УСТРОЙСТВО ДЛЯ РАСПОЗНАВАНИЯ АНОМАЛИЙ В МОРСКОЙ СРЕДЕ С ПОДВИЖНОГО НОСИТЕЛЯ Российский патент 2011 года по МПК G01P5/08 

Изобретение относится к области исследования гидрофизических полей и может быть использовано при проведении экологических исследований, в экспериментальной гидродинамике, океанологии, при исследовании океана в интересах судоходства, в том числе при добыче полезных ископаемых на шельфе, для определения техногенного влияния хозяйственной деятельности и военно-морского флота на загрязнения гидросферы, и при решении других прикладных задач, где требуется вести контроль параметров турбулентной среды.

Устройство предназначено для непрерывного распознавания аномалий водной среды с движущегося судна или обитаемого подводного аппарата.

Аномалия водной среды представляет собой область водного пространства, где статистические характеристики полей моря значимо отличаются от фоновых значений.

Для решения задачи распознавания аномалий в морской среде необходимо иметь высокочувствительный преобразователь скорости в электрический сигнал. Одной из причин, препятствующих созданию устройств для распознавания турбулентных аномалий в морской среде, является чувствительность преобразователя скорости к паразитным сигналам, возникающим в результате вибраций и неравномерного движения преобразователя, установленного на подвижном носителе.

Известно устройство для обнаружения турбулентных пятен в морской среде [1], которое содержит первый преобразователь скорости в электрический сигнал, второй и третий преобразователи скорости в электрический сигнал, идентичные первому преобразователю скорости в электрический сигнал, расположенные на одной прямой линии с первым преобразователем скорости в электрический сигнал по обе стороны от первого преобразователя скорости в электрический сигнал, последовательно соединенные полосовой фильтр, квадратор, блок усреднения и пороговый блок, второй вход которого соединен с источником порогового сигнала, а также вычислительный блок. При этом входы упомянутого вычислительного блока с первого по третий соединены с выходами преобразователей скорости в электрический сигнал с первого по третий соответственно его выход соединен со входом полосового фильтра, а выход порогового блока является выходом устройства.

Недостатком устройства [1] является его недостаточная чувствительность при обнаружении в морской среде турбулентных пятен с нужным уровнем энергии турбулентности в условиях вибрационных помех. Другой существенный недостаток устройства [1] состоит в том, что оно позволяет только обнаруживать турбулентные аномалии, но не обеспечивает их классификацию на аномалии естественного и техногенного происхождения. Кроме того эффективность обнаружения аномалий зависит от скорости движения носителя, т.к. при разных скоростях движения носителя время нахождения преобразователей скорости в аномалии различно, что приводит к трансформации спектра сигналов на выходах преобразователей (расширению или сужению в зависимости от скорости носителя). В результате полоса пропускания фильтра и постоянная времени усреднения блока усреднения оказываются не согласованными с шириной спектра сигнала и временем пересечки аномалии.

Наиболее близким к предлагаемому является устройство для обнаружения турбулентных пятен в морской среде [2].

Для обнаружения турбулентных аномалий в морской среде устройство [2] содержит расположенные на одной прямой линии идентичные первый, второй, третий и четвертый преобразователи скорости в электрический сигнал, последовательно соединенные полосовой фильтр, квадратор, блок усреднения и пороговый блок, второй вход которого соединен с источником порогового сигнала, а выход является выходом устройства, а также блок вычисления функции

где U - сигнал на выходе упомянутого блока вычисления функции, В;

К - масштабный коэффициент;

U₁, U₂, U₃ и U₄ - напряжения на первом, втором, третьем и четвертом входах упомянутого блока вычисления функции соответственно, В;

R₁₂, R₁₃, R₁₄ - расстояния между первым и вторым, первым и третьим, первым и четвертым преобразователями скорости в электрический сигнал соответственно,

при этом второй, третий и четвертый преобразователи скорости в электрический сигнал расположены по одну сторону от первого преобразователя скорости в электрический сигнал, расстояния между первым и вторым, первым и третьим, первым и четвертым преобразователями скорости в электрический сигнал удовлетворяют условиям R₁₂>R₁₃>R₁₄ входы упомянутого блока вычисления функции с первого по четвертый соединены с выходами преобразователей скорости в электрический сигнал с первого по четвертый соответственно, а выход упомянутого блока вычисления функции соединен с входом полосового фильтра.

Однако, как и устройство [1], устройство [2] не позволяет классифицировать аномалии на аномалии естественного и техногенного происхождения. На эффективность обнаружения аномалий влияет скорость движения носителя. Кроме того, устройство [2] обладает конструктивным ограничением на расположение преобразователей на одной прямой, при котором обеспечивается требуемая высокая чувствительность. Это существенно усложняет встраиваемость преобразователей в реальные обводы носителя аппаратуры. Становится практически невозможной установка преобразователей на носителе, корпус которого имеет обтекаемую форму.

Задачей изобретения является повышение эффективности обнаружения турбулентных аномалий в морской среде с возможностью распознавания типа аномалий.

Сущность изобретения заключается в том, что в устройство для распознавания аномалий в морской среде с подвижного носителя, содержащее четыре идентичных преобразователя скорости в электрический сигнал, соединенных с соответствующими входами блока вычисления, к выходу которого подключены последовательно соединенные полосовой фильтр, квадратор, блок усреднения и пороговый блок, введены блок классификации аномалий, блок постоянной памяти, блок формирования порогового уровня и блок управления, входом которого является вход сигнала скорости носителя, передаваемого через первый выход блока управления на адресный вход блока постоянной памяти, соответствующие выходы которого подключены к входу регулировки полосы пропускания полосового фильтра и входу регулировки постоянной времени блока усреднения, второй выход блока управления соединен с входами записи блока вычисления, полосового фильтра и блока усреднения, тактовые входы полосового фильтра и блока усреднения соединены соответственно с третьим и четвертым выходами блока управления, пятый выход которого соединен с входом записи блока формирования порога, а шестой - с тактовым входом блока классификации аномалий, информационный вход которого и информационный вход блока формирования порогового уровня соединены с выходом блока усреднения, выход блока формирования порогового уровня соединен с входом записи порогового блока, выход которого подключен к входу записи блока классификации аномалий, а входы-выходы синхронизации преобразователей скорости в электрический сигнал соединены между собой, кроме этого преобразователи скорости в электрический сигнал размещены заподлицо с наружным обводом корпуса носителя, который в области расположения преобразователей имеет форму части кругового цилиндра, образующая которого ориентирована перпендикулярно направлению движения носителя, при этом преобразователи скорости в электрический сигнал расположены в плоскости поперечного сечения кругового цилиндра и установлены попарно симметрично относительно диаметральной плоскости сечения кругового цилиндра, через которую проходит вектор средней скорости движения носителя, а на выходе блока вычисления формируется обобщенный сигнал U системы преобразователей скорости в электрический сигнал, который определяется зависимостью

где U₁, U₂, U₃, U₄ - напряжения на выходах первого, второго, третьего и четвертого преобразователей скорости;

φ₁ - двугранный угол между плоскостью симметрии и диаметральной плоскостью, проходящей через первый преобразователь скорости, равный углу между плоскостью симметрии и диаметральной плоскостью, проходящей через симметричный ему четвертый преобразователь скорости;

φ₂ - двугранный угол между плоскостью симметрии и диаметральной плоскостью, проходящей через второй преобразователь, равный углу между плоскостью симметрии и диаметральной плоскостью, проходящей через симметричный ему третий преобразователь 3, кроме этого, блок классификации аномалий содержит два элемента сравнения, трехвходовый элемент И, RS-триггер, два D-триггера, два регистра сдвига, постоянное запоминающее устройство, два элемента задержки и блок индикации, содержащий четыре инвертора, два светодиода и два резистора, при этом входы первого и второго элементов сравнения, объединенных между собой, образуют информационный вход блока классификации аномалий, выход «меньше» первого элемента сравнения и выход «больше» второго элемента сравнения соединены соответственно с первым и вторым входами трехвходового элемента И, третий вход которого, а также вход второго инвертора блока индикации и информационный вход первого регистра сдвига соединены с выходом RS-триггера, первый вход которого образует вход записи блока классификации аномалий, а второй вход соединен с выходом первого регистра сдвига, вход записи которого, соединенный с входом записи первого D-триггера и входом первого элемента задержки, образует тактовый вход блока классификации аномалий, информационный вход первого D-триггера соединен с выходом трехвходового элемента И, а выход - с информационным входом второго регистра сдвига, вход записи которого соединен с выходом первого элемента задержки, который через второй элемент задержки соединен с входом записи второго D-триггера, информационный вход которого соединен с выходом постоянного запоминающего устройства, адресные входы которого соединены с выходами разрядов второго регистра сдвига, выход второго D-триггера соединен с входом первого инвертора блока индикации, выход которого и выход второго инвертора через соответствующие светодиоды и резисторы (R1, R2) соединены с шиной питания, а также соединены с входами третьего и четвертого инверторов, выходы которых образуют выход блока классификации аномалий, являющийся выходом устройства для распознавания аномалий.

Сущность изобретения поясняется чертежами, на которых изображены:

на фиг.1 - структурно-функциональная схема устройства;

на фиг.2 - схема, поясняющая взаимное расположение преобразователей скорости;

на фиг.3 - структурно-функциональная схема преобразователя скорости в электрический сигнал;

на фиг.4 - структурно-функциональная схема блока управления;

на фиг.5 - функциональная схема блока классификации аномалий;

на фиг.6 - временная диаграмма работы устройства управления.

На фиг.1 структурно-функциональной схемы устройства для распознавания аномалий приняты следующие обозначения:

1, 2, 3, 4 - первый, второй, третий и четвертый преобразователи скорости в электрический сигнал (далее по тексту - преобразователь скорости), структурная схема которых представлена на фиг.3,

5 - блок вычисления,

6 - полосовой фильтр,

7 - квадратор,

8 - блок усреднения,

9 - блок управления, структурная схема которого представлена на фиг.4,

10 - блок памяти,

11 - пороговый блок,

12 - блок классификации аномалий, структурная схема которого представлена на фиг.5,

13 - блок формирования порогового уровня,

14 - вход сигнала скорости носителя,

15 - выход устройства.

Согласно фиг.1 входы синхронизации преобразователей 1-4 скорости в электрический сигнал соединены между собой, а их выходы подключены к соответствующим входам блока 5 вычисления, к выходу которого подключены последовательно соединенные полосовой фильтр 6, квадратор 7 и блок 8 усреднения. К выходу блока 8 усреднения подключены информационные входы блока 12 классификации аномалий, порогового блока 11 и блока 13 формирования порогового уровня, выход которого соединен с входом записи порогового блока 11, выход которого соединен с входом записи блока 12 классификации аномалий.

Вход блока 9 управления образует вход 14 устройства для распознавания аномалий по сигналу скорости движения носителя, который через первый выход блока 9 управления передается на вход блока 10 постоянной памяти. Первый и второй выходы блока 10 постоянной памяти соединены соответственно с входом регулировки полосы пропускания полосового фильтра 6 и входом регулировки постоянной времени блока 8 усреднения, тактовые входы которых соединены соответственно с третьим и четвертым выходами блока 9 управления, а входы записи, соединенные с тактовым входом блока 5 вычисления, подключены ко второму выходу блока 9 управления. Пятый и шестой выходы блока 9 управления подключены соответственно к управляющему входу блока 13 формирования порогового уровня и к тактовому входу блока 12 классификации аномалий, выход которого образует выход 15 устройства для распознавания аномалий.

Преобразователи 1-4 скорости размещены заподлицо с наружным обводом корпуса носителя, который имеет в области расположения преобразователей форму кругового цилиндра с образующей, ориентированной перпендикулярно направлению движения носителя (см. фиг.2). При этом все преобразователи располагаются по дуге окружности в одной плоскости, которая является плоскостью поперечного сечения кругового цилиндра, и регистрируют касательную скорость течения в месте своего расположения. Кроме этого, преобразователи 2, 1, и преобразователи 3, 4 расположены попарно симметрично относительно диаметральной плоскости сечения кругового цилиндра, через которую проходит вектор V средней скорости движения носителя.

Для повышения точности измерений каждый из преобразователей 1 - 4 содержит чувствительный элемент (датчик скорости) 16, выходной сигнал которого оцифровывается аналого-цифровым преобразователем 17, выход которого соединен с микроконтроллером 18. Тактовые входы-выходы микроконтроллеров преобразователей 1-4 соединены между собой, а выходы микроконтроллеров образуют выходы преобразователей 1-4.

Блок 5 вычислителя, выполненный на основе микропроцессорного блока, производит объединение сигналов преобразователей в соответствии с зависимостью (2), что обеспечивает нечувствительность выходного сигнала U системы преобразователей к вибрациям и неравномерности хода носителя. Компенсация указанных помех основана на использовании физических свойств поля скорости течения на поверхности цилиндрического тела при его движении в жидкости.

Полосовой фильтр 6 выполнен с возможностью регулировки полосы пропускания и может быть выполнен по одной из известных схем, реализующих принцип цифровой фильтрации сигналов [3, 4]. Входом перестройки полосы пропускания фильтра является вход регистра, в который по сигналу записи записываются значения коэффициентов из блока 10 памяти, определяющих полосу пропускания, соответствующую текущей скорости носителя.

Блок 8 усреднения представляет собой сглаживающее цифровое устройство, работающее, например, в соответствии с разностным уравнением первого порядка:

где α - коэффициент, определяющий постоянную времени усреднения τ=1/α (секунд); x_n - сигнал на входе блока 8; y_n - сигнал на выходе блока 8.

В соответствии с зависимостью (3) блок 8 усреднения представляет собой простейшее вычислительное устройство, состоящее из умножителей, сумматора и элемента задержки на один период тактовой частоты.

Блок 9 управления выполнен в соответствии со схемой, представленной на фиг.4, на которой обозначены:

19 - регистр,

20 - генератор тактовых импульсов,

21 - счетчик,

22 - 29 - дешифраторы,

30 - 34 - триггеры.

Согласно фиг.4 входом 14 блока 9 управления является вход регистра 19, выход которого образует первый выход блока 9 управления, а вход синхронизации соединен с выходом дешифратора 23. Входы дешифраторов 22-29 соединены с выходами счетчика 21, вход синхронизации (счетный вход) которого соединен с выходом генератора 20 тактовых импульсов, а вход сброса соединен с выходом дешифратора 22.

Выход дешифратора 24 соединен с S-входом триггера 30, R-вход которого и S-вход триггера 31 соединены с выходом дешифратора 25. Выход дешифратора 26 соединен с R-входом триггера 31 и S-входом триггера 32, R-вход которого и S-вход триггера 33 соединены с выходом дешифратора 27. Выход дешифратора 28 соединен с R-входом триггера 33 и с S-входом триггера 34, R-вход которого соединен с выходом дешифратора 29.

Выходы триггеров 30-34 образуют выходы со второго по шестой блока 9 управления.

Блок 12 классификации аномалий выполнен в соответствии со схемой по фиг.5, на которой обозначены:

35, 36 - первый и второй элементы сравнения,

37 - трехвходовый элемент И,

38 - РS-триггер,

39 - первый D-триггер,

40 - второй регистр сдвига,

41 - постоянное запоминающее устройство,

42, 43 - первый и второй элементы задержки,

44 - второй D-триггер,

45 - первый регистр сдвига,

46 - блок индикации,

47 - 50 - инверторы с первого по четвертый, соответственно,

R1, R2 - резисторы,

D1, D2 - светодиоды.

Согласно фиг.5 входы первого и второго элементов 35, 36 сравнения, объединенных между собой, образуют информационный (первый) вход блока 12 классификации аномалий. Выход «меньше» первого элемента 35 сравнения и выход «больше» второго элемента 36 сравнения соединены соответственно с первым и вторым входами трехвходового элемента И 37, третий вход которого, а также вход второго инвертора блока индикации и информационный вход первого регистра 45 сдвига соединены с выходом RS-триггера 38, первый вход (S-вход) которого образует вход записи блока 12 классификации аномалий, а второй вход соединен с выходом первого регистра 45 сдвига.

Вход записи первого регистра 45 сдвига, соединенный с входом записи первого D-триггера 39 и входом первого элемента 42 задержки, образует тактовый вход блока 12 классификации аномалий.

Информационный вход первого D-триггера 39 соединен с выходом трехвходового элемента И 37, а выход - с информационным входом второго регистра 40 сдвига, вход записи которого соединен с выходом первого элемента 42 задержки, который через второй элемент 43 задержки соединен с входом записи второго D-триггера 44, информационный вход которого соединен с выходом постоянного запоминающего устройства 41, адресные входы которого соединены с выходами разрядов второго регистра 41 сдвига.

Выход второго D-триггера 44 соединен с входом первого инвертора 47 блока индикации, выход которого и выход второго инвертора через соответствующие светодиоды (D1, D2) и резисторы (R1, R2) соединены с шиной питания, а также соединены с входами третьего и четвертого инверторов 49, 50, выходы которых образуют выход блока 12 классификации аномалий и выход 15 устройства для распознавания аномалий.

На фиг.6 временных диаграмм работы блока 9 управления обозначены:

51 - сигнал записи в регистр 19 с выхода дешифратора 23;

52 - значение кода скорости носителя на выходе регистра 19 (первом выходе) блока 9 управления:

53 - сигнал записи в полосовой фильтр 6 и блок 8 усреднения, формируемый на выходе триггера 30 (втором выходе блока 9 управления);

54 - тактовые импульсы на выходе триггера 31 (третьем выходе блока 9 управления);

55 - тактовые импульсы на выходе триггера 32 (четвертом выходе блока 9 управления);

56 - сигнал записи в блок 13 формирования порогового уровня, формируемый на выходе триггера 33 (пятом выходе блока 9 управления);

57 - тактовые импульсы на выходе триггера 34 (шестом выходе блока 9 управления).

Предлагаемое устройство работает следующим образом.

Управление работой устройства обеспечивается блоком 9 управления.

Носитель, например надводный корабль, или обитаемый подводный аппарат, осуществляет перемещение в исследуемой акватории преобразователей 1-4 скорости в электрический сигнал.

В преобразователях 1-4 (фиг.1) сигналы от датчиков 16 скорости оцифровываются аналого-цифровыми преобразователями 17, управляемыми микроконтроллерами 18. Работа преобразователей синхронизирована линией тактовой синхронизации. Вся обработка информации в предлагаемом устройстве производится в цифровой форме.

Выходные сигналы преобразователей 1-4 поступают в блок 5 вычислителя, где производится обработка информационных сигналов по формуле (2). После обработки в блоке 5 сигнал, свободный от вибрационных помех, фильтруется, возводится в квадрат и усредняется блоками 6, 7, 8. Сигнал, пропорциональный энергии турбулентных пульсаций, поступает на первый вход блока 12 классификации аномалий, а также на информационные входы порогового блока 11 и блока 13 формирования порогового уровня.

В блоке 13 производится адаптивное формирование порога в зависимости от статистических характеристик турбулентных пульсаций естественного фона для данного района по правилу

где m_а и σ_a - математическое ожидание и среднее квадратическое значение сигнала на выходе блока 8 усреднения;

K₁ и K₂ - коэффициенты, значения которых зависят от акватории.

При превышении адаптивного порога на выходе порогового блока 11 появляется сигнал, свидетельствующий о наличии аномалии в исследуемой морской среде. В блоке 12 производится классификация аномалий на аномалии естественного и техногенного происхождения. При выделении аномалии техногенного или естественного происхождения в блоке 12 загорается световая индикация и на его (выходе 15 устройства для распознавания аномалий) появляется сигнал в виде двухразрядного числа, значения которого соответствуют виду выделенной аномалии.

В предлагаемом устройстве для повышения эффективности выделения аномалий производится перестройка полосы пропускания полосового цифрового фильтра 6 и постоянной времени блока 8 усреднения в зависимости от скорости движения носителя. Цифровой сигнал скорости носителя поступает на вход 14 предлагаемого устройства, записывается в регистр 19 блока управления 9, оттуда поступает с первого выхода блока управления 9 на адресный вход блока 10 постоянной памяти. В ячейках блока 10 памяти хранятся значения коэффициентов полосового фильтра 6 и блока 8 усреднения, определяющие ширину полосы пропускания полосового фильтра 6 и постоянную времени усреднения блока 8. Значение кода скорости, поступающего из блока 9 управления, является адресом блока постоянной памяти. Значения коэффициентов, записанные в соответствующую адресную ячейку блока 10 постоянной памяти, с выходов разрядов постоянной памяти по сигналу записи, поступающему со второго выхода блока 9 управления, записываются в регистры коэффициентов полосового фильтра 6 и блока усреднения 8. Этот же управляющий сигнал является тактовым сигналом, определяющим моменты записи информации от преобразователей 1-4 в блок 5 вычислителя.

Принцип формирования управляющих сигналов блоком 12 управления для всех блоков предлагаемого устройства следующий.

Генератор 20 тактовых импульсов (см. фиг.4) формирует исходную тактовую последовательность импульсов. Тактовые импульсы поступают в счетчик 21, к выходам разрядов которого подключены дешифраторы 22-29, срабатывающие последовательно в моменты времени, соответствующие определенному числу импульсов, подсчитанных счетчиком 21. Сигналы, формируемые дешифраторами 24-28, поступают на S-входы триггеров 30-34 и вызывают их срабатывание, при этом на выходах соответствующих RS-триггеров 30-34 формируются сигналы логической единицы (высокий уровень). Сигналы, формируемые дешифраторами 25-29, поступают на R-входы триггеров 30-34 и переводят их в состояние логического нуля (низкий уровень). В результате на выходах триггеров 30-34 и, соответственно на выходах блока 9 управления со второго по шестой формируются управляющие импульсы в соответствии с временными диаграммами (диаграммы 53-57), представленными на фиг.6. Первым из дешифраторов срабатывает дешифратор 23, по сигналу которого производится запись значения скорости носителя в регистр 19 (диаграммы 51 и 52 на фиг.6). Последним срабатывает дешифратор 22, по сигналу которого происходит установка в ноль счетчика 21, и цикл формирования управляющих сигналов на данном периоде повторения заканчивается, после чего происходит формирование управляющих сигналов для очередного периода управления и т.д.

Как указывалось выше, сигнал со второго выхода блока 9 управления (диаграмма 53 на фиг.6) обеспечивает запись информации от преобразователей в блок 5 вычислителя и запись коэффициентов в полосовой фильтр 6 и блок 8 усреднения, сигналы с третьего и четвертого выходов блока управления 12 (диаграммы 54 и 55 на фиг.6) являются тактовыми импульсами для работы полосового фильтра 6 и блока усреднения 8, а сигналы с пятого и шестого выходов блока управления 9 - тактовыми импульсами для блока 13 формирования порога и блока 12 классификации аномалий (диаграммы 6 и 7).

Классификация аномалий блоком 12 на аномалии естественного и техногенного происхождения основывается на различиях в диапазоне энергетических уровней и диапазонах длительностей аномалий. Классификация в блоке 12 производится следующим образом.

Анализируемый сигнал с выхода блока 8 усреднения поступает на элементы 35 и 36 сравнения. Сигнал, свидетельствующий о превышении этим же сигналом аддитивного порога, поступает через вход записи (второй вход) блока 12 на RS-триггер 38. Наличие сигнала логической единицы на S-входе триггера 38 свидетельствует об обнаружении аномалии. Одновременное появление сигнала логической единицы на выходе «меньше» элемента 35 сравнения и на выходе «больше» элемента 36 сравнения означает, что аномалия попала в диапазон энергетических уровней, соответствующий техногенной аномалии, т.е. выполнилось только первое условие классификации техногенной аномалии. В этом случае на всех входах элемента И 37, а следовательно, и на выходе элемента И 37, действуют сигналы логической единицы. Для принятия решения о наличии техногенной аномалии необходимо, чтобы длительность наличия логической единицы, определяемая числом периодов тактовых импульсов, поступающих на третий вход 3 блока 12, лежала в диапазоне значений, соответствующему диапазону для техногенной аномалии. Проверка этого условия в блоке 12 выполняется следующим образом.

Сигнал логической единицы поступает с выхода элемента И 37 на информационный вход D-триггера 39, на тактовый вход которого поступают тактовые импульсы. Все время, пока на входе D-триггера 39 действует (без перерыва) сигнал логической единицы, на выходе триггера 39 и информационном входе регистра 40 сдвига также присутствует сигнал логической единицы. Этот сигнал вдвигается в регистр 40 тактовыми импульсами, поступающими на вход записи регистра 40 с выхода элемента 42 задержки. Регистр 40 сдвига имеет число разрядов, равное N+2, где N - максимальное значение длительности техногенной аномалии. Сигнал с выходов разрядов регистра 40 сдвига поступает на адресный вход постоянного запоминающего устройства 41. Появление в регистре сдвига 40 и на адресном входе постоянного запоминающего устройство 41 чисел в виде последовательности единиц, количество которых равно числу периодов тактовых импульсов, укладывающихся в диапазон длительностей техногенных аномалий, приводит к появлению сигнала логической единицы на выходе постоянного запоминающего устройства 41. Для этого в одном из выходных разрядов постоянного запоминающего устройства 41, подключенного к входу D-триггера 44, записана логическая единица по адресам, представленным числами N_н≤N≤N_в, где N_н и N_в - последовательности единиц с нулями по краям, причем число единиц лежит на границах от нижнего до верхнего значений диапазона длительностей аномалии так, что коды адресов имеют следующий вид: ; 0111…110…0, и т.д. .

Это обеспечивает запись сигнала логической единицы в D-триггер 44 по тактовому сигналу с элемента задержки 43 только при условии попадания длительности аномалий в диапазон, соответствующий техногенной аномалии. Сигналы с выходов триггеров 44 и 38 поступают в блок 46 индикации на инверторы 47 и 48. При выделении аномалии естественного происхождения на входе инвертора 47 сигнал логического нуля, а на входе инвертора 48 - сигнал логической единицы. В этом случае светится только светодиод D2. При выделении аномалии техногенного происхождения светятся светодиоды D1 и D2. Если на входе устройства - фоновый сигнал, то оба светодиода не горят. Сигналы о наличии аномалии техногенного или естественного происхождения поступают через инверторы 49 и 50 на выход блока классификации аномалий и выход 15 предлагаемого устройства. Цикл работы по классификации аномалии заканчивается после установки в ноль триггера 38 сигналом, поступающим с выхода регистра 45 сдвига 45, обеспечивающего задержку на время, необходимое для классификации обнаруженной аномалии. Наличие на двухразрядном выходе устройства двух сигналов логической единицы свидетельствует о выделении аномалии техногенного происхождения, наличие на одном из разрядов сигнала логического нуля, а на другом - сигнала логической единицы означает, что обнаружена аномалия естественного происхождения, наличие двух сигналов логического нуля - отсутствие аномалии (гладкий фон). Сигнал с выхода предлагаемого устройства поступает на корабельный индикатор общего назначения.

Таким образом, благодаря изменению характеристик полосового фильтра и блока усреднения в устройстве обеспечивается исключение зависимости эффективности обнаружения аномалий от скорости движения носителя, необходимая точность перестройки параметров достигается путем цифровой обработки сигналов.

Классификация аномалий на аномалии естественного и техногенного происхождения производится на основе их основных отличительных признаков - различий в диапазонах значений энергетических уровней и диапазонов длительностей аномалий. Т.к. конкретный диапазон значений техногенных аномалий зависит от энергетического уровня фоновой турбулентности, величина которого в свою очередь зависит от района плавания, времени года и гидрометеорологических характеристик, то в предлагаемом устройстве предусмотрено формирование адаптивного к фону порога обнаружения, что позволяет не только повысить вероятность обнаружения аномалий, но и исключить необходимость перестройки граничных значений энергетических диапазонов для выделения техногенных аномалий.

Размещение преобразователей заподлицо с обводами поверхности носителя позволяет исключить искажение гидродинамических характеристик набегающего потока и, тем самым, повысить точность измерений и определения обобщенного выходного сигнала системы преобразователей, который не зависит от вибраций и неравномерности хода носителя.

Промышленная применимость изобретения определяется тем, что предлагаемое устройство может быть изготовлено согласно приведенному описанию и чертежам на основе известных комплектующих изделий и известного технологического оборудования и использовано для обнаружения и распознавания аномалий в морской среде с подвижного носителя.

Список литературы

1. Патент РФ №2165623, МПК G01P 5/00, публикация 20.04.2001 г.

2. Патент РФ №2177622 на изобретение, МПК G01P 5/00, публикация 26.12.2001 г., прототип.

3. П. Рабинер, Б. Гоулд. Теория и применение цифровой обработки сигналов. Перевод с англ. Под ред. Ю.Н.Александрова. - М.: Мир. - 1978 г. - С.55, 56.

4. Авт.свид. СССР №1513475, МПК G06F 15/353, публикация 07.10.1989 г.

Изобретение относится к области исследования гидрофизических полей. Сущность: устройство содержит четыре идентичных преобразователя скорости в электрический сигнал, блок вычисления, полосовой фильтр, квадратор, блок усреднения, пороговый блок, блок классификации аномалий, блок постоянной памяти, блок формирования порогового уровня и блок управления. Преобразователи скорости в электрический сигнал размещены заподлицо с наружным обводом корпуса носителя. Корпус носителя в области расположения преобразователей имеет форму части кругового цилиндра, образующая которого ориентирована перпендикулярно направлению движения носителя. При этом преобразователи расположены в плоскости поперечного сечения кругового цилиндра и установлены попарно симметрично относительно диаметральной плоскости кругового цилиндра. Блок классификации аномалий содержит два элемента сравнения, трехвходовый элемент И, RS-триггер, два D-триггера, два регистра сдвига, постоянное запоминающее устройство, два элемента задержки и блок индикации, содержащий четыре инвертора, два светодиода и два резистора. Технический результат: повышение эффективности обнаружения турбулентных аномалий в морской среде с возможностью распознавания типа аномалий. 6 ил.

Устройство для распознавания аномалий в морской среде с подвижного носителя, содержащее четыре идентичных преобразователя скорости в электрический сигнал, соединенных с соответствующими входами блока вычисления, к выходу которого подключены последовательно соединенные полосовой фильтр, квадратор, блок усреднения и пороговый блок, отличающееся тем, что в него введены блок классификации аномалий, блок постоянной памяти, блок формирования порогового уровня и блок управления, входом которого является вход сигнала скорости носителя, передаваемого через первый выход блока управления на адресный вход блока постоянной памяти, соответствующие выходы которого подключены к входу регулировки полосы пропускания полосового фильтра и входу регулировки постоянной времени блока усреднения, второй выход блока управления соединен с входами записи блока вычисления, полосового фильтра и блока усреднения, тактовые входы полосового фильтра и блока усреднения соединены соответственно с третьим и четвертым выходами блока управления, пятый выход которого соединен с входом записи блока формирования порога, а шестой - с тактовым входом блока классификации аномалий, информационный вход которого и информационный вход блока формирования порогового уровня соединены с выходом блока усреднения, выход блока формирования порогового уровня соединен с входом записи порогового блока, выход которого подключен к входу записи блока классификации аномалий, а входы-выходы синхронизации преобразователей скорости в электрический сигнал соединены между собой, кроме этого, преобразователи скорости в электрический сигнал размещены заподлицо с наружным обводом корпуса носителя, который в области расположения преобразователей имеет форму части кругового цилиндра, образующая которого ориентирована перпендикулярно направлению движения носителя, при этом преобразователи скорости в электрический сигнал расположены в плоскости поперечного сечения кругового цилиндра и установлены попарно симметрично относительно диаметральной плоскости сечения кругового цилиндра, через которую проходит вектор средней скорости движения носителя, а на выходе блока вычисления формируется обобщенный сигнал U системы преобразователей скорости в электрический сигнал, который определяется зависимостью
,
где U₁, U₂, U₃, U₄ - напряжения на выходах первого, второго, третьего и четвертого преобразователей скорости;
φ₁ - двугранный угол между плоскостью симметрии и диаметральной плоскостью, проходящей через первый преобразователь скорости, равный углу между плоскостью симметрии и диаметральной плоскостью, проходящей через симметричный ему четвертый преобразователь скорости;
φ₂ - двугранный угол между плоскостью симметрии и диаметральной плоскостью, проходящей через второй преобразователь, равный углу между плоскостью симметрии и диаметральной плоскостью, проходящей через симметричный ему третий преобразователь, кроме этого, блок классификации аномалий содержит два элемента сравнения, трехвходовый элемент И, RS-триггер, два D-триггера, два регистра сдвига, постоянное запоминающее устройство, два элемента задержки и блок индикации, содержащий четыре инвертора, два светодиода и два резистора, при этом входы первого и второго элементов сравнения, объединенных между собой, образуют информационный вход блока классификации аномалий, выход «меньше» первого элемента сравнения и выход «больше» второго элемента сравнения соединены соответственно с первым и вторым входами трехвходового элемента И, третий вход которого, а также вход второго инвертора блока индикации и информационный вход первого регистра сдвига соединены с выходом RS-триггера, первый вход которого образует вход записи блока классификации аномалий, а второй вход соединен с выходом первого регистра сдвига, вход записи которого, соединенный с входом записи первого D-триггера и входом первого элемента задержки, образует тактовый вход блока классификации аномалий, информационный вход первого D-триггера соединен с выходом трехвходового элемента И, а выход - с информационным входом второго регистра сдвига, вход записи которого соединен с выходом первого элемента задержки, который через второй элемент задержки соединен с входом записи второго D-триггера, информационный вход которого соединен с выходом постоянного запоминающего устройства, адресные входы которого соединены с выходами разрядов второго регистра сдвига, выход второго D-триггера соединен с входом первого инвертора блока индикации, выход которого и выход второго инвертора через соответствующие светодиоды и резисторы соединены с шиной питания, а также соединены с входами третьего и четвертого инверторов, выходы которых образуют выход блока классификации аномалий, являющийся выходом устройства для распознавания аномалий.