СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ РАССТОЯНИЯ ДО ДНА И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 1996 года по МПК G01S15/08 

Изобретение относится к гидролокации и может быть использовано в эхолотах.

Из уровня техники известны способ определения расстояния до дна, использующий корреляционную обработку излученного и отраженного от дна сигналов, и корреляционных эхолот, в котором определяется взаимная корреляционная функция (ВКФ) излученного и принятого сигналов (1).

Известное техническое решение, реализуя измерение временной задержки по максимуму ВКФ, обладает невысокой точностью, так как типичная зависимость значения коэффициента ВКФ, описываемая выражением
ρ_xy(τ) = cos2πfτ,
где f частота сигнала;
τ величина задержки сигнала при распространении до дна и обратно,
имеет недостаточную крутизну в районе максимума.

Задача, решаемая настоящим изобретением, повышение точности измерений.

Для решения поставленной задачи с достижением указанного технического результата, в способе определения расстояния до дна, содержащим излучение сигнала в сторону дна, прием отраженного сигнала вычисление коэффициента взаимной корреляционной функции задержанного излученного и отраженного сигналов и определение расстояния до дна путем умножения половины скорости звука в воде на значение регулируемой временной задержки излученного сигнала, в момент равенства ее значению времени распространения сигнала до дна и обратно дополнительно определяют функцию, обратно пропорциональную вычисленному коэффициенту взаимной корреляционной функции, а регулируемую временную задержку излученного сигнала находят по минимуму сравнения с единичным значением дополнительно определенной функции.

Реализация указанного способа осуществляется устройством определения расстояния до дна, состоящим из генератора, соединенного через последовательно включенные блок регулируемой временной задержки и умножитель с интегратором, в котором выход генератора дополнительно соединен с излучателем, второй вход умножителя подключен через усилитель к приемнику, второй вход блока регулируемой временной задержки соединен со вторым выходом экстремального регулятора, первый выход которого подключен к индикатору, к выходу интегратора подсоединен вход делителя, дополнительно введенного блока деления, выход которого соединен через дополнительно введенный сумматор с входом экстремального регулятора, при этом на второй вход данного сумматора подано отрицательное единичное напряжение, а на вход делимого дополнительно введенного блока деления подано единичное напряжение.

В соответствии с указанным способом, вычисление отношения ВКФ к единичному значению дает следующее выражение:
(2)
В свою очередь, сравнение выражения (2) с единичным значением приводит к выражению
(3)
Крутизна процесса (3) равна
sin2πfτ/cos²2πfτ, (4),
а у прототипа имеем крутизну (см. зависимость (1)):
sin2πfτ. (5)
Оценка повышения крутизны выражения (3) по сравнению с (1) дает
(6)
Анализ данного выражения показывает, что достигнуто повышение крутизны, а значит и точности определения искомой регулируемой временной задержки t, как аргумента функции (3).

На чертеже изображена структурная схема устройства, реализующего предложенный способ, которое содержит: 1 генератор; 2 блок регулируемой временной задержки; 3 умножитель; 4 интегратор; 5 излучатель; 6 - усилитель; 7 приемник; 8 экстремальный регулятор; 9 индикатор; 10 - дополнительно введенный блок деления; 11 дополнительно введенный сумматор.

Устройство для реализации способа состоит из генератора 1, соединенного через последовательно включенные блок регулируемой временной задержки 2 и умножитель 3, с интегратором 4, кроме того, второй вход умножителя 3 подключен через усилитель 6 к приемнику 7, при этом выход генератора 1 дополнительно соединен с излучателем 5, а второй вход блока регулируемой временной задержки 2 соединен со вторым выходом экстремального регулятора 8, первый выход которого подключен к индикатору 9, к выходу интегратора 4 подсоединен вход делителя, дополнительно введенного блока деления 10, выход которого соединен через дополнительно внесенный сумматор 11 с входом экстремального регулятора 8, причем на второй вход данного сумматора 11 подано отрицательное единичное напряжение, а на вход делимого дополнительно введенного блока деления 10 подано единичное напряжение.

Работает устройство следующим образом.

С генератора 1 сигнал поступает на излучатель 5 для излучения в сторону дна и, кроме того, сигнал поступает в блок регулируемой временной задержки 2, выход которого соединен с умножителем 3. На второй вход последнего поступает сигнал, принятый приемником 7, прошедший усиление в усилителе 6, отличающийся от излученного временной задержкой, вызванной распространением сигнала в среде. Интегратор 4 подавляет сигнал частоты 2ω, выделяя сигнал, пропорциональный cos2πfτ.. Сигнал с выхода интегратора 4, преобразованный в делителе 10 и сумматоре 11, поступает на вход экстремального регулятора 8 для дальнейшего управления блоком регулируемой временной задержки по минимуму входного процесса экстремального регулятора 8. Значение τ в момент минимума входного процесса поступает на индикатор 9, шкала которого проградуирована в единицах расстояния до дна.

Применение предложенного технического решения позволяет повысить точность определения расстояния до дна в К раз, где К отношение крутизны полученной регулировочной функции к крутизне регулировочной функции прототипа.

Использование: в гидролокации, в системах акустического определения глубины места судна (эхолотах). Сущность изобретения: в предлагаемом способе определения расстояния до дна, использующим корреляционную обработку излученного и отраженного от дна сигналов для определения времени запаздывания последнего, дополнительно определяют функцию, обратно пропорциональную вычисленному коэффициенту взаимной корреляционной функции, а регулируемую временную задержку излученного сигнала находят по минимуму сравнения с единичным значением дополнительно определенной функции, что реализуется в устройстве введением последовательно соединенных блока деления и сумматора с заданными функциями, включенных между выходом интегратора и входом экстремального регулятора типового корреляционного эхолота, и позволяет повысить крутизну регулировочной функции, а следовательно, точность измерений. 1 ил.

1. Способ определения расстояния до дна, содержащий излучение сигнала в сторону дна, прием отраженного сигнала, вычисление коэффициента взаимной корреляционной функции задержанного излученного и отраженного сигналов и определение расстояния до дна путем умножения половины скорости звука в воде на значение регулируемой временной задержки излученного сигнала в момент равенства ее значению времени распространения сигнала до дна и обратно, отличающийся тем, что дополнительно определяют функцию, обратно пропорциональную вычисленному коэффициенту взаимной корреляционной функции, а регулируемую временную задержку излученного сигнала находят по минимуму сравнения с единичным значением дополнительно определенной функции. 2. Устройство для определения расстояния до дна, состоящее из генератора, соединенного через последовательно включенные блок регулируемой временной задержки и умножитель с интегратором, при этом выход генератора дополнительно соединен с излучателем, второй вход умножителя подключен через усилитель к приемнику, второй вход блока регулируемой временной задержки соединен со вторым выходом экстремального регулятора, первый выход которого подключен к индикатору, отличающееся тем, что к выходу интегратора подсоединен вход делителя дополнительно введенного блока деления, выход которого соединен через дополнительно введенный сумматор с входом экстремального регулятора, при этом на второй вход данного сумматора подано отрицательное единичное напряжение, кроме того, на вход делимого дополнительно введенного блока деления подано единичное напряжение.