СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СКОРОСТИ ДВИЖЕНИЯ СУДНА ОТНОСИТЕЛЬНО ДНА И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 1995 года по МПК G01S15/00 

Изобретение относится к гидроакустическим навигационным приборам.

Известно техническое решение [1] для определения скорости судна. Недостатком его является невысокая точность.

Наиболее близким техническим решением к предложенному являются способ и устройство для определения скорости судна [2] в соответствии с которым регулируемая временная задержка определяется по максимуму коэффициента взаимно-корреляционной функции задержанного сигнала от первого по движению приемника и сигнала от второго приемника.

Недостатком данного технического решения является также невысокая точность.

Цель изобретения повышение точности измерения скорости движения судна.

Поставленная цель достигается заменой в известном способе операции поиска значения регулируемой временной задержки по максимуму коэффициента взаимно-корреляционной функции (ВКФ) задержанного сигнала от первого по движению (судна) и сигнала от второго приемников на операцию поиска данной задержки по минимуму отношения произведения коэффициентов ВКФ и ее преобразования Гильберта от задержанного сигнала первого и сигнала второго приемников к разности квадратов данных коэффициентов.

Скорость движения определяется по формуле
v
Известно, что крутизна ВКФ в районе максимума недостаточно велика, чтобы обеспечить высокую точность определения регулируемой τ_p временной задержки, а значит, и скорости. Для оценки повышения точности описываемого технического решения рассмотрим типичную для прототипа форму коэффициента ВКФ принятых приемниками сигналов вида: ρ_xy(τ)=e^-b(τ)cos2πf_oτ=e^(-b(τ)cos(ϕ), (1) где f_o частота сигналов;
b коэффициент, определяемый характеристиками гидроакустического канала до дна и обратно.

Вычислив преобразование Гильберта от (1), получим:
(τ) e^-b/τ/sin2πf_oτ
(2)
Произведение (1) и (2) составит:
ρ_xy(τ)(τ) e^-2b/τ/sin4πf_oτ (3)
разность квадратов:
ρ_x2y

(τ)-(τ) e^-2b/τ/cos4πf_oτ (4) и отношение (3) к (4):
B(τ) ρ_xy(τ)(τ)/ρ2x_y(τ)-(τ) tg4πf_oτ tg2ϕ (5)
Известно, что крутизна функции tg2ϕ значительно [2, c.42) больше крутизны прототипа cos ϕ, а крутизна определяет точность. Кроме того, функция tg2 ϕ нечетная, что облегчает поиск направления выбора τ_p. Кроме того, выражение (5) по сравнению с (1) является функцией удвоенного аргумента, что также повышает точность и чувствительность способа.

Эти свойства позволяют сделать вывод о соответствии критериям новизны и существенных отличий.

На чертеже изображено устройство для осуществления способа, содержащее генератор 1, излучатель 2, первый 3 и второй 6 приемники, блок 4 регулируемой временной задержки, первый умножитель 5, интегратор 7, экстремальный регулятор 8, первый блок деления 9, индикатор 10, первый 11 и второй 15 квадраторы; блок 12 преобразования Гильберта; второй умножитель 13, блок разности 14, блок деления 16.

Генератор 1 соединен с излучателем 2, первый 3 приемник с первым входом блока 4 регулируемой временной задержки, первый выход которого соединен с первым входом первого 5 умножителя, на второй вход которого подключен второй 6 приемник, при этом выход первого 5 умножителя соединен с интегратором 7. Экстремальный регулятор 8 соединен с вторым входом блока 4 регулируемой временной задержки, второй выход которого соединен с входом делителя первого блока 9 деления, выход которого подключен к индикатору 10. На вход делимого первого 9 блока деления подается значение d/2, где d расстояние между приемниками. Выход интегратора 7 соединен одновременно с первым 11 квадратором, с блоком 12 преобразования Гильберта, а также с вторым умножителем 13. Выход первого квадратора 11 соединен с входом уменьшаемого блока 14 разности, вход вычитаемого которого соединен через второй квадратор 15 одновременно с выходом блока 12 преобразования Гильберта и вторым входом второго умножителя 13, выход которого подключен к входу делимого второго блока 16 деления, вход делителя которого соединен с выходом блока 14 разности, выход второго блока 16 деления соединен с входом экстремального 8 регулятора.

Устройство работает следующим образом.

Генератор 1 передает в излучатель сигнал для излучения в сторону дна. Отраженные сигналы принимаются первым 3 и вторым 6 приемниками. На выходе интегратора 7 формируется коэффициент ВКФ задержанного сигнала от первого приемника и сигнала от второго приемника. На выходе блока 12 преобразования Гильберта формируется процесс вида (2). Произведение по-лученных коэффициентов ВКФ и ее преобразования Гильберта в виде (3) поступает на вход делимого второго блока 16 деления, на вход делителя поступает сигнал вида (4), формируемый на выходе блока разности 14. На выходе блока 16 формируется сигнал вида (5), поступающий в экстремальный 8 регулятор. Последний управляет регулируемой временной задержкой в блоке 4, поддерживая минимальное значение на выходе второго блока 16 деления. При этом значение введенной регулируемой временной задержки с блока 4 поступает на вход делителя первого 9 блока деления. В результате расчета по формуле:
v d/2 τ_p на индикаторе высвечивается значение скорости судна. Элементы устройства общеизвестны и описаны в научно-технической литературе [1, 2]

Использование: в гидроакустических навигационных приборах. Сущность изобретения: регулируемую временную задержку сигнала первого приемника находят по минимуму отношения произведения преобразования Гильберта от взаимно-корреляционной функции задержанного первого сигнала и сигнала второго приемника на взаимно-корреляционную функцию задержанного первого сигнала и сигнала второго приемника к разности квадратов данных взаимно-корреляционных функций. 2 с.п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ определения скорости движения судна относительно дна, основанный на вертикальном излучении гармонических звуковых сигналов на дно, определении коэффициента взаимно корреляционной функции отраженных сигналов, принятых двумя разнесенными на расстояние d по горизонту приемниками, и определении скорости движения судна путем деления половины расстояния между приемниками на значение регулируемой временной задержки сигнала первого по движению судна приемника относительно сигнала с второго приемника в момент равенства ее значению времени прохождения судном половины расстояния между приемниками, отличающийся тем, что дополнительно вычисляют преобразование Гильберта от коэффициента взаимно корреляционной функции между задержанным сигналом первого и сигналом второго приемников, а требуемую регулируемую временную задержку находят по минимуму отношения произведения коэффициентов взаимно корреляционной функции и ее преобразования Гельберта от задержанного сигнала первого и сигнала второго приемников к разности квадратов данных коэффициентов. 2. Устройство для определения скорости движения судна относительно дна, состоящее из генератора, соединенного с излучателем, и из первого приемника, соединенного с первым входом блока регулируемой временной задержки, первый выход которого соединен с первым входом первого умножителя, на второй вход которого подключен второй приемник, при этом выход первого умножителя соединен с интегратором, кроме того, состоящее из экстремального регулятора, соединенного с вторым входом блока регулируемой временной задержки, при этом второй выход данного блока соединен с входом делителя первого блока деления, выход которого подключен к индикатору, кроме того, на вход делимого первого блока деления подано значение d/2, где d расстояние между приемниками, при этом излучатель расположен между приемниками, отличающееся тем, что выход интегратора соединен одновременно с дополнительно внесенным первым квадратором, дополнительно внесенным блоком преобразования Гильберта, а также дополнительно внесенным вторым умножителем, при этом выход дополнительно внесенного первого квадратора соединен с входом уменьшаемого дополнительно внесенного блока разности, вход вычитаемого данного блока разности соединен через дополнительно внесенный второй квадратор одновременно с выходом дополнительно внесенного блока преобразования Гильберта и вторым входом дополнительно внесенного второго умножителя, выход последнего подключен к входу делимого дополнительно внесенного второго блока деления, при этом вход делителя данного блока соединен с выходом дополнительно внесенного блока разности, кроме того, выход дополнительно внесенного второго блока деления соединен с входом экстремального регулятора.