ПРИЕМНОЕ УСТРОЙСТВО ГИДРОЛОКАТОРА БОКОВОГО ОБЗОРА Российский патент 1996 года по МПК G01S15/02 

Изобретение относится к гидролокации и может использоваться в гидролокаторах, предназначенных преимущественно для картографирования морского дна.

Недостатки традиционных способов согласования (сжатия) динамического диапазона принимаемых эхолокационных сигналов с динамическим диапазоном регистраторов хорошо известны. Применение простых автоматических регулировок усиления (АРУ) приводит к недопустимым искажениям гидролокационных изображений в виде "ложных теней" (патент США N 3975704, кл. G 01 S 9/11, 9/00). Временные АРУ (ВАРУ), действующие на основе жестко заданного закона регулирования, не обладают адаптивностью в изменяющихся условиях приема, а логарифмический способ сжатия ограничивает возможности обработки эхосигналов с учетом их фазовой структуры. Разработка адаптивных автоматических регулировок усиления (ААРУ), особенно актуальна для гидролокаторов, работающих на бору автономных подводных роботов. Эхосигнал гидролокатора бокового обзора (ГБО) удобно представлять в виде произведения двух составляющих медленно меняющейся F(t) и быстроменяющейся стационарной составляющей S(t):
U(t)=F(t)·S(t) (1)
В составляющую F(t) удобно включить величины с характерным временем изменения τ, сравнимым с периодом зондирования Т, например затухание звука с ростом текущей дальности, изменение эхосигнала в связи с расширением волнового фронта посылки, влияния изменений среднего угла скольжения луча, влияния неравномерности диаграммы направленности антенны ГБО (с учетом изменений высоты движения носителя) и т.д. Поскольку названные величины прямого интереса при формировании эхограмм дна не представляют, то составляющая F(t) фактически является неинформативной, т.е. помехой.

Практика гидролокационной съемки показывает, что основную инфоррмационную нагрузку эхограммы при картографировании дна несет быстроменяющаяся составляющая S(t), зависящая от свойств и взаимного расположения донных рассеивателей, т.е. S(t) является информативной составляющей.

Таким образом, задача выделения информативной составляющей эхосигнала S(t) сводится к выделению неинформативной мультипликативной помехи F(t) и выполнению операции.

S(t)=U(t)·F^-1(t) (2)
Известны приемные устройства гидролокатора, содержащие регулируемый усилитель, детектор огибающей и схему формирования регулирующего напряжения, которая задает некоторое заранее выбранное, изменяющееся во времени усиление, т. е. осуществляется временная автоматическая регулировка усиления (ВАРУ). В таких устройствах закон изменения коэффициента усиления выбирается на основании среднеожидаемых условий гидроакустического приема.

Основным недостатком известных устройств является трудность подбора закона ВРУ, удовлетворяющего широкому диапазону условий приема, что требует постоянного пррисутствия квалифицированного оператора для коррекции этого закона.

Наиболее близким к изобретению является устройство, содержащее приемопередатчик, усилитель с регулируемым коэффициентом усиления, схему формирования коэффициента усиления (ВАРУ), детектор и индикатор.

Недостатком этого устройства является принципиальная невозможность полного устранения неинформативной составляющей, поскольку оно является статичным по возмущающему воздействию. Кроме того, реальная погрешность устройства в значительной мере зависит от линейности регулируемого усилителя по управляющему воздействию, которая на практике обычно невысока.

Цель изобретения осуществление более полной компенсации неинформативной составляющей F(t), чтобы было обеспечено получение гидролокационных изображений без искажений, с адаптивностью в изменяющихся условиях приема.

Это достигается тем, что в приемное устройство гидролокатора бокового обзора, содержащее последовательно соединенные блок опорных частот, приемопередатчик, детектор, фильтр нижних частот, схему ВАРУ, а также индикатор, введен делитель напряжения, вход которого подключен к выходу приемопередатчика, а выход к индикатору. Схема ВАРУ выполнена в виде последовательно соединенных аналого-цифрового преобразователя, запоминающего устройства и буферного регистра, выход которого соединен с вторым входом делителя напряжения. ВАРУ также содержит последовательно соединенные блок опережения, счетчик адресов считывания, коммутатор адресных сигналов, выход которого соединен с адресным входом запоминающего устройства, второй вход коммутатора адресных сигналов соединен с выходом счетчика адресов записи, входы синхронизации аналого-цифрового преобразователя, запоминающего устройства, буферного регистра, коммутатора адресных сигналов, счетчика адресов записи и счетчика адресов считывания соединены с вторым входом блока опорных частот.

Введение новых связей можно трактовать как разделение приемного тракта на два канала, причем в первом приемном канале производится выделение неинформативной составляющей F(t) непосредственно из входного эхосигнала U(t), во втором канале осуществляется выделение информативной составляющей S(t) из того же входного эхосигнала U(t):
S(t)=U(t)·F^-1(t).

Введение дополнительного приемного канала не только приводит к более полной компенсации F(t), но и повышает устойчивость системы к изменяющимся условиям приема.

На фиг. 1 представлена функциональная схема приемного устройства гидролокатора бокового обзора, адаптирующегося к изменяющимся условиям приема; на фиг. 2 принципиальная схема делителя напряжения.

Предложенное устройство содержит приемопередатчик 1 ГБО, первый приемный канал, содержащий детектор 2, вход которого соединен с выходом приемопередатчика 1, фильтр низких частот (ФНЧ) 3, вход которого соединен с выходом детектора 2, аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 4, информационный вход которого соединен с выходом ФНЧ 3, цифровое запоминающее устройство (ЗУ) 5, информационный вход которого соединен с выходом АЦП 4, буферный регистр 6, информационный вход которого соединен с выходом ЗУ 5, коммутатор адресных сигналов 7, выход которого соединен с адресным входом ЗУ 5, блок опережения 8, счетчик адресов записи 9, выход которого соединен с первым входом коммутатора адресных сигналов 7, счетчик адресов считывания 10, выход которого соединен с вторым входом коммутатора адресных сигналов 7, а вход предварительной записи-установки счетчика с выходом блока опережения 8, блок опорных частот 11, первый выход которого соединен с входом запуска приемопередатчика 1, с входом обнуления счетчика адресов записи 9, с входом разрешения предварительной записи-установки счетчика адресов считывания 10, а второй выход соединен с входами управления АЦП 4, ЗУ 5, буферного регистра 6, коммутатора адресных сигналов 7 и со счетными входами счетчиков адресов записи 9 и считывания 10, второй приемный канал, содержащий делитель напряжения 12, первый вход которого соединен с выходом приемопередатчика 1 ГБО, а второй вход с выходом буферного регистра 6, индикатор 13, вход которого соединен с выходом делителя напряжения 12.

В предлагаемом устройстве делитель напряжения 12 реализован по известной схеме с управляемым коэффициентом деления (см. Шило В.Л. Функциональные аналоговые интегральные микросхемы, М. Радиосвязь, 1982, с. 44), который содержит операционный усилитель с перемножающим цифроаналоговым преобразователем (кр 572 ПА I) в обратной связи (см. фиг. 2). Подбором сопротивления R в схеме на фиг. 2 можно добиться равенства коэффициента пропорциональности К единице.

В результате введения делителя напряжения во второй приемный канал вместо традиционных усилителя с регулируемым коэффициентом усиления или умножения напряжений отпала необходимость в формировании обратной функции F^-1(t).

Устройство работает следующим образом.

В момент появления на первом выходе блока опорных частот 11 синхросигнала начала периода зондирования в приемопередатчике 1 формируется зондирующий импульс (ЗИ), производится обнуление счетчика адресов записи 9 и установка на выходе счетчика адресов считывания 10 кода опережения на n отсчетов эхоинформации, задаваемого блоком опережения 8. Далее оба счетчика работают в режиме прямого счета синхроимпульсов, поступающих на их счетные входы с второго выхода блока опорных частот 11. При этом код на выходе счетчика 10, соответствующий адресу считывания, всегда больше кода на выходе счетчика адресов записи 9 на величину n, определяемую блоком опережения 8.

После излучения зондирующего импульса антенной ГБО приемепередатчик 1 начинает работать в режиме приема эхосигналов и в этом режиме остается до начала следующего периода зондирования. Эхосигнал U(t) с выхода приемопередатчика 1 поступает на входы двух приемных каналов.

В первом приемном канале, содержащем детектор 2, ФНЧ 3, АЦП 4, ЗУ 5, буферный регистр 6, формирователь адресов записи и считывания и блок опорных частот 11, производится выделение и запоминание в ЗУ 5 неинформативной составляющей F(t) на текущем периоде зондирования. Причем запомненные цифровые эквиваленты F^y(t) помехи F(t) на n-м периоде зондирования используются на следующем (n+1)-м периоде зондирования при выделении информативной составляющей S(t). Разумность подобных действий основна на предположении о малой изменчивости условий приема на соседних периодах зондирования.

Эхосигнал U(t) с выхода приемопередатчика 1 поступает на вход детектора 2, где выделяется огибающая эхоинформации. Далее огибающая эхосигнала поступает на вход фильтра нижних частот 3, на выходе которого получается неинформативная составляющая F(t).

Выборки неинформативной составляющей F(t) подвергаются преобразованию в цифровую форму F^y(t) посредством АЦП 4 и последовательно записываются в цифровое запоминающее устройство 5 по адресам, соответствующим номеру отсчета i, начиная с момента поступления сигнала начала периода зондирования. Одновременно осуществляется считывание цифровых отсчетов F^y(t) предыдущего периода зондирования из ячеек, номера которых начинаются с i+n. Коммутатор адресных сигналов 7 обеспечивает поочередное переключение цифрового ЗУ 5 на запись и на считывание. Управление работой коммутатора 7, а также формирование команды передачи содержимого ЗУ 5 в буферный регистр 6 обеспечивается путем подачи на соответствующие входы управления указанных блоков импульсов с второго выхода блока опорных частот 11. Величина n устанавливается пропорциональной времени задержки сигнала F(t) в цепи первого приемного канала. Эта задержка определяется параметрами ФНЧ 3 и зависит также от характеристик делителя напряжения 12 и детектора 2. На практике величина задержки уточняется экспериментально.

Во втором приемном канале, содержащем делитель напряжения 12 и индикатор 13, производится выделение информативной составляющей S(t) эхосигнала путем деления входного эхосигнала U(t) на цифровой эквивалент F^y(t) помехи F(t), т.е.

S(t)=U(t)/F^y(t).

Эхосигнал U(t) с выхода приемопередатчика 1 поступает на первый вход делителя напряжения 12, при этом цифровой код F^y(t), эквивалентный неинформативной составляющей эхосигнала F(t), с выхода буферного регистра 6 поступает на второй вход делителя напряжения 12, на выходе которого имеем результат деления эхосигнала U(t) на цифровой код F^y(t). Далее выделенная информативная составляющая S(t) поступает на вход индикаторра 13. Такая раздельная обработка эхосигнала U(t) в двух приемных каналах позволяет более полно учесть информацию об изменении условий приема, благодаря чему лучше согласуется широкий динамический диапазон принимаемых эхосигналов с узким динамическим диапазоном индикатора.

Использование: в гидроакустических навигационных приборах. Сущность изобретения: согласование динамического диапазона принимаемых сигналов с динамическим диапазоном приемного устройства путем использования адаптивной автоматической регулировки усиления. 2 ил.

Приемное устройство гидролокатора бокового обзора, содержащее последовательно соединенные блок опорных частот, приемопередатчик, детектор, фильтр нижних частот и схему ВАРУ, а также индикатор, отличающееся тем, что в него введен делитель напряжения, вход которого подключен к выходу приемопередатчика, а выход к индикатору, схема ВАРУ выполнена в виде последовательно соединенных аналого-цифрового преобразователя, запоминающего устройства и буферного регистра, выход которого соединен с вторым входом делителя напряжения, ВАРУ также содержит последовательно соединенные блок опережения, счетчик адресов считывания, коммутатор адресных сигналов, выход которого соединен с адресным входом запоминающего устройства, второй вход коммутатора адресных сигналов соединен с выходом счетчика адресов записи, входы синхронизации аналого-цифрового преобразователя, запоминающего устройства, буферного регистра, коммутатора адресных сигналов, счетчика адресов записи и счетчика адресов считывания соединены с вторым выходом блока опорных частот.