СПОСОБ КОНТРОЛЯ МНОГОКАНАЛЬНОГО ГИДРОАКУСТИЧЕСКОГО ПРИЕМНОГО ТРАКТА Российский патент 1996 года по МПК H04B3/46 G01R31/28 

Изобретение относится к области специализированной измерительной техники и может быть использовано для контроля приемных трактов и антенн гидроакустических устройств в процессе их эксплуатации.

Известен способ, основанный на излучении в морскую среду известного эталонного испытательного сигнала, измерении выходных напряжений каналов контролируемого тракта и сравнении результатов измерения с выходным напряжением эталонного приемного канала, возникшим при приеме того же испытательного сигнала [1]
Недостатками такого способа являются невозможность совмещения операций контроля тракта и его работы по штатному назначению, сложность и высокая стоимость испытательного оборудования, необходимость излучения известного эталонного испытательного сигнала, который становится доступен неопределенному кругу наблюдателей.

Наиболее близким к изобретению является способ диагностирования электронных блоков, согласно которому на вход объекта контроля (электронный блок, приемный тракт и пр.) подают испытательный сигнал, в выбранных контрольных точках объекта контроля выделяют информативные параметры и сравнивают их с эталонными значениями [2] По результатам сравнения принимают решение о техническом состоянии объекта контроля и его частей, соответствующих контрольным точкам.

Недостатком этого способа применительно к контролю гидроакустических приемных трактов является невозможность обеспечения работы тракта по штатному назначению во время контроля испытательным сигналом. На фоне сильного испытательного сигнала (для достоверного измерения информативного параметра, как известно, измеряемый сигнал должен быть хотя бы втрое больше вносящего погрешность мешающего сигнала от окружающей среды) обнаруживаемые приемным трактом слабые сигналы объектов наблюдения (рыб, конкреций и пр.) становятся еще менее заметны, чем на фоне помех среды.

В предлагаемом способе для обеспечения возможности штатной работы приемного тракта по назначению во время контроля приемный тракт помещают в морскую среду штатной эксплуатации, принимают акустические шумы морской среды, определяют интегральные значения абсолютных величин выходных напряжений каналов, которые используют в качестве информативных параметров, определяют среднее значение информативных параметров, которые используют в качестве эталонного значения, причем эталонное значение запоминают и используют при сравнении информативных параметров.

Устройство для реализации способа содержит многоэлементную антенну 1, многоканальный усилитель 2, многоканальный квадратор (в варианте используется многоканальный формирователь абсолютной величины) 3, многоканальный интегратор 4, коммутатор 5 контроля, блок 6 сравнения сигналов и блок индикации и управления 7.

В соответствии с предложенным способом устройство помещают в морскую среду для эксплуатации (в обеспечение штатной работы тракта сигналы снимаются с выхода тракта выхода усилителя 2 с применением при необходимости усилительно-кабельно-преобразовательной линии передачи сигналов, если выходы усилителя 2 непосредственно недоступный). Акустические шумы N окружающей морской среды принимают с помощью элементов антенны 1 устройства и усиливают в соответствующих каналах усилителя 2. Аддитивно с акустическими шумами среды на элементы антенны 1 воздействуют полезные для штатной работы сигналы S наблюдаемых объектов (рыб или их косяков, конкреций и пр.).

Таким образом, на каждый i-ый элемент антенны 1 воздействует сигнал X_i= S_i+N_i. При этом энергия P_si сигнала S_i много меньше энергии P_Ni помехи штатной работы N_i по условиям обнаружения сигналов δ т. е. P_Si<< P_Ni и влиянием P_Si на энергетику преобразований X_i(t) ≈ N_i(t) можно пренебречь.

Акустические шумы N морской среды в районе размещения антенны 1 в подавляющем большинстве случаев реальной морской акватории могут рассматриваться как гауссов случайный процесс с нулевым математическим ожиданием и некоторой дисперсией σ² (Акустика океана. /Под ред, акад. Л. М. Бреховских. М. Наука, 1974, с. 619), т. е. имеют плотность вероятности
ω(N) ω(x) exp-
В гидроакустических приемных трактах повышают дальность обнаружения сигналов с помощью пространственного накопления полезных сигналов введения многоканальности. Максимальная эффективность такого накопления обеспечивается при разносе соседних элементов антенны 1 на расстояние, достаточное для получения статистической независимости акустических шумов на элементах антенны. Увеличение числа каналов (размеров антенны 1) ограничивается многими обстоятельствами и, в частности, условием однородности акустического поля шумов морской среды в месте установки антенны 1 (неоднородность можно учесть введением весовых коэффициентов для напряжений элементов антенны, но это невыгодно, так как ведет к снижению эффективности штатной работы). Повышению эффективности штатной работы способствует и свойство эргодичности, присущее шумам морской среды.

Таким образом, выходные напряжения на выходах усилителя 2 создают, воздействуя акустическими шумами с описанными свойствами на элементы антенны 1 с описанными свойствами. Усиленные в усилителе 2 сигналы сохраняют в силу линейного характера преобразования гауссовых случайных сигналов исходный закон распределения вероятности с нулевым математическим ожиданием (у выходных напряжений каналов, как правило, нет постоянной составляющей) и с точностью до коэффициента передачи канала их можно считать имеющими равную дисперсию с входными сигналами X_i, т. е. σ². Коэффициенты передачи каналов исправного тракта в связи с вышеупомянутым влиянием весовых коэффициентов на эффективность штатной работы делают равными (или их подбороv компенсируют неоднородность акустических шумов морской среды на элементах антенны). Не нарушая общности анализа, можно принять коэффициент передачи исправного канала равным единице.

Выходные напряжения усилителя 2 подают на соответствующие входы квадратора 3 и затем сигналы проходят интегратор 4. При этом формируют интегральные значения квадратов выходных напряжений каналов
X2i

(t)dt, i
При гауссовых сигналах т. е. получается статистическая оценка энергетического параметра дисперсии выходного напряжения канала тракта (для такой оценки справедливы приведенные соображения о несущественности влияния в каналах энергии полезных сигналов).

Время T является временем контроля канала и выбирается с учетом спектральных характеристик X_i (для используемых трактов T порядка нескольких секунд).

В варианте с формированием абсолютной величины получают
X_i(t)dt, i
При гауссовых сигналах, как известно из теории линейного детектора, величина () является оценкой , т.е. однозначно и монотонно связана с оценкой (энергетические соотношения для полезных сигналов справедливы и в этом случае).

Учтем теперь, что причиной случайности выходных напряжений каналов является не только случайный характер шумов среды, но и случайность технического состояния (исправности или неисправности) каналов тракта. Неисправный j-ый канал не пропускает сигнал на выход канала (или имеет существенно пониженный коэффициент передачи). Такой канал может считаться имеющим случайное гауссово выходное напряжение с нулевым математическим ожиданием и нулевой (или существенно малой) дисперсией X_j(t) ∈ N(O, O) и для него
0, 0
Таким образом, выбранные параметры и действительно содержат информацию о состоянии исправности или неисправности канала.

В сумматоре 8 формируют эталонное значение y (для сравнения с информативным параметром канала) путем формирования среднего арифметического информативных параметров каналов или .

Пусть, например, число каналов n=10,
1b² 1b тогдаY •(10•1) 1b² или Y X •(10•1) 1b
При неисправности одного из канала (j-го)
Y +(9•1+1•0) 0,9b²
или
Y +(9•1+1•0) 0,9b²
т. е. неисправность одного из каналов (поток отказов каналов гидроакустических приемных трактов является единичным, отказавшие каналы сразу же восстанавливают) весьма слабо влияет на эталонное значение при выбранной операции его формирования (выбранная операция обладает "память" на значение информативного параметра канала с описанными свойствами, существовавшее до неисправности канала), в то время как информативный параметр канала при его переходе в другое техническое состояние меняется резко. Сравнение сформированного таким образом эталонного значения с информативным параметром обеспечивает решение технической задачи контроля каналов тракта.

Заметим, что формирование эталонного значения с помощью указанной операции устраняет влияние неизвестности (нестабильности) уровня шумов морской среды на правильность оценки технического состояния тракта. Уменьшение уровня акустических шумов морской среды по сравнению с предшествующим периодом эксплуатации или предшествующим циклом контроля канала не может быть принято за неисправность (уменьшение коэффициента передачи канала), так как и информативный параметр, и эталонное значение по этой причине меняются одинаково.

В варианте способа (он применим в случае, если усилитель тракта снабжен достаточно эффективной АРУ или по опыту предшествующей эксплуатации известна малая изменчивость уровня акустических шумов среды в данном районе акватории и в данное время года) формирование эталонного значения выполняют в начале периода эксплуатации и запоминают его на последующие циклы контроля.

Использование: в специализированной измерительной технике. Сущность изобретения: способ контроля многоканального гидроакустического приемного тракта включает сравнение информативных параметров с эталонными значениями и принятие решения по результатам сравнения о техническом состоянии приемного тракта. Приемный тракт помещают в морскую среду штатной эксплуатации, принимают акустические шумы морской среды, определяют интегральные значения абсолютных величин выходных напряжений каналов, которые используют в качестве информативных параметров, определяют среднее арифметическое значение информативных параметров, которые используют в качестве эталонного значения. Эталонное значение запоминают и используют при сравнении информативных параметров. 1 з. п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ контроля многоканального гидроакустического приемного тракта, включающий сравнение информативных параметров с эталонным значением и принятие решения по результатам сравнения о техническом состоянии приемного тракта, отличающийся тем, что приемный тракт помещают в морскую среду штатной эксплуатации, принимают акустические шумы морской среды штатной эксплуатации, определяют интегральные значения абсолютных величин выходных напряжений каналов приемного тракта, которые используют в качестве информативных параметров, определяют среднее арифметическое значение информативных параметров, которое используют в качестве эталонного значения. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что эталонное значение запоминают и используют при сравнении информативных параметров.