the useful signal in this case does not exceed 10%. But the length of the passive part of the cable antenna can be reduced from 200 ... 300 meters to 100 m or less.

В общем случае источник индустриальной помехи, в качестве которого обычно выступает силовое электрооборудование, создает негармоническое переменное магнитное поле, одна из гармоник которого близка по частоте к принимаемому сигналу, поэтому не может быть отфильтрована в приемнике частотным фильтром. Представим источник индустриальной помехи в виде рамки площадью S с переменным током амплитудой Im и круговой частотой ω. В направлении максимума диаграммы направленности комплексная амплитуда напряженности электрического поля на расстоянии r от центра рамки [В.А. Неганов, О.В. Осипов, С.Б. Раевский, Г.П. Яровой. Электродинамика и распространение радиоволн. М.: «Радиотехника», 2007]In the general case, the source of industrial interference, which is usually used by power electrical equipment, creates a non-harmonic variable magnetic field, one of the harmonics of which is close in frequency to the received signal, and therefore cannot be filtered in the receiver by a frequency filter. Imagine the source of industrial interference in the form of a frame with area S with alternating current amplitude I m and circular frequency ω. In the direction of the maximum of the radiation pattern, the complex amplitude of the electric field at a distance r from the center of the frame [V.A. Neganov, O.V. Osipov, S.B. Raevsky, G.P. Spring. Electrodynamics and radio wave propagation. M .: "Radio Engineering", 2007]

Figure 00000001
Figure 00000001

где i - мнимая единица, μ0=4π⋅10-7 Гн/м - магнитная постоянная. k - волновое число в морской воде. Волновое число в проводящей среде является комплексной величинойwhere i is the imaginary unit, μ 0 = 4π⋅10 -7 GN / m is the magnetic constant. k is the wave number in sea water. The wave number in a conducting medium is a complex quantity

k=k'-ik'', где

Figure 00000002
. Здесь
Figure 00000003
- толщина скин-слоя. При стандартной проводимости воды в океане σ=4 См/м и частоте ƒ=76 Гц (такую частоту использовали в ВМФ США для связи с подводной лодкой) толщина скин-слоя составляет 29 м, длина волны составляет 182 м. Теперь выражение (1) можно переписать в видеk = k'-ik '', where
Figure 00000002
. Here
Figure 00000003
- skin layer thickness. With standard ocean water conductivity σ = 4 S / m and frequency ƒ = 76 Hz (this frequency was used in the US Navy to communicate with a submarine) the skin layer thickness is 29 m, the wavelength is 182 m. Now, expression (1) can be rewritten as

Figure 00000004
Figure 00000004

С ошибкой, не превышающей 0,5%, в диапазоне r от 75 до 400 метров точные выражения можно аппроксимировать более простыми приближенными.With an error not exceeding 0.5%, in the range r from 75 to 400 meters, exact expressions can be approximated by simpler approximate ones.

Figure 00000005
Figure 00000005

В результате для комплексной амплитуды электрического поля индустриальной помехи получаем более простое выражение.As a result, we obtain a simpler expression for the complex amplitude of the electric field of industrial interference.

Figure 00000006
Figure 00000006

Переходя от комплексной амплитуды к функции времени, получимPassing from the complex amplitude to the time function, we obtain

Figure 00000007
Figure 00000007

Таким образом, напряженность электрического поля индустриальной помехи с увеличением расстояния r уменьшается и приобретает фазовый сдвиг. Чтобы разделить функции времени и расстояния, косинус в выражении (4) удобно представить в видеThus, the electric field strength of industrial interference decreases with increasing distance r and acquires a phase shift. To separate the functions of time and distance, the cosine in expression (4) is conveniently represented in the form

Figure 00000008
Figure 00000008

Напряжение индустриальной помехи между электродами кабельной антенны, находящимися на расстояниях r1 и r2 от центра рамки с током, определяется интеграломThe industrial interference voltage between the cable antenna electrodes located at distances r 1 and r 2 from the center of the frame with the current is determined by the integral

Figure 00000009
Figure 00000009

С учетом (4-6) получим:Given (4-6) we get:

Figure 00000010
Figure 00000010

Вычислим напряжение индустриальной помехи на компенсационном датчике. Пусть значения r1 и r2 составляют соответственно 90 м и 100 м.We calculate the voltage of industrial noise on the compensation sensor. Let the values of r 1 and r 2 are respectively 90 m and 100 m.

Figure 00000011
Figure 00000011

Напряжение индустриальной помехи на активной части кабельной антенны, электроды которой расположены на расстояниях r1=100 м и r2=400 м,The voltage of industrial interference on the active part of the cable antenna, the electrodes of which are located at distances r 1 = 100 m and r 2 = 400 m,

Figure 00000012
Figure 00000012

Напряжение на компенсационном датчике представляет собой гармоническое колебание, по амплитуде в 1,4 раза меньшее, а по фазе опережающее на 0,84 радиана напряжение помехи на активной части кабельной антенны. Это означает возможность компенсации (вычитания) индустриальной помехи при уравнивании амплитуд и фаз, причем можно использовать только три электрода, электроды 3 и 4 можно объединить. То есть электрод на отметке 100 м можно использовать как для приема сигнала, так и для получения компенсирующего напряжения. Общая длина кабельной антенны составляет 400 м.The voltage at the compensation sensor is a harmonic oscillation, which is 1.4 times smaller in amplitude, and the phase voltage is 0.84 radians faster than the interference voltage on the active part of the cable antenna. This means that it is possible to compensate (subtract) industrial interference when equalizing amplitudes and phases, and only three electrodes can be used, electrodes 3 and 4 can be combined. That is, the electrode at 100 m can be used both for receiving a signal and for obtaining a compensating voltage. The total length of the cable antenna is 400 m.

Оценим уменьшение полезного сигнала после компенсации помехи. Напряжение полезного сигнала, снимаемое с активной части кабельной антенны длиной l 1, запишем в виде:Let us estimate the decrease in the useful signal after the interference compensation. The voltage of the useful signal taken from the active part of the cable antenna of length l 1 , we write in the form:

Figure 00000013
Figure 00000013

Напряжение сигнала, поступающее для вычитания с компенсационного датчика, с учетом его длины l 2=0,1l 1 и уравнивания амплитуд и фаз помехиThe signal voltage supplied for subtraction from the compensation sensor, taking into account its length l 2 = 0.1 l 1 and equalization of the amplitudes and phases of the interference

Figure 00000014
Figure 00000014

После вычитания получаемAfter subtraction we get

UC1-UC2=0,912Um(sinωt+0,115).U C1 -U C2 = 0.912U m (sinωt + 0.115).

Имеем уменьшение напряжения принимаемого сигнала около 9 процентов.We have a voltage reduction of the received signal of about 9 percent.

Приемное устройство для радиосвязи с подводным объектом изображено на фиг. 1. Оно содержит четырехжильный гибкий кабель 1, первый электрод 2 и второй электрод 3, образующие первый датчик электрического поля (активную часть кабельной антенны), третий электрод 4 и четвертый электрод 5, образующие второй (компенсационный) датчик электрического поля, предварительный усилитель 6, первый узкополосный фильтр 7, второй узкополосный фильтр 8, управляемый усилитель 9, управляемый фазовращатель 10, блок вычитания 11, приемный блок 12 и блок экстремального регулирования 13. Блок экстремального регулирования 13 содержит первый и второй интеграторы 14 и 15, перемножитель 16, генератор тактовых импульсов 17, триггер 18, первый и второй управляемые ключи 19 и 20.A receiver for radio communication with an underwater object is shown in FIG. 1. It contains a four-core flexible cable 1, the first electrode 2 and the second electrode 3, forming the first electric field sensor (active part of the cable antenna), the third electrode 4 and the fourth electrode 5, forming the second (compensation) electric field sensor, pre-amplifier 6, the first narrow-band filter 7, the second narrow-band filter 8, the controlled amplifier 9, the controlled phase shifter 10, the subtraction unit 11, the receiving unit 12 and the extreme regulation unit 13. The extreme regulation unit 13 contains the first and second th integrators 14 and 15, a multiplier 16, a clock 17, a trigger 18, the first and second managed keys 19 and 20.

Устройство работает следующим образом. Напряжение, снимаемое с электродов 2 и 3, усиливается предварительным усилителем 6 и через второй узкополосный частотный фильтр 8 поступает на первый вход блока вычитания 11. Фильтр 8 пропускает узкую полосу частот в окрестностях несущей частоты принимаемого сигнала (в нашем случае это частота 76 Гц). Напряжение, снимаемое с электродов 4 и 5, через последовательно включенные первый узкополосный частотный фильтр 7, управляемый усилитель 9 и управляемый фазовращатель 10, поступает на второй вход блока вычитания 11. Первый и второй узкополосные фильтры идентичны, их полоса пропускания согласована со спектром принимаемого сигнала. Применение узкополосных фильтров позволяет гармонизировать помеху, то есть превратить ее в переменное напряжение с фиксированной частотой, что дает возможность осуществить компенсацию. В частности, дает возможность осуществить фазирование помехи, поступающей на вычитание от активной части кабельной антенны и компенсационного датчика, т.к. поворот фазы в управляемом фазовращателе 10 обычно зависит от частоты. Управляемый фазовращатель известен из литературы (авторское свидетельство СССР №1667222, опубл. в БИ №28 30.07.1991). С выхода блока вычитания 11 напряжение поступает на приемный блок 12 и на первый вход блока экстремального регулирования 13, первый и второй выходы которого соединены соответственно с управляющими входами управляемого усилителя 9 и управляемого фазовращателя 10. Блок экстремального регулирования вырабатывает напряжения, управляющие коэффициентом усиления управляемого усилителя 9 и поворотом фазы управляемого фазовращателя 10 до достижения минимального значения напряжения на выходе блока вычитания 11. На его выходе остается напряжение сигнала с помехами естественного происхождения и индустриальные помехи, скомпенсировать которые не удается. Приемный блок 12 осуществляет дополнительное усиление, частотную фильтрацию принимаемого сигнала и выделение полезной информации.The device operates as follows. The voltage taken from the electrodes 2 and 3 is amplified by the pre-amplifier 6 and, through the second narrow-band frequency filter 8, is supplied to the first input of the subtraction unit 11. Filter 8 passes a narrow frequency band in the vicinity of the carrier frequency of the received signal (in our case, it is 76 Hz). The voltage taken from the electrodes 4 and 5, through a series-connected first narrow-band frequency filter 7, a controlled amplifier 9 and a controlled phase shifter 10, is supplied to the second input of the subtraction unit 11. The first and second narrow-band filters are identical, their passband is consistent with the spectrum of the received signal. The use of narrow-band filters allows you to harmonize the noise, that is, turn it into an alternating voltage with a fixed frequency, which makes it possible to compensate. In particular, it makes it possible to phase the interference coming to the subtraction from the active part of the cable antenna and the compensation sensor, because the phase rotation in the controlled phase shifter 10 is usually frequency dependent. The controlled phase shifter is known from the literature (USSR copyright certificate No. 1667222, published in BI No. 28 07/30/1991). From the output of the subtraction unit 11, the voltage is supplied to the receiving unit 12 and to the first input of the extreme regulation unit 13, the first and second outputs of which are connected respectively to the control inputs of the controlled amplifier 9 and the controlled phase shifter 10. The extreme regulation unit generates voltages that control the gain of the controlled amplifier 9 and by rotating the phase of the controlled phase shifter 10 until the minimum voltage value at the output of the subtraction unit 11 is reached. natural interference and industrial interference, which can not be compensated. The receiving unit 12 provides additional amplification, frequency filtering of the received signal and the selection of useful information.

Блок экстремального регулирования работает циклически. В исходном состоянии коэффициент усиления управляемого усилителя 9 минимален. Фазовый сдвиг в управляемом фазовращателе 10 тоже минимален. Генератор тактовых импульсов 17 генерирует короткие импульсы с периодом следования порядка десяти секунды и запускает триггер 18. Импульсы на выходах триггера 18 имеют такую же длительность, которая определяет длительность одного цикла регулирования. Рассмотрим первую половину первого цикла (первый такт) работы блока экстремального регулирования.The extreme regulation unit operates cyclically. In the initial state, the gain of the controlled amplifier 9 is minimal. The phase shift in the controlled phase shifter 10 is also minimal. The clock generator 17 generates short pulses with a repetition period of the order of ten seconds and triggers the trigger 18. The pulses at the outputs of the trigger 18 have the same duration that determines the duration of one control cycle. Consider the first half of the first cycle (first cycle) of the operation of the extreme regulation unit.

На первом выходе триггера 18 в исходном состоянии присутствует напряжение, замыкающее ключ 19. Ключ 20 разомкнут.At the first output of the trigger 18 in the initial state there is a voltage that closes the key 19. The key 20 is open.

Напряжения с выхода блока вычитания 11 и с выхода узкополосного фильтра 7 поступают соответственно на первый и второй вход перемножителя 16. Перемножитель 16 вместе с интегратором 14 образуют коррелометр, на выходе которого формируется медленно меняющееся напряжение, пропорциональное значению функции взаимной корреляции

Figure 00000015
поступающих на него напряжений U(t) - с выхода блока вычитания 11 и S(t) - с выхода узкополосного фильтра 7. Коррелометр выполнен известным образом (Вибрации в технике: Справочник. Под ред. М.Д. Генкина. Т. 5. - М.: Машиностроение. 1981). Время задержки τ мы полагаем равным нулю, поскольку временной сдвиг между напряжениями индустриальной помехи на выходе фильтров 7 и 8 отсутствует. Время усреднения Т определяется постоянной времени интегратора.The voltages from the output of the subtraction unit 11 and from the output of the narrow-band filter 7 are respectively supplied to the first and second input of the multiplier 16. The multiplier 16 together with the integrator 14 form a correlometer, the output of which forms a slowly varying voltage proportional to the value of the cross-correlation function
Figure 00000015
the voltages U (t) arriving at it - from the output of the subtraction unit 11 and S (t) - from the output of the narrow-band filter 7. The correlometer is made in a known manner (Vibrations in technology: Handbook. Edited by M. M. Genkin. T. 5. - M.: Mechanical Engineering. 1981). We assume the delay time τ to be zero, since there is no time shift between the industrial noise voltages at the output of filters 7 and 8. The averaging time T is determined by the time constant of the integrator.

Коррелометр работает следующим образом. Напряжения U(t) и S(t) перемножаются в перемножителе 16. Пусть оба эти напряжения имеют синусоидальную форму: U(t)=Umsinωt, S(t)=Smsinωt. Тогда выходное напряжение перемножителя U(t)S(t)=0,5UmSm(1-cos2ωt) содержит две составляющие: постоянная составляющая 0,5UmSm и переменная составляющая с частотой 2ω. В интеграторе 14, который представляет собой фильтр нижних частот с большой постоянной времени Т, переменная составляющая усредняется. Постоянная составляющая выходного напряжения перемножителя 16 дает на выходе интегратора 14 медленно увеличивающееся напряжение. Составляющая выходного напряжения перемножителя 16, обусловленная некоррелированными напряжениями на его входах, имеет вид переменного случайного напряжения с нулевым средним, поэтому она усредняется в интеграторе. Таким образом, на выходе интегратора 14 имеется медленно растущее постоянное напряжение, которое подается на управляющий вход регулируемого усилителя 9 и увеличивает его коэффициент усиления. При этом компенсирующее напряжение на выходе усилителя 9 становится ближе по величине к составляющей выходного напряжения узкополосного фильтра 8, обусловленной индустриальной помехой. Блок вычитания 11 осуществляет не полное вычитание этих напряжений, но его в его выходном напряжении составляющая, обусловленная индустриальной помехой, уменьшается. Время усреднения Т должно быть больше длительности цикла, чтобы по окончании одного цикла коэффициент корреляции между напряжениями U(t) и S(t) не был равен нулю.The correlometer works as follows. The voltages U (t) and S (t) are multiplied in the multiplier 16. Let both of these voltages have a sinusoidal shape: U (t) = U m sinωt, S (t) = S m sinωt. Then the output voltage of the multiplier U (t) S (t) = 0.5U m S m (1-cos2ωt) contains two components: a constant component of 0.5U m S m and an alternating component with a frequency of 2ω. In the integrator 14, which is a low-pass filter with a large time constant T, the variable component is averaged. The constant component of the output voltage of the multiplier 16 gives the output of the integrator 14 a slowly increasing voltage. The component of the output voltage of the multiplier 16, due to uncorrelated voltages at its inputs, has the form of an alternating random voltage with a zero mean, so it is averaged in the integrator. Thus, at the output of the integrator 14 there is a slowly growing constant voltage, which is supplied to the control input of the adjustable amplifier 9 and increases its gain. In this case, the compensating voltage at the output of the amplifier 9 becomes closer in magnitude to the component of the output voltage of the narrow-band filter 8, due to industrial interference. The subtraction unit 11 does not fully subtract these voltages, but its component in its output voltage, due to industrial interference, decreases. The averaging time T must be longer than the cycle time, so that at the end of one cycle the correlation coefficient between the voltages U (t) and S (t) is not equal to zero.

Во второй половине первого цикла (во втором такте) работы блока экстремального регулирования происходит регулировка фазы компенсирующего напряжения. Импульс с выхода тактового генератора 17 вызывает срабатывание триггера 18, в результате чего ключ 20 замыкается, а ключ 19 размыкается. Напряжение на выходе интегратора 14 перестает изменяться. Коэффициент усиления управляемого усилителя 9 остается постоянным. Регулирование поворота фазы в управляемом фазовращателе 10 происходит под действием выходного напряжения интегратора 15, который вместе с перемножителем 16 также образует коррелометр, работа которого описана выше. Поскольку постоянная составляющая выходного напряжения перемножителя в начале второго такта не равна нулю, то выходное напряжение интегратора 15 растет. При этом растет фазовый сдвиг в управляемом фазовращателе 10. Составляющая, обусловленная индустриальной помехой, в выходном напряжении блока вычитания 11 уменьшается. В результате за время второго такта уменьшается и постоянная составляющая выходного напряжения перемножителя 16.In the second half of the first cycle (in the second cycle) of the operation of the extreme control unit, the phase of the compensating voltage is adjusted. The pulse from the output of the clock 17 triggers the trigger 18, as a result of which the key 20 closes, and the key 19 opens. The voltage at the output of the integrator 14 ceases to change. The gain of the controlled amplifier 9 remains constant. The phase rotation in the controlled phase shifter 10 is controlled by the output voltage of the integrator 15, which together with the multiplier 16 also forms a correlometer, the operation of which is described above. Since the constant component of the output voltage of the multiplier at the beginning of the second cycle is not equal to zero, the output voltage of the integrator 15 increases. This increases the phase shift in the controlled phase shifter 10. The component due to industrial interference in the output voltage of the subtraction unit 11 decreases. As a result, during the second cycle, the constant component of the output voltage of the multiplier 16 also decreases.

После следующего срабатывания триггера начинается очередной цикл работы блока экстремального регулирования, в котором рост коэффициента усиления управляемого усилителя 9 и фазового сдвига в управляемом фазовращателе 10 происходит медленнее. Коэффициент корреляции поступающих на входы перемножителя 16 напряжений продолжает уменьшаться. Через несколько циклов на выходе блока вычитания 11 напряжение индустриальной помехи практически отсутствует. Постоянная составляющая выходного напряжения перемножителя 16 становится равной нулю. Выходные напряжения интеграторов 14 и 15, а также и коэффициент усиления усилителя 9 и поворот фазы в фазовращателе 10, перестают изменяться. Если по каким-то причинам произойдет перекомпенсация помехи, то постоянная составляющая выходного напряжения перемножителя поменяет знак. При этом выходное напряжение интегратора начнет уменьшаться. Так будет происходить до тех пор, пока коэффициент корреляции между выходным напряжением блока вычитания 11 и напряжением на выходе фильтра 8 не станет близок к нулю.After the next trigger operation, the next cycle of operation of the extreme control unit begins, in which the gain of the controlled amplifier 9 and the phase shift in the controlled phase shifter 10 are slower. The correlation coefficient supplied to the inputs of the multiplier 16 voltages continues to decrease. After several cycles at the output of the subtraction unit 11, the voltage of the industrial noise is practically absent. The constant component of the output voltage of the multiplier 16 becomes equal to zero. The output voltages of the integrators 14 and 15, as well as the gain of the amplifier 9 and the phase rotation in the phase shifter 10, stop changing. If, for some reason, the interference is overcompensated, the constant component of the output voltage of the multiplier will change sign. In this case, the output voltage of the integrator begins to decrease. This will happen until the correlation coefficient between the output voltage of the subtracting unit 11 and the voltage at the output of the filter 8 becomes close to zero.

Технический результат, достигаемый при применении предложенного устройства, состоит в уменьшении длины кабельной антенны при приеме электромагнитного поля в море. Вследствие компенсации индустриальной помехи нет необходимости удалять активную часть антенны на сотни метров от подводного объекта, что дает возможность уменьшить общую длину кабельной антенны на 200 метров, что существенно улучшает ее эксплуатационные характеристики.The technical result achieved by the application of the proposed device is to reduce the length of the cable antenna when receiving an electromagnetic field in the sea. Due to the compensation of industrial interference, there is no need to remove the active part of the antenna hundreds of meters from the underwater object, which makes it possible to reduce the total length of the cable antenna by 200 meters, which significantly improves its operational characteristics.

Claims (2)

1. Приемное устройство для радиосвязи с подводным объектом, содержащее первый электродный датчик электрического поля в виде первого и второго электродов, установленных на буксируемом за подводным объектом гибком кабеле и соединенных через провода кабеля с предварительным усилителем, и установленный на подводном объекте приемный блок, отличающееся тем, что в него введены первый и второй узкополосные фильтры, управляемый усилитель, управляемый фазовращатель, блок вычитания, блок экстремального регулирования и второй электродный датчик в виде установленных на том же кабеле ближе к подводному объекту третьего и четвертого электродов, через первый узкополосный фильтр соединенных с управляемым усилителем, выход которого через управляемый фазовращатель соединен с первым входом блока вычитания, второй вход которого через второй узкополосный фильтр соединен с выходом предварительного усилителя, выход блока вычитания соединен с приемным блоком и первым входом блока экстремального регулирования, второй вход которого соединен с выходом первого узкополосного фильтра, первый выход блока экстремального регулирования соединен с управляющим входом управляемого усилителя, а второй выход - с управляющим входом управляемого фазовращателя, причем расстояние между третьим и четвертым электродами меньше, чем между первым и вторым электродами.1. A receiver for radio communication with an underwater object, comprising a first electrode of an electric field in the form of a first and second electrodes mounted on a flexible cable towed behind an underwater object and connected through a cable wire with a pre-amplifier, and a receiving unit mounted on the underwater object, characterized in that the first and second narrow-band filters, a controlled amplifier, a controlled phase shifter, a subtraction unit, an extreme regulation unit, and a second electrode sensor are introduced into it in the form of the third and fourth electrodes mounted on the same cable closer to the underwater object, through the first narrow-band filter connected to the controlled amplifier, the output of which is connected through the controlled phase shifter to the first input of the subtraction unit, the second input of which is connected through the second narrow-band filter to the output of the preliminary amplifier, the output of the subtraction unit is connected to the receiving unit and the first input of the extreme regulation unit, the second input of which is connected to the output of the first narrow-band filter, the first the th output of the extreme control unit is connected to the control input of the controlled amplifier, and the second output is connected to the control input of the controlled phase shifter, and the distance between the third and fourth electrodes is less than between the first and second electrodes. 2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что блок экстремального регулирования содержит генератор тактовых импульсов, выход которого соединен с входом триггера, первый и второй интеграторы, первый и второй управляемые ключи, перемножитель, первый вход которого является первым входом блока экстремального регулирования, второй его вход является вторым входом блока экстремального регулирования, выход перемножителя через первый управляемый ключ соединен с входом первого интегратора, а через второй управляемый ключ соединен с входом второго интегратора, управляющие входы управляемых ключей соединены с выходами триггера, при этом выходы первого и второго интеграторов являются соответственно первым и вторым выходом блока экстремального регулирования.2. The device according to claim 1, characterized in that the extreme control unit comprises a clock pulse generator, the output of which is connected to the trigger input, first and second integrators, first and second controlled keys, a multiplier, the first input of which is the first input of the extreme control unit, its second input is the second input of the extreme control unit, the output of the multiplier through the first controlled key is connected to the input of the first integrator, and through the second controlled key is connected to the input of the second integrator control inputs driven keys are connected to the flip-flop outputs, the outputs of the first and second integrators are respectively first and second output extreme control unit.
RU2019101243A 2019-01-14 2019-01-14 Receiving device for radio communication with underwater object RU2702235C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019101243A RU2702235C1 (en) 2019-01-14 2019-01-14 Receiving device for radio communication with underwater object

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019101243A RU2702235C1 (en) 2019-01-14 2019-01-14 Receiving device for radio communication with underwater object

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2702235C1 true RU2702235C1 (en) 2019-10-07

Family

ID=68171013

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2019101243A RU2702235C1 (en) 2019-01-14 2019-01-14 Receiving device for radio communication with underwater object

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2702235C1 (en)

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4972385A (en) * 1970-11-16 1990-11-20 The United States Of America, As Represented By The Secretary Of The Navy Target size classification system
RU39319U1 (en) * 2004-05-13 2004-07-27 Ле Ки Биен ENVIRONMENTAL CONTROL SYSTEM
US7315488B2 (en) * 2006-06-06 2008-01-01 Raytheon Company Methods and systems for passive range and depth localization
RU2483326C2 (en) * 2011-04-26 2013-05-27 Российская Федерация, От Имени Которой Выступает Министерство Промышленности И Торговли Российской Федерации Hydroacoustic synchronous range-finding navigation system for positioning underwater objects in navigation field of randomly arranged hydroacoustic transponder beacons
CN103544792A (en) * 2013-10-23 2014-01-29 广州市海林电子科技发展有限公司 Target monitoring system
RU2670176C1 (en) * 2017-08-02 2018-10-18 Общество с ограниченной ответственностью "ОКБ "Эланор" System of detection of underwater and surface objects

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4972385A (en) * 1970-11-16 1990-11-20 The United States Of America, As Represented By The Secretary Of The Navy Target size classification system
RU39319U1 (en) * 2004-05-13 2004-07-27 Ле Ки Биен ENVIRONMENTAL CONTROL SYSTEM
US7315488B2 (en) * 2006-06-06 2008-01-01 Raytheon Company Methods and systems for passive range and depth localization
RU2483326C2 (en) * 2011-04-26 2013-05-27 Российская Федерация, От Имени Которой Выступает Министерство Промышленности И Торговли Российской Федерации Hydroacoustic synchronous range-finding navigation system for positioning underwater objects in navigation field of randomly arranged hydroacoustic transponder beacons
CN103544792A (en) * 2013-10-23 2014-01-29 广州市海林电子科技发展有限公司 Target monitoring system
RU2670176C1 (en) * 2017-08-02 2018-10-18 Общество с ограниченной ответственностью "ОКБ "Эланор" System of detection of underwater and surface objects

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US8237560B2 (en) Real-time rectangular-wave transmitting metal detector platform with user selectable transmission and reception properties
US5323114A (en) Method and apparatus for obtaining sectional information of the underground by measuring time differences and strength of electromagnetic signals
RU2593625C2 (en) Method of transmitting information waves from sea medium into atmosphere and back
Helliwell et al. VLF wave growth and discrete emission triggering in the magnetosphere: A feedback model
KR20180122401A (en) Guide wave test
RU2452041C1 (en) Method for parametric reception of waves of different physical nature in marine environment
RU2702235C1 (en) Receiving device for radio communication with underwater object
RU2350020C2 (en) Communication system of superlow-frequency and very low frequency range with deep-sunk and remote objects
RU2691165C1 (en) Device for receiving electromagnetic field in sea
Lobachevsky et al. Observations of ionospheric modification by the Tromsø heating facility with the mobile diagnostic equipment of IZMIRAN
André et al. Multi-spacecraft observations of broadband waves near the lower hybrid frequency at the Earthward edge of the magnetopause
CN109001828A (en) A kind of recognition methods of buried target body and device, storage medium
UA30234U (en) System for near-in hydroacoustic continuous monitoring underwater situation of offshore zone marginal waters
Klostermeyer et al. Simultaneous geomagnetic and ionospheric oscillations caused by hydromagnetic waves
JPH04130294A (en) Underground radar tomography device
US20140266209A1 (en) Detection processing for nqr system
Maksimenko Compensation for man-made interference during reception of an ultra-low-frequency electromagnetic field in the sea
CN108646243B (en) Tomography imager based on infinite state machine ordered cloud signals
Zaitsev et al. Spectral-temporal evolution of low-frequency pulsations in the microwave radiation of solar flares
Olsen et al. Adaptive noise cancellation for time-domain EM data
SU1328833A1 (en) Device for counting the moving objects
CN118688521A (en) Electric field measurement system and method for modulating seawater by switch control metal net
JP4334215B2 (en) Electromagnetic ultrasonic measurement method and apparatus
Chernogor Mechanisms of generating infrasound oscillations in the upper atmosphere by periodic powerful radio emissions
JPH11142378A (en) Method and apparatus for measuring electromagnetic ultrasonic wave