СЕЙСМИЧЕСКИЙ КОМПЕНСАТОР ПОМЕХ БЛОКА УВЧ РЫБОПОИСКОВОГО ЭХОЛОТА Российский патент 2008 года по МПК G01S15/00 

Изобретение относится к средствам (системам) обнаружения и может быть использовано в системах информационного обеспечения физической защиты различных гидротехнических сооружений и объектов, расположенных у береговой черты.

Известно устройство рыбопоискового эхолота ПЕСКАРЬ СУЦ 1.030.000-01 [1], который может использоваться в качестве гидроакустического обнаружителя потенциально опасных объектов в акваториях гидротехнических сооружений, транспортных коммуникаций и т.п.

Недостатком данного устройства является низкая помехоустойчивость при использовании его в условиях мелководья (у береговой черты), вблизи промышленных объектов, дорог и т.п.

Установлено, что в прибрежной зоне акваторий существенный вклад в уровень гидроакустических шумов, особенно в низкочастотной части спектра, вносят сейсмические колебания природного и техногенного характера [2], вызванные функционированием расположенных у береговой черты промышленных объектов, движением автомобильного и железнодорожного транспорта и т.п., что показано на графике (фиг.1).

Наиболее близким по техническому решению к предлагаемому изобретению является устройство сейсмоакустического обнаружителя, описанного в патенте RU 2032222, М.Кл. G08В 13/16 от 27.03.1995 г. В нем используются два чувствительных элемента (акустический микрофон и сейсмоприемник), подключенные к соответствующим усилителям, и блок логической обработки. Причем блок логической обработки выполнен в виде двух пороговых устройств. Одно из них подключено к выходу усилителя акустического канала и к входу селектора шаговых импульсов, подключенного к D-входу счетчика импульсов, а другое пороговое устройство подключено к выходу усилителя сейсмического канала, входу формирователя времени анализа и к С-входу счетчика импульсов. Выход формирователя времени анализа подключен к R-входу счетчика импульсов и ко второму входу селектора шаговых импульсов, выход счетчика импульсов является выходом блока логической обработки.

Если период между поступающими импульсами Т находится внутри временного интервала Т_мин-Т_макс=T_a/N - это сигнал от воздействия человека, если вне его пределов - это помеховый сигнал (например, от транспорта, ударов по земле и т.п.). Если помеховые сигналы вызваны акустическими шумами (от самолетов, ветра и т.п.), то при этом происходят срабатывание порогового устройства акустического (вспомогательного) канала и формирование сигнала запрета счета по входу D триггера для сейсмического (основного) канала, что снижает вероятность ложных срабатываний от помех.

Недостатком данного устройства является то, что при таком построении блока логической обработки при значительном уровне фоновых помех возможен пропуск (необнаружение) объекта обнаружения по сейсмическому каналу, так как пороговое устройство акустического канала в этом случае формирует сигнал запрета по входу D триггера. Кроме этого, блок логической обработки устройства не обеспечивает снижения акустических помех непосредственно в канале сейсмоприемника.

Известен также когерентный метод компенсации помех, используемый в радиолокации [3]. Суть его заключается в наличии основного и вспомогательного (компенсационного) каналов. Компенсационный канал принимает только помехи, а основной канал - смесь полезного и помехового сигналов. Далее теми или иными средствами обеспечивается получение с выхода обоих каналов, одинаковых по интенсивности и противоположных по фазе помеховых сигналов. Затем смесь полезного и помехового сигналов основного канала и помеховый сигнал компенсационного канала подаются на сумматор, при помощи которого помеховые сигналы основного и компенсационного каналов вычитаются и на выходе сумматора получают только полезный сигнал.

Суть изобретения заключается в повышении помехоустойчивости гидроакустических средств обнаружения в прибрежной зоне за счет разделения составляющих гидроакустического сигнала от объектов, воздействующих на воду через грунт, и от объектов, находящихся непосредственно в воде, по признакам «сейсмический источник сигнала» или «источник сигнала, находящийся в воде». С этой целью в схему блока УВЧ СУЦ 2.035.000 эхолота ПЕСКАРЬ [1] вводится дополнительный канал, реализованный на сейсмическом принципе обнаружения.

В состав дополнительного канала входят сейсмоприемник и сейсмический компенсатор помех гидроакустического сигнала, состоящий из регулируемого усилителя, низкочастотного полосового фильтра и блока когерентной компенсации помех с квадратурными преобразователями.

На фиг.2 представлена структурная схема блока УВЧ эхолота ПЕСКАРЬ.

Блок УВЧ содержит коммутатор 1 антенн, балансный модулятор 2, операционный усилитель 3, фильтры 4 и 5 сосредоточенной селекции с полосой пропускания 1,5 кГц и 4 кГц соответственно, коммутатор полосы пропускания 6, схему ручной регулировки усиления 7, амплитудный детектор 8, интегратор 9 и повторитель 10.

Блок УВЧ работает следующим образом. Эхосигнал с акустической антенны поступает на один из входов коммутатора 1 антенн, который управляется значением напряжением Uупр₁. Далее сигнал поступает на вход балансного модулятора 2, который обеспечивает временную автоматическую регулировку усиления.

С выхода балансного модулятора 2 сигнал поступает на операционный усилитель 3, дополнительно усиливается и поступает на входы фильтров 4 и 5 сосредоточенной селекции.

Фильтры 4 и 5 выделяют сигналы рабочей частоты каждый в своей полосе пропускания, что увеличивает помехозащищенность приемного тракта в целом. Каждый из выходов фильтров 4 и 5 подключен к соответствующему входу коммутатора полосы пропускания 6, управление которым осуществляется напряжением Uупр₂, поступающим на его вход управления. В зависимости от значения Uупр₂ осуществляется выбор полосы пропускания блока УВЧ.

Сигнал рабочей частоты в выбранной полосе пропускания поступает на схему ручной регулировки усиления 7, а затем на вход амплитудного детектора 8, который выделяет огибающую принятого сигнала.

С выхода амплитудного детектора 8 сигнал поступает для обработки на интегратор 9 и далее на повторитель 10, который согласовывает выходное сопротивление блока УВЧ с сопротивлением входа последующих блоков (усилителя мощности, запоминающего устройства и электронного индикатора) эхолота.

На фиг.3 представлена схема блока УВЧ эхолота ПЕСКАРЬ, в состав которого включены сейсмоприемник 11 и сейсмический компенсатор 12 помех.

Компенсатор 12 помех гидроакустического обнаружителя состоит из регулируемого усилителя 13 сейсмоприемника, фильтра 14 нижних частот и блока 15 когерентной компенсации помех. Полоса пропускания фильтра 14 соответствует спектру сейсмической шумовой составляющей гидроакустического сигнала. Блок 15 когерентной компенсации помех, в свою очередь, состоит из фазовращателя 16, усилителей 17 и 18 с регулируемыми коэффициентами передачи, корреляторов 19 и 20, сумматора 21.

Схема сейсмического компенсатора 12 помех работает следующим образом.

Сигнал с выхода амплитудного детектора 8 блока УВЧ поступает на основной вход блока 15 когерентной компенсации помех сейсмического компенсатора 12.

Сигнал с выхода сейсмоприемника 11 поступает на регулируемый усилитель 13, а затем на вход фильтра 14 нижних частот. С выхода фильтра 14 нижних частот сигнал поступает на компенсационный (вспомогательный) вход блока 15 когерентной компенсации помех.

В блоке 15 когерентной компенсации помех сигнал с основного входа поступает на один из входов сумматора 21, а сигнал с компенсационного входа поступает на входы фазовращателя 16 и усилителя 17. С выхода фазовращателя 16 сигнал поступает на вход усилителя 18. С помощью фазовращателя 16, усилителей 17 и 18, корреляторов 19 и 20 и сумматора 21 происходит компенсация сейсмической составляющей в сигнале, поступающем с выхода детектора 8 на основной вход блока 15 когерентной компенсации помех. С выхода блока 15 сигнал поступает на выход сейсмического компенсатора 12 помех.

С выхода сейсмического компенсатора 12 помех сигнал поступает для дальнейшей обработки на интегратор 9 и далее на повторитель 10.

Таким образом, использование данного устройства в гидроакустическом обнаружителе позволяет повысить его помехоустойчивость, снизить влияние сейсмических помех, что позволит более эффективно анализировать полученную информацию о наличии в контролируемой зоне объекта охраны нарушителей на фоне естественных и техногенных сейсмических шумов.

Источники информации

1. Техническое описание эхолота ПЕСКАРЬ. СУЦ 1.030.000 ТО.

2. Евтютов А.П., Митько В.Б. Инженерные расчеты в гидроакустике. - Л.: Судостроение, 1988. - 288 с. - (Библиотека инженера-гидроакустика).

3. Защита от радиопомех. /Под ред. М.В.Максимова. - М.: Сов. радио, 1976. - 495 с.

Изобретение относится к средствам (системам) обнаружения. Техническим результатом изобретения является повышение помехоустойчивости. Блок УВЧ рыбопоискового эхолота содержит коммутатор антенн, балансный модулятор, операционный усилитель, два фильтра сосредоточенной селекции, коммутатор полосы пропускания, схему ручной регулировки усиления, амплитудный детектор, интегратор, повторитель. Дополнительно в схему блока введены сейсмоприемник и сейсмический компенсатор помех, состоящий из регулируемого усилителя, фильтра нижних частот с полосой пропускания, соответствующей частотному спектру сейсмической шумовой составляющей гидроакустического сигнала, и блока когерентной компенсации помех, причем к основному входу сейсмического компенсатора помех подключен выход амплитудного детектора, а к компенсационному входу - сейсмоприемник. 3 ил.

Блок УВЧ рыбопоискового эхолота, содержащий коммутатор антенн, балансный модулятор, операционный усилитель, два фильтра сосредоточенной селекции, коммутатор полосы пропускания, схему ручной регулировки усиления, амплитудный детектор, интегратор, повторитель, отличающийся тем, что в схему блока введены сейсмоприемник и сейсмический компенсатор помех, состоящий из регулируемого усилителя, фильтра нижних частот с полосой пропускания, соответствующей частотному спектру сейсмической шумовой составляющей гидроакустического сигнала, и блока когерентной компенсации помех, причем к основному входу сейсмического компенсатора помех подключен выход амплитудного детектора, а к компенсационному входу сейсмоприемник.