Устройство для обнаружения импульсных эхо-сигналов,отраженных от дна водоема Советский патент 1984 года по МПК G01V1/38 

/Изобретение относится к разведоч ной геофизике и может быть использовано в аппг.ратуре, предназначенной для сейсмоакустических исследований структурных и литологических особенностей донных отложений на акватория

Известно устройство для определения моментов прихода акустических сигналов, содержащее приемник акустических сигналов, пороговое устройство и блок автоматического управления порогом pli,

Недостатком известного устройства является отсутствие в нем временной селекции акустических сигналов, в результате чего порог автоматически выставляется по метдающим сигналам/ отраженным от поверхности воды, корпуса судна, и рёверберационным помехам, уровень которых намного превышает амплитуду отраженного от -дна сигнала, особенно при малых коэффициентах отражения от грунта дна.

Известна также аппаратура для определения коэффициента отражения от морского дна, содержащая аи алогоцифровой преобразователь, блок управ ления и синхронизации, схему временной селекции, пороговую схему и . фильтр отраженного от дна сигнала, выход которого через усилитель соединен с входом аналого-цифророго преобразователя С2,

Недостатками данной аппаратуры являются необходимость непрерывного ручного слежения за уровнем шумов и упреждением временного окна в процессе работы, большая вероятность ошибочного приема отраженных от дна сигналов, особенно в случае действия коротких импульсных помех, так как фиксированный, задаваемый вручную порог срабатывания не связан с уровнем помех, предшествующих принимаемому отраженному сигналу. В случае, если величина указанного порога велика (значительно превышает уровень шумов), то возможен пропуск отраженного сигнала при уменьшении его амплитуды, вызванном изменением глубины или изменением коэффициента отражения .данного грунта. .Если величина порога близка к уровню шумов, то возможно преждевременное ложное срабатывание; пороговой схемы при флуктуа.циях-шума яда действии коротких импульсных помех. Кроме того, в устройстве отсутствует оптимизация процесса установки ьшрины упреждающего окна, так как, если установить малую цмрину упрехдающего окна, то возможна потеря отраженного от дна сигнала при резком уменьшении глубины водоема. Если установить ширину упреждающего временного окна на максимально возможную скорость изменения глубины водоема, то теряется С14а1сл временной селекции, так как

на схему выделения отраженного от цна сигнала будут воздействовать по-мехи и хвост излученного сигнала в течение большого временного интервала, что снижает отношение сигнал/ шум и повышает вероятность сбоев аппаратуры.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство для определения моментов прихода отраженных от дна сигналов, содержащее блок управления, формирователь упреждения, схему временной селекции и формирователь времени анализа Шума, соединенные последовательно, пороговую схему и аналогоцифровой преобразователь, сигнальный выход которого является входом устройства, выход соединен с сигнальным входом пороговой схемы, а управляющий вход - с вторым входом схемы вре.менной селекции и с вторым выходом блока управления, первый вход которого является управляющим входом устройства С31.

Недостатком устройства является большая вероятность ошибочного приема импульсных эхо-сигналов, отраженных от дна водоемов при действии ко-, ротких импульсных помех, амплитуда Которых превышает уровень шумов в водной среде и амплитуду самого отраженного от дна сигнала. В этом случае при анализе шума вы|бираются пики (максимальные амплитуды) коротких импульсных помех и по ним устанавливаются пороги для обнаружения отраженных от дна сигналов, что приведет к пропуску эхо-сигнала.

Цель изобретения - повышение помехоустойчивости устройства путем снижения вероятности ошибочного приема импульсных эхо-сигналов, отраженных от дна водоема при действии коротких импульсных помех.

Указанная цель достигается тем, что в устройство для обнаружения импульсных эхо-сигналов, отраженных от дна водоема, включак)щее блок управления, формирователь упреждения, схему временной селекции и формирователь времейя анализа шумов., соедиНеияые но.с:|г е;щ : ;а ельно, пороговую схему и ай-аз1©ро-да ов0й преобразователь, оигйаяьйый вход которого, является входом устройства, выход соединен с сигнальным входом пороговой схеMbi, а управляющий вход - с вторым входом схемы временной селекции и с вторым выходом блока управления, первый вход которого является управляющим входом устройства, дополнительно введены цифровой согласованный фильтр два блока задержки кодов, два селектора, преобразователь код-напряжение, схема определения сбоев и схема логического анализа, причем выход последней я Вляется управляющим выходом устройства и соединен с вторым входом блока управления, а первый и второй входы - с выходами соответствующих селекторов, вход первого селектора соединен с входом первого и выходом второго блоков задержки кодов, сигнальный вход последнего подключен к выходу аналого-цифрового преобразов 4ёля и сигнальному входу цифрового согласованного фильтра, выход которо го соединен с входами второго селек тора и преобразователя код-напряжени выход последнего является аналоговым выходом устройства, вход фор трователя времени анализа шумов через управляющий вход пороговой схемы соединен с первым управляющим входом цифрового согласованного фильтра, а выход - с третьим входом блока упра ления, первый йыход которого среди- .нен с управляющими входами второго блока задержки кодов и обоих селекто ров, с вторым управляющим входом циф рового согласованного фильтра и с пе вым входом схемы определения сбоев, второй вход- которой подключен к выход схемы временной селекции, а выход к второму входу формирователяупреждения, выход первого блока задержки кодов является цифровым выходом устройства. На чертеже представлена структур ная схема устройства для обнаружения импульсных Эхо-сигналов, отраженных от дна водоема. Устройство обнаружения импульсных эхо-сигналов содержит блок 1 управле ния, формирователь 2 упреждения, схему. 3 временной селекции, формирователь 4 времени анализа шума, порогочую схему 5, аналого-цифровой преобразователь 6, цифровой согласованный филвтр 7, первый блок 8 задержки кодов, второй блок 9 задержки кодов первый и второй селекторы 10- и 11, преобразователь 12 код-напряжение, схему 13 определения сбоев и схему 14 логического анализа. Первый выход блока 1 управления через фортрователь 2 упреждения и схему -3 временной селекции подключен к управляющему входу пороговой схемы 5 и к входу формирователя 4 времени анализа шума, выход последней подключен к третьену входу блока 1 управления, второй выход которого со динен с вторым входом схемы 3 времен ной селекции и управляющим входом аналого-цифрового преобразователя 6 Выход последнего через сигнальный вход второго блока 9 задержки кодов подключен к входам первого блока 8 задержки кодов и первого селектора 10., а через сигнальный вход цифрового согласованного фильтра 7 - к входам второго селектора 11 и Преобразователя 12 код-напряжение, а также к сигнальному входу пороговой схемы Ъ. Управляющие входы второго блока 9 задержки кодов,- цифрового согласован ного фильтра 7 и первый вход схемы 13 определения сбоев подключенные к первому выходу блока 1 управления, второй вход которого соединен с выходом схемы 14 логического анализа. Первый и второй входы последней подключены к выходам соответствующих селекторов 10 и 11. Вход аналогоцифрового преобразователя б является входом устройства, третий вход блока 1 управления является управляющим входом устройства, выходы первого блока 8 задержки кодов и преобразователя 12 код-напряжение являются цифровым и аналоговым выходами устройства соответственно, а выход схемы 14 логического анализа является управляющим выходом устройства. Устройство обнаружения импульсных эхо-сигналов, отражённых от дна водоема, работает след ющим образом. Командный импульс от внешнего устройства, совпадаюйшй по времени с созданием зондирующего сигнала в водной среде, через управляющий вход устройства поступает в блок 1 управления, где по его переднему фронту формируются команда начальной установки и импульсы запуска схемы 3 временной селекции, аналого-цифрового преобразователя 6 и второго блока 9 задержки кодов. По команде начальной установки все элементы памяти устройства приводятся в исходное состояние. По импульсам запуска схема 3 временной селекции начинает формирование временных интервалов tJц.t - задержки до приема излученного сигнала и t. задержки до приема отраженного сигнала. По окончании каждого временного интервала в схеме формируются соответствующие импульсы Ujug и Ujp(j . Аналоговый сигнал от внешнего устройства подается на вход аналогоцифрового преобразователя 6, где по каждому импульсу запуска прои вадится выборка и преобразование текущего значения амплитуды входного сигнала в цифровые которые поступают через сигнальные входы в пороговую схему 5, цифровой согласованный фильтр 7 и в второй блок 9 задержки кодов. В пороговой схеме 5 по импульсу Мг,Д;1. / поступающему со схемы 3 временной селекции, производится сравнение цифровых кодов текущих значений амплитуд входного сигнала с предварительно, заданным кодом порога, при превышении которого формируется команда на разрешение, работы цифрового согласованного фильтра 7. По этой команде последний переходит в режим записи импульсной характеристики, длительность которой определяетсЯ|длительностью участка излучайного сигнала, используемого для согласованной фильтрации. По окончании записи импульсной характеристики цифровой согласованный фильтр 7 переходит в режим фильтрации входных сигналов. При этом энергия коротких импульсных помех при tui tux , распределяется по всему интервалу tyy, составляя тем самым малую долю энергии на выходе цифрового согласованного фильтра 7. Цифровые коды отфильтрованных сигналов поступают на второй селектор 11 и впреобразователь 12 код-напряжение, в последнем производится преобразование указанных кодов в аналоговый сигнал, который может использоваться для регистрации временного акустического разреза профиля и визуального контроля, Ц- Во втором блоке 9 задержки кодов импульс запуска, который разрешает работу этого блока, и цифровые коды задерживаются .на время Равное длительности импульсной характеристики цифрового согласованного фильтра 7 tu . Задержанные импульсы запуска и коды с второго блока 9 задержки кодов подаются на первый блок 8 задержки кодов и первый селектор 10. Блоки 8 и 9 задержки кодов выполнены по принципу сдвиговых регистров, в которых предусмотрена регулировка времени задержки кодов путем выбора необходимого числа элементов хранения кодов. Второй блок 9 задержки кодов необходим для компенсации в прямом канале задержки цифрового согласованного фильтра 7, а в первом блоке 8 задержки кодов время задержки t задается равным длительности фронта излученного сигнала, что дает возможность анализировать передний фронт отраженного сигнала после формирования команды об обнаружении сигнала.

По импульсу Ujjj., , который формируется в схеМе 3 временной селекции и подается в формирователь 4 времени анализа шума, в последнем вырабатывается импульс UQU длительностью tflni . Импульс UQJ с формирователя 4 времени анализа шума подается на бло 1 управления, который разрешает работу первого и второго селекторов 10 и 11, где за время ton определяются максимальные значения огибающих сигналов, которые в это время представляют чистый шум. По окончании Импульса Uau блок 1 управления переводит селекторы 10 и 11 в режим сравнения текущих значений амплитуд входных сигналов с порогами, значения которых пропорциональны максималным значениям огибающих входных сигналов, найденных за время, tqi , причем значения этих пррогов в первом 10 и в втором селекторах 11 различны, так как они определены по разным входным сигналам, в первом селекторе 10 - по задержанному, а во втором селекторе 11 - по отфильтрованному сигналам. При превышении порога в каждом из селекторов 10 к 11 вырабатывается импульс превышения порога, который через схему 14 логического анализа передается в блок 1 управления, где вырабатывается команда соответствующего селектора в режим поиска максимума входного сигнала. При определении максимума в каждом из селекторов 10 и 11 вырабатываются сигналы максимумов и передаюгся на схему 14 логического анализа, которая работает следующим образом. Сигналы, приходящие от первого селектора 10 не воспринимаются схемой до прихода сигнала от второго селектора 11, по которому в схеме 14 логического анализа формируется временной интервал to« - время ожидания сигнала от первого селектора 10. После этого по первому приходящему сигналу от первого селектора 10 в схеме логического анализа вырабатывается коЬшнда об обнаружении сигнала, Отра-J женного от дна водоема, которая постпает в блок 1 управления и выдается на внешние устройства через управляющий выход.

В случае, если за время t

от

OtH

первого селектора 10 не пришел сигнал максимум на схему 14 логического анализа, то последняя по окончани временного интервала tow: вьзрабатывает команду об обнаружении сигнала.

Блок 1 управления по указанной команде вырабатывает импульс формирователя 2 упреждения и импульс останова схемы 3 временной селекции, в которой в это время формируется временной интервал t,. . В формирователе 2 упреждения вырабатывагется временной интервал ЦПР и подается на схему 3 временной селекции, где он используется для формирования временного интервала t-i и импульса задержки до приема отраженного сигнала

Импульс задержки до приема отраженного сигнала UJQ формируется по окончании временного интервала, длительность которого найдена в предыдущем цикле.-работы устройства Если рассматривать i-й цикл работы . устройства, то цикле импульс Ujoj, вырабатывается по окончании временного интервала t и далеэ формируется временной интервал t время до момента вступления отраженного сигнала. По, окончании формирования от этого временного интервала отнимается значение временного интервала / вырабатываемого формирователем упреждения. Получен

УСТРОЙСТВО.ДЛЯ ОБНАРУЖЕНИЯ ИМПУЛЬСНЫХ ЭХО-СИГНАЛОВ, ОТРАЖЕННЫХ ОТ ДНА ВОДОЕМА, содержащее блок управления, формирователь упреждения, схему временной селекции и формирователь времени анализа шумов, соединенные последовательно, пороговую схему и аналого-цифровой преобразователь, сигнальный вход которого является входом устройства, выход соединен с сигнальным входом пороговой схемы, а управляющий вход - с вторым входом схемы временной селекции и с вторым выходом блока управления, . первый вход которого является управ- ляющим входом устройства, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения помехоустойчивости устройства путем снижения вероятности ошибочного приема импульсных эхо-сигналов при действии коротких импульсных помех, в него введены цифровой согла.сованный фильтр, два блока задержки кодов, два селектора, преобразователь код-напряжение, схема определения сбоев и схема логического анализа, причем выход последней является управляющим выходом устройства и соединен с вторым входом блока управления, а первый и второй входы - с выходами соответствующих селекторов, вход первого селектора соединен с входом первого и выходом второго блоков задержки кодов, сигнальный вход последнего подключен к выходу аналого-цифрового преобразователя и сигнальному входу цифрового согласованного фильтра, выход которого соединен с входами второго селектора и преобразователя код-напряжение, выход последнего является аналоговым выходом устройства, вход формирователя времени анализа шумов через управляющий вход пороговой схемы соединен с первым управляющим входом цифрового согласованного фильтра, а выход - с третьим входом блока управления, первый выход которого соединен с управляющими входами второго блока задержки кодов и. обоих селекторов, с вторым управляю цим входом цифрового согласованного фильтра и с первым входом сх мы определения сбоев, второй вход которой подключен к выходу схемы вре менной селекции, а выход - к втором входу формирователя упреждения, выход первого блока .задеожки колов является цифровым выходом устройства.