UA19635U

UA19635U - Hydroacoustical doppler log with an adaptive receiver

Info

Publication number: UA19635U
Application number: UAU200607981U
Authority: UA
Original assignee: Univ Vinnytsia Nat Tech
Priority date: 2006-07-17
Filing date: 2006-07-17
Publication date: 2006-12-15

Abstract

It is proposed a hydroacoustical Doppler log with an adaptive receiver.

Description

Опис винаходуDescription of the invention

Корисна модель належить до області гідроакустики. 2 Відомий лаг доплерівський гідроакустичний, який складається з генератора зондуючого сигналу, генератора допоміжних сигналів, випромінювача, блоків підсилення і обробки прийнятих сигналів, кожен з котрих містить приймальний гідрофон, підсилювач, змішувачі, режекторний фільтр, вузькосмуговий фільтр, обчислювач (ПатентThe useful model belongs to the field of hydroacoustics. 2 The well-known Doppler hydroacoustic lag, which consists of a sounding signal generator, an auxiliary signal generator, an emitter, units for amplifying and processing received signals, each of which contains a receiving hydrophone, an amplifier, mixers, a rejection filter, a narrow-band filter, a calculator (Patent

СРСР Мо907492, кл. (301515/66, 1982рі|.USSR Mo907492, class (301515/66, 1982).

Недоліком даного приладу є недостатня точність вимірювання швидкості руху носія.The disadvantage of this device is the insufficient accuracy of measuring the speed of movement of the carrier.

Найбільш близьким до запропонованого є гідроакустичний доплерівський лаг, що містить передавальний тракт, що складається з послідовно ввімкнених генератора зондуючих імпульсів і випромінювача, двоканальний приймальний тракт, кожен канал якого складається з послідовно з'єднаних приймальної антени, змішувача, вузькосмугового фільтра, детектора, диференційного підсилювача, перший вхід якого з'єднано з виходом детектора першого каналу, а другий - з виходом детектора другого каналу, послідовно з'єднані інтегратор та 12 керований генератор, вихід якого з'єднано з входами змішувачів (Патент СРСР Мо805788, Кп.є301515/00, 1979Орі.The closest to the proposed one is the hydroacoustic Doppler lag, which contains a transmission path consisting of a generator of probing pulses and an emitter connected in series, a two-channel receiving path, each channel of which consists of a series-connected receiving antenna, a mixer, a narrow-band filter, a detector, a differential amplifier , the first input of which is connected to the output of the detector of the first channel, and the second - to the output of the detector of the second channel, an integrator and a controlled generator 12 are connected in series, the output of which is connected to the inputs of the mixers (USSR Patent Mo805788, Kp.je301515/00 , 1979 Ori.

Недоліком прототипу є суттєве підвищення похибки вимірювання швидкості носія в умовах зміни просторової орієнтації променів під час хитавиці і статичних нахилах судна.The disadvantage of the prototype is a significant increase in the measurement error of the speed of the carrier in the conditions of a change in the spatial orientation of the rays during the swaying and static inclinations of the vessel.

В основу корисної моделі поставлено задачу підвищення точності вимірювання швидкості за рахунок приведення центральної частоти спектру прийнятого луно-сигналу до середньої частоти амплітудно-частотної характеристики (АЧХ) вузькосмуговаого фільтра.The basis of the useful model is the task of increasing the accuracy of speed measurement by bringing the center frequency of the spectrum of the received echo signal to the average frequency of the amplitude-frequency characteristic (frequency response) of the narrow-band filter.

Поставлена задача досягається тим, що в гідроакустичний доплерівський лаг з адаптивним приймальним трактом, який містить передавальний тракт, що складається з послідовно ввімкнених генератора зондуючих імпульсів та випромінювача, двоканальний приймальний тракт, кожен канал якого складається з послідовно з'єднаних приймальної антени, змішувача, вузькосмугового фільтра, в кожен його приймальний канал введено 29 вимірювач частоти, причому вхід кожного вимірювача частоти з'єднано з виходом відповідного вузькосмугового -птву фільтру, а виходи вимірювачів частоти з'єднано з обчислювальним пристроєм, перший та другий виходи якого з'єднані з входами відповідно першого та другого подільників частоти кожного каналу, а також гетеродин, перший вихід якого з'єднано з входом подільника частоти першого каналу, другий вихід - з входом подільника частоти другого каналу, виходи подільників частоти з'єднані відповідно з входами змішувачів першого та о другого каналів. соThe task is achieved by the fact that in a hydroacoustic Doppler lag with an adaptive receiving path, which contains a transmission path consisting of a generator of probing pulses and an emitter connected in series, a two-channel receiving path, each channel of which consists of a serially connected receiving antenna, a mixer, a narrowband filter, 29 frequency meters are inserted into each of its receiving channels, and the input of each frequency meter is connected to the output of the corresponding narrow-band -ptv filter, and the outputs of the frequency meters are connected to a computing device, the first and second outputs of which are connected to the inputs, respectively the first and second frequency dividers of each channel, as well as the local oscillator, the first output of which is connected to the input of the frequency divider of the first channel, the second output - to the input of the frequency divider of the second channel, the outputs of the frequency dividers are connected to the inputs of the mixers of the first and second channels, respectively . co

На Фіг.1 показана структурна схема доплерівського гідроакустичного лага з адаптивним приймальним трактом, виконаного згідно даної корисної моделі. ке,Figure 1 shows a structural diagram of a Doppler hydroacoustic lag with an adaptive receiving path, made according to this useful model. what

Доплерівський гідроакустичний лаг з адаптивним приймальним трактом містить передавальний тракт, що ду складається з послідовно ввімкнених генератора зондуючи імпульсів 1 та випромінювача 2, двоканальнийThe Doppler hydroacoustic log with an adaptive receiving path contains a transmission path consisting of a series-switched generator of probing pulses 1 and an emitter 2, a two-channel

Зо приймальний тракт, перший канал якого складається з послідовно з'єднаних приймальної антени З 3, -- змішувача 45, вузькосмугового фільтра 54 та вимірювача частоти 64, другий канал складається з послідовно з'єднаних приймальної антени З», змішувача 45, вузькосмугового фільтра 5» та вимірювача частоти б», обчислювального пристрою 7, перший вхід якого з'єднаний з виходом вимірювача частоти 64, а другий вхід - « з виходом вимірювача частоти бо, перший та другий виходи обчислювального пристрою 7 з'єднані відповідно з З входами подільників частоти 9; та 9», перший вихід гетеродина 8 з'єднано з входом подільника частоти 9.4, с другий вихід - з входом подільника частоти 95, причому виходи подільників частоти 9. та 9» з'єднані відповідноFrom the receiving path, the first channel of which consists of the series-connected receiving antenna C 3, the mixer 45, the narrow-band filter 54 and the frequency meter 64, the second channel consists of the series-connected receiving antenna C, the mixer 45, the narrow-band filter 5 " and the frequency meter b", of the computing device 7, the first input of which is connected to the output of the frequency meter 64, and the second input is "to the output of the frequency meter b", the first and second outputs of the computing device 7 are connected, respectively, to the inputs of the frequency dividers 9; and 9", the first output of the local oscillator 8 is connected to the input of the frequency divider 9.4, with the second output - to the input of the frequency divider 95, and the outputs of the frequency dividers 9. and 9" are connected, respectively

Із» з входами змішувачів 4. та 45 першого та другого каналів.From" with mixer inputs 4. and 45 of the first and second channels.

Доплерівський гідроакустичний лаг з адаптивним приймальним трактом працює наступним чином.Doppler hydroacoustic lag with an adaptive receiving tract works as follows.

З допомогою генератора зондуючих імпульсів 1 та випромінювача 2 в напрямку дна випромінюються акустичні коливання. Випромінююча антена 2 формує симетричні відносно вертикалі характеристики - направленості, тобто у вертикальній площині, що проходить через поздовжню вісь судна, два промені, нахилені (Те) до вертикалі на однаковий кут. Перший акустичний промінь, орієнтований у носовому напрямку, відповідає першому каналу приймального тракту, а другий промінь, орієнтований в кормовому напрямку, відповідає б другому каналу приймального тракту. со 20 Після розсіяння випроміненого сигналу морським дном або шарами об'ємних розсіювачів (у випадку великої глибини) акустичні коливання перетворюються приймальними антенами 3. та 3» в електричні луно-сигнали та сл поступають відповідно у перший та другий канали приймального тракту.With the help of the generator of probing pulses 1 and the emitter 2, acoustic vibrations are emitted in the direction of the bottom. The radiating antenna 2 forms symmetrical relative to the vertical characteristics - directivity, that is, in the vertical plane passing through the longitudinal axis of the vessel, two beams inclined (Te) to the vertical at the same angle. The first acoustic beam oriented in the bow direction corresponds to the first channel of the receiving tract, and the second beam oriented in the aft direction would correspond to the second channel of the receiving tract. со 20 After the radiated signal is scattered by the seabed or by layers of volumetric scatterers (in the case of great depth), the acoustic oscillations are converted by the receiving antennas 3. and 3" into electric echo signals and enter the first and second channels of the receiving path, respectively.

Приймальні луно-сигнали в кожному каналі відрізняється від випроміненого радіоїмпульсу на величину доплерівського зсуву частоти, виникнення якого спричинено рухом носія та орієнтацією відповідного акустичного 29 променя. Величина доплерівського зсуву частоти залежить від швидкості носія. При цьому слід врахувати, що із с збільшенням швидкості носія центральна частота спектру вхідних сигналів в першому каналі буде збільшуватись на величину доплерівського зсуву частоти у порівняні з частотою випроміненого радіоїмпульсу, а для другого каналу приймального тракту центральна частота спектру вхідних сигналів відповідно буде зменшуватись на величину доплерівського зсуву частоти. 60 Отже, при збільшенні швидкості носія, спектр луно-сигналу прийнятого носовим променем відносно "стопа" зміщується в додатному напрямку по осі частот, а спектр луно-сигналу, прийнятого кормовим променем, зміщується відносно "стопа" пропорційно приросту швидкості носія у зворотному напрямку. Таким чином, в межах смуги пропускання обох смугових фільтрів 54 та 55 положення центральних частот спектрів луно-сигналів змінюється залежно від швидкості носія. Неспівпадіння центральних частот спектрів прийнятих луно-сигналів і бо середніх частот АЧХ вузькосмугових фільтрів 54 та 52 відповідно для першого та другого каналів, спричиняє виникнення додаткових факторів, які погіршують точність вимірювання доплерівських зсувів частоти. Зрівняти середні частоти АЧХ фільтрів з центральними частотами спектрів луно-сигналів в обох каналах приймального тракту лага можна шляхом зміни частот гетеродинних напруг, що подаються на змішувачі 4.4 та 4».The received echo signals in each channel differ from the radiated radio pulse by the value of the Doppler frequency shift, the occurrence of which is caused by the movement of the carrier and the orientation of the corresponding acoustic beam. The magnitude of the Doppler frequency shift depends on the speed of the carrier. At the same time, it should be taken into account that with an increase in the speed of the carrier, the central frequency of the spectrum of incoming signals in the first channel will increase by the value of the Doppler frequency shift compared to the frequency of the emitted radio pulse, and for the second channel of the receiving path, the central frequency of the spectrum of incoming signals will accordingly decrease by the value of the Doppler shift frequency shift. 60 Therefore, when the speed of the carrier increases, the spectrum of the echo signal received by the bow beam relative to the "stop" shifts in the positive direction along the frequency axis, and the spectrum of the echo signal received by the stern beam shifts relative to the "stop" in proportion to the increase in the speed of the carrier in the reverse direction. Thus, within the bandwidth of both bandpass filters 54 and 55, the position of the center frequencies of the echo signal spectra varies depending on the speed of the carrier. The mismatch between the center frequencies of the spectra of the received echo signals and the average frequencies of the frequency response of narrow-band filters 54 and 52, respectively, for the first and second channels, causes the emergence of additional factors that impair the accuracy of measuring Doppler frequency shifts. It is possible to compare the average frequencies of the frequency response filters with the central frequencies of the echo signal spectra in both channels of the receiving path of the lag by changing the frequencies of the heterodyne voltages applied to mixers 4.4 and 4".

Для цього в корисній моделі передбачено гетеродин 8, який разом з дискретними подільниками частоти 9; та 95 відповідно для першого та другого каналів виконують функції зміни частоти гетеродинної напруги. Основне їх завдання - сформувати такі гетеродинні напруги на входах змішувачів 4. та 45, щоб центральні частоти спектрів луно-сигналів на їх входах були максимально наближені до середніх частот АЧХ вузько-смугових фільтрів. Очевидно, ці зміни частот гетеродинних напруг повинні враховуватися пристроєм 7/0 вторинної обробки гідроакустичного лага для адекватного визначення реальної швидкості носія.For this, a local oscillator 8 is provided in the useful model, which together with discrete frequency dividers 9; and 95, respectively, for the first and second channels perform the functions of changing the frequency of the heterodyne voltage. Their main task is to form such heterodyne voltages at the inputs of mixers 4. and 45, so that the central frequencies of the echo signal spectra at their inputs are as close as possible to the average frequencies of the frequency response of narrow-band filters. Obviously, these variations in the frequencies of the heterodyne voltages must be taken into account by the 7/0 hydroacoustic lag secondary processing device for an adequate determination of the real velocity of the carrier.

Для керування дискретними подільниками частоти 9 3 та 95 в даній корисній моделі передбачено обчислювальний пристрій 7.To control the discrete frequency dividers 9 3 and 95 in this utility model, a computing device 7 is provided.

Використовуючи дані вимірювачів частоти 64 та б», обчислювальний пристрій 7 визначає середню частоту груп радіоїмпульсів для кожного каналу приймального тракту в реальному масштабі часу. Після цього в обчислювальному пристрої 7 проводиться порівняльний аналіз отриманої середньої частоти заповнення прийнятих сигналів першим каналом та середньої частоти спектру АЧХ вузькосмугового фільтру 54. Аналогічні дії виконуються для другого каналу та вузькосмугового фільтру 5». При умові їх неспівпадіння обчислювальним пристроєм 7 формуються відповідні команди на керовані подільники частоти 94 та 95 для встановлення таких коефіцієнтів поділу, які забезпечать потрібні значення гетеродинних частот на входах змішувачів. Результатом 2о такого керування є зміщення по осі частот спектрів луно-сигналів в обох каналах і їх максимальне наближення до середніх частот АЧХ вузько-смугових фільтрів.Using the data of the frequency meters 64 and b", the computing device 7 determines the average frequency of groups of radio pulses for each channel of the receiving path in real time. After that, the computing device 7 performs a comparative analysis of the obtained average filling frequency of the received signals by the first channel and the average frequency of the frequency response spectrum of the narrow-band filter 54. Similar actions are performed for the second channel and the narrow-band filter 5". If they do not match, the computing device 7 generates appropriate commands for the controlled frequency dividers 94 and 95 to set such division coefficients that will provide the required values of heterodyne frequencies at the inputs of the mixers. The result of such control is a shift along the frequency axis of the echo signal spectra in both channels and their maximum approximation to the average frequencies of the frequency response of narrow-band filters.

Таким чином, адаптація приймального тракту гідроакустичного доплерівського лагу до зміни швидкості носія і, відповідно, підвищення точності вимірювання доплерівських зсувів частоти досягається за рахунок введення в приймальний тракт гідроакустичного доплерівського лага обчислювального пристрою, гетеродина, а також Вимірювачів частоти та дискретних подільників частоти для кожного каналу, які забезпечують приведення центральної частоти спектру прийнятого сигналу до середньої частоти амплітудно-частотної характеристики о, вузькосмугового фільтра.Thus, the adaptation of the receiving path of the hydroacoustic Doppler lag to the change in the speed of the carrier and, accordingly, an increase in the accuracy of the measurement of Doppler frequency shifts is achieved by introducing into the receiving path of the hydroacoustic Doppler lag a computing device, a local oscillator, as well as frequency meters and discrete frequency dividers for each channel, which ensure the reduction of the central frequency of the spectrum of the received signal to the average frequency of the amplitude-frequency characteristic of the narrow-band filter.

Claims

The formula of the invention is a hydroacoustic Doppler lag with an adaptive receiving path, which contains a transmission path, which consists of a generator of probing pulses and an emitter connected in series, a two-channel receiving path, each channel of which consists of a serially connected receiving antenna, a mixer, b » z5 /Narrowband filter, which differs in that a frequency meter is inserted into each of its receiving channels, and the input of each frequency meter is connected to the output of the corresponding narrowband filter, and the outputs of the frequency meters are connected to the computing device, the first and the second the outputs of which are connected to the inputs of the first and second frequency dividers of each channel, as well as the local oscillator, the first output of which is connected to the input of the frequency divider of the first channel, the second output - to the input of the frequency divider of the second channel, the outputs of the frequency dividers are connected respectively with the mixer inputs of the first and second channels. with

. and? - se) (o) (95) sl 60 b5