УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ МОРСКИХ ВОЛН Российский патент 1995 года по МПК G01C13/00 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в гидрометеорологии при оценке силы волнения морских волн, например, по шкале Бофорта как в стационарных условиях, так и в условиях подвижных (морских, воздушных) объектов.

Известен волнограф, используемый на береговых станциях и в обсерваториях, реагирующий на изменения давления столба воды над приемной частью волнографа, находящегося в глубине моря [1] Записанные по бумажной ленте изменения давления позволяют оценить максимальное значение амплитуды и условно оценить величину волны.

Недостатками данного устройства являются его громоздкость, сложность обслуживания, низкая точность и ограниченность использования (только в стационарном режиме).

Известно также выбранное в качестве прототипа устройство для измерения параметров морских волн, содержащее приемопередатчик с антенной, импульсный генератор, интегрирующую цепь и индикатор [2]
К недостаткам прототипа следует отнести невысокую точность, а также ограниченность измеряемых параметров.

Целью изобретения является повышение точности и расширение функциональных возможностей.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство для измерения параметров морских волн, содержащем последовательно соединенные передатчик и антенну, а также импульсный генератор, интегрирующую цепь и индикатор, дополнительно введены усилитель допплеровских частот, вход которого соединен с выходом приемника; смеситель, сигнальный вход которого соединен с выходом усилителя допплеровских частот; линия задержки, вход которой соединен выходом усилителя допплеровских частот; коммутатор, сигнальные входы которого соединены с соответствующими выходами линии задержки, а выход соединен с гетеродинным входом смесителя; компаратор, вход которого соединен с выходом интегрирующей цепи, вход которой соединен с выходом смесителя, а выход компаратора соединен с первым входом импульсного генератора; счетчик, первый вход которого соединен с выходом импульсного генератора; дешифратор, входы которого соединены с соответствующими выходами счетчика, а выходы соединены с управляющими входами коммутатора и первым входом индикатора, ключ, вход которого соединен с выходом усилителя допплеровских частот, а выход соединен с вторым входом импульсного генератора, счетчика и индикатора.

Устройство поясняется чертежом, на котором приведена его блок-схема.

Устройство для измерения параметров морских волн содержит приемопередатчик 1, антенну 2, усилитель 3 допплеровских частот, смеситель 4, линию задержки 5, коммутатор 6, интегрирующую цепь 7, компаратор 8, импульсный генератор 9, счетчик 10, дешифратор 11, индикатор 12 и ключ 13.

Устройство работает следующим образом.

Приемопередатчик 1 непрерывно излучает через антенну 2 периодический радиосигнал, который облучает морскую поверхность. Форма поверхности имеет случайный во времени и пространстве характер. В результате отраженный от такой поверхности радиосигнал станет также случайным (амплитуда сигнала зависит как от формы облучаемой антенной части волны, так и от размеров этих волн, а фаза от каждой точки отражающей морской поверхности будет случайной, так как расстояние от антенны до этой точки во времени и пространстве случайно).

При облучении такой поверхности периодическим радиолокационным сигналом с постоянными непрерывными параметрами отраженный сигнал будет иметь шумовой характер. По такому сигналу, анализируя его автокорреляционную характеристику, можно определить косвенным путем степень хаотичности этого сигнала, которая, в свою очередь, тесно связана со степенью хаотичности отражающей морской поверхности.

Косвенность оценки может быть осуществлена через величину задержки сигнала в гетеродинном тракте смесителя автокоррелятора, при которой на выходе автокоррелятора сигнал исчезает.

В устройстве автокоррелятор состоит из смесителя 4, линии задержки 5 с отводами и интегрирующей цепи 7.

Принятый антеной 2 эхо-сигнал через приемник приемопередатчика 1 поступает на усилитель 3 допплеровских частот, в котором сигнал фильтруется (выделяются только допплеровские частоты, обусловленные скоростью перемещения морских волн), усиливается, ограничивается по амплитуде и поступает на сигнальный вход смесителя 4, на вход линии задержки 5, которая имеет отводы и, на вход ключа 13.

Как только на выходе усилителя 3 допплеровских частот 3 появится сигнал допплеровской частоты, он поступает на вход ключа 13, который запускает импульсный генератор 9, последний, в свою очередь, своими импульсами обеспечивает работу счетчика 10 и индикатора 12.

В исходном состоянии, при автокорреляторах, при появлении сигнала на выходе усилителя 3 допплеровских частот на гетеродинный вход смесителя 4 сигнал поступает через коммутатор 6 без задержки. На выходе смесителя 4 появится сигнал большого уровня, который поступает на вход интегратора 7, а с его выхода на вход компаратора 8. При этом на выходе компаратора 8 сигнала не будет, так как он работает таким образом, что на его выходе сигнал появится лишь тогда, когда отсутствует сигнал на его входе. Отсутствие сигнала на выходе компаратора 8 разрешает запуск импульсного генератора 9. Импульсы поступают на первый сигнальный вход счетчика 10, в котором они преобразуются в параллельный код.

С выхода счетчика 10 параллельный код поступает на входы дешифратора 11, в котором происходит преобразование параллельного кода в позиционный код, управляющий коммутатором 6. Коммутатор 6, по мере роста числа импульсов со счетчика 10, коммутирует очередную линию задержки 5 и, тем самым на гетеродинный вход смесителя 4 сигнал будет поступать с задержкой.

Процесс сдвига задержки сигнала коммутаторов 6 будет продолжаться до тех пор, пока на выходе интегрирующей цепи 7 сигнал не снизится до нулевого уровня.

Зафиксированное при этом положение линии задержки 5 будет соответствовать определенному состоянию морской поверхности. Так, например, при полном штиле величина задержки сигнала будет максимально возможной, а при шторме в двенадцать баллов величина задержки будет максимальной.

При фиксации линии задержки 5 на входе компаратора сигнала не будет, а появится сигнал на его выходе, чем будет вызван запрет на работу импульсного генератора 9, в результате чего на счетчик 10 прекратится поступление импульсов. Счетчик 10 окажется в фиксированном состоянии. В том же состоянии окажутся дешифратор 11 и коммутатор 6.

С дешифратора 11 позиционный код поступает на первый вход индикатора, индицируя на нем определенные показания, например число, если индикация цифровая. Если требуется индикацию производить в баллах, то это число в индикаторе может быть оттарировано по шкале Бофорта.

Сущность изобретения: устройство содержит: приемопередатчик 1, антенну 2, усилитель 3 доплеровских частот, смеситель 4, линию задержки 5, коммутатор 6, интегрирующую цепь 7, компаратор 8, импульсный генератор 9, счетчик 10, дешифратор 11, индикатор 12, ключ 13. 1 ил.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ МОРСКИХ ВОЛН, содержащее приемопередатчик с антенной, импульсный генератор, интегрирующую цепь и индикатор, отличающееся тем, что, с целью повышения точности и расширения функциональных возможностей, оно снабжено усилителем доплеровских частот, вход которого соединен с выходом приемопередатчика, смесителем, сигнальный вход которого соединен с выходом усилителя доплеровских частот, линией задержки, вход которой соединен с выходом усилителя доплеровских частот, коммутатором, сигнальные входы которого соединены с соответствующими выходами линии задержки, а выход с гетеродинным входом смесителя, компаратором, вход которого соединен с выходом интегрирующей цепи, вход которой соединен с выходом смесителя, а выход компаратора соединен с первым входом импульсного генератора, счетчиком, первый вход которого соединен с выходом импульсного генератора, дешифратором, входы которого соединены с соответствующими выходами счетчика, а выходы с управляющими входами коммутатора и первым входом индикатора, ключом, вход которого соединен с выходом усилителя доплеровских частот, а выход с вторыми входами импульсного генератора, счетчика и индикатора.