Имитатор сигналов гидролокатора бокового обзора Советский патент 1985 года по МПК G01S7/40 

Изобретение относится к радиотех вике и может использоваться для ими тации гидролокационных сигналов, а также изображений на экране индика тора гидролокационного тренажера. Цель изобретения - расширение функциональных возможностей путем имитации сигналов тенеграфического изображения протяженных искусственных и естественных объектов. На фиг. 1 представлена структурная электрическая схема предложенного имитатора; на фиг, 2 - времен;ные диаграммы, поясняющие его работ |на фиг. 3 - временные диаграммы, по ясняклдие работу двухпорогового компа ратора; на фиг. 4 - имитируемые сигн лы, и формируемое ими тенеграфическое изображение дна и объектов лоции. Имитатор содержит генератор 1 тактовых импульсов, делитель 2 частоты, первый и второй генераторы 3 и 4 П1шообразного напряжения, генератор 5 шума, узкополосный фильтр 6, пороговый блок 7, сумматор 8, первый формирователь 9 селектирующего импульса кадра, первый ключ 10, первый двухпороговый компаратор 11, масштабные усилители 12 и 13, второй формирователь 14 селектирующего импульса кадра, второй ключ 15, второй двухпороговый компаратор 16, генераторы 17 и 18 опорных колебаний Имитатор работает следующим образом. Генератор 1 тактовых импульсов, предназначенный для синхронизации работы всего имитатора, формирует периодическую последовательность коротких прямоугольных импульсов ) (фиг. 2 а) с периодом следования Т, равным периоду следования (повторения) зондирующих импульсов гидролокатора бокового обзора (ГБО) Те 2D/C , где С - скорость звука в воде, принимаемая в расчетах обычно равной 1500 м/с; D - дальность действия (вви ду малой скорости распростра нения звука в воде по сравнению со скоростью распространения электромагнитных колебаний в атмосфере 3 -10 м/с значение периода следования тактовых импульсов для ГБО намного превосходит соответствующее значение для . РЛ.С и находится в пределаз от десятых долей секунд до единиц секунд (при D 150 м, Т 0,2 с). Импульсная последовательность и. (t) с частотой F 1/Т. поступает с выхода генератора 1 на вход делителя 2 частоты, который формирует последовательность U (t) (фиг. 2 б), частота 7 следования импульсов в которой уменьшается в п раз (Ь F(n), а период Т соответственно увеличивается в Т- п-Т. Значение п определяет число имитируемых зондирований дна ГБО, ина- че число строк в растре (кадре ) имитируемого тенеграфического изображения. Так как при боковом .обзоре луч антенны гидролокатора направлен перпендикулярно направлению носителя, то зона обзора представляет собой полосу шириной D, параллельную траектории судна-носителя, и, следовательно, производится растровый об зор дна в прямоугольной системе координат - наклонная (или горизонтальная ) дальность (х) и путевая дальность (у). За период Т, носитель перемещается на расстояние: -:pгде V - скорость носителя, устанавливаемая обычно так, чтобы за период Т|, следования зон дирующего импульса перемещение носителя происходило на величину ду, численно равную размеру элемента разрешения локатора в направлении курса (ось у) Следовательно, величины Т и п, арактеризующие протяженность обслеований полосы дна, определяют разер растрового изображения (иначе адра-) исследуемого пространства в аправлении курса. Генератор 3, запускаемый импульсами U2(t) с выхода делителя 2 частоты, формирует линейно изменяющееся т.е. пилообразное напряжение U(t) (фиг. 2 в). Это напряжение поступат на входы блоков 9, 12, 13 и 14. Второй генератор 4 пилообразного напряжения, запускаемый импульсами и(t) с выхода генератора i тактовых импульсов, формирует линейно изменяющееся напряжение U(t) {фиг. 2 г) с периодом повторения . Оно поступает на входы ключей 10 и 15. Генератор 5 шума формирует на Выходе нормальный широкополосный (белый) шум Ur-(t) (фиг. 2 д) который, пройдя через узкополосный фильт 6, соответственно ограничивается по ширине, спектра (иначе, окрашивается К В результате этого колебание Uf(t) (фиг. 2 е) на выходе узкополосного фильтра 6 представляет собой амплитудно-модулированное колебание со случайной и медленно изменяющейся амплитудой, т.е. огибающе Скорость изменения огибающей (интервал корреляции ) прямопропорционально зависит от полосы пропускания фильтра, которая может регулироваться изменением активного сопротивления фильтра, например, с помощью перемен него резистора, подключенного параллельно выходу узкополосного фильтра. В пороговом блоке 7 напряжение |Ug (t) подвергается пороговой обработ ке , т.е. сравнивается с порогом U. В результате формируется напряжение U(t) (фиг. 2 ж), равное уровню 1 всякий раз, если разность напряжений U(t) - и положительна, т.е-. при и ( ивЬ,хС)7) О при )-U/0 Пороговый блок 7, реализуетсяв виде компаратора на базе операционного усилителя, на инвертирующий вход которого заведено пороговое (опорное напряжение U, а на неинвертирующий вход, являющийся входом порогового блока, поступает напряжение и (t), с выхода узкополосного фильтра 6. Напряжение U, подводимое со среднего вывода потенциометра, подключенного крайними выводами к источнику питания Е , может регулироваться . Таким образом, блоки 5-7 формируют случайное чередование коротких импульсов в каждой посыпке (строке, что имитирует отражение зондирующего сигнала от дна в обратном направлении (донную реверберацию J. Совокуп- ность из п строк имитирует растровое двухградационное (О и 1 изображение зондирующей поверхности (поз 19 на фиг. 4). Посредством указанных регулировок можно задать структуру чередования О и 1 (т.е. зашумленности ) растра и, следовательно, структуру имитируемой донной поверхности (илистая, песчаная, каменистая и т. п. ). Блоки 9-13 предназначены для генерации пачки видеоимпульсов с постоянной либо с изменяющейся по линейному закону длительностью для имитации сигналов ГБО в тракте формирования тенеграфического изображения искусственных протяженных донных и придонных объектов (поз. 20 на фиг. 4 /. Формирователь 9 селектирующего импульса кадра предназначен для зада- ния протяженности Г указанной пачки видеоимпульсов и ее задержки tj,. т.е. расположения на интервале СО, ТцJ, и реализуется, например, в виде двухпорогового компаратора типового сдвоенного компаратора, состоящего из двух однопороговых компараторов. Напряжение U. (t)поступает на неинвертирующий вход первого компаратора и инвертирующий вход второго компаратора (т. инверсно) через резистивные делители К.и R . На инвертирующий вход первого компаратора и неинвертирующий вход второго компаратора заведены опорные напряжения Ujj и и (J 2 соответственно через свои резистивные делители. Каждое из этих напряжений снимается со среднего вывода соответствующего по тенциометра, пoдkлючeннoгo к источнику питания. В результате на выходе формирователя 9 формируется напряжение Ua(t) (фиг. 2 и), равное уровню 1 всякий раз, когда входное напряжение Ug(t) Uj(t) находится между порогами Uj,. и U .j (фиг. 2 з) т.е. ..), ....г n.-, . п.о.1ЛгЛ Середина и ширина окна дискриминации и, следовательно, величины зк к Р У- Ируются соответствен но напряжениями U Up с помощью потенциометров. Импульс Uj(t) подается на управляющий вход аналогового ключа 10 и открывает его на время С . Напряже ние U,(t) с входа ключа, поступающе с второго генератора 4 пилообразног напряжения, проходит на его выход только в течение времени €« , т.е. в виде и (t) (фиг. 2 к), и поступает далее на вход двухпорогового компаратора II. Двухпороговый компаратор 11 пред назначен для выработки за время С пачки из m видеоимпульсов прямоугол ной формы. Он реализуется аналогичн блоку 9. Однако на первый и второй пороговые входы (соответственно под ключенные через резисторы R и R), инвертирующий вход первого компаратора 11 и неинвертирующий вход второго компаратора 16 подаются не только свои постоянные опорные напр жения Ug и и J, , как это было в фо мирователе 9, но и линейно изменяющиеся напряжения UQ(t) и Upj(t) (фиг. 3 а) с периодом Т,. В результате пороговые значения изменяются во времени по линейному закону (фиг. З.а), а именно при R, R имеем: n..4. .,2 о.--и„,.ц,а); с.,( Входное напряжение Ugj (t) U сравнивается с этими порогами,,и на выходе двухпорогового компаратора формируется напряжение U (t), равн 1 когда входное напряжение находится между порогами TJ (t) и .U.2(t) (фиг. 36). Таким образом, выходное напряжен и. (t) представляет собой пачку из m импульсов прямоугольной формы с изменяющимися задержкой tj| (где i I,2,...,m I, m) относительно начала каждого из периодов длительност-ю .i При этом начальны величины tjj определяются напр жениями и и Uo2 а. последующие приращения от импульса к импульсу амплитудами пилообразных напряжений Ug(t) и Vg(ty, поступающих с выходов масштабных усилителей 12 и 13. На вход каждого из масштабных усилителей 12 и 13 подается линейно изменяющееся напряжение Uj (t) с выхода первого генератора 3 пилообразного напряжения. Первый масштабный усилитель 12, реализуемый в виде дифференциального усилителя, формирует на первом выходе пилообразное нарастающее напряжение, а на втором выходе - пилообразное убывающее (инвертированное) напряжение. Оба выхода подключены к потенциометру, со среднего вывода которого снимается выходное напряжение U i(t) . Ам плитуда ( масштаб ) и знак приращений (нарастание или убывание ) этого напряжения задаются движком потенцио- метра. Аналогично выполнен и работает масштабный усилитель 13, на выходе которого формируется линейно изменяющееся напряжение Ug2(t). Таким образом, блоки 9-13 вырабатывают пачку видеоимпульсовi имитирующих сигналы (в ГБО } от зоны акустической тени за искусственным протяженным объектом локации, формирующие на регистраторе ГБО тенеграфическое изображение в простейшем случае в виде параллеллограмма для донных протяженных объектов простых геометрических форм (круговых и эллиптических цилиндров, брусков, плит, призм и т.п. ) или в более общем случае в виде четырехугольника с относительно прямолинейными границами - для придонных объектов указанных форм, когда один из концов объекта отстоит от дна, например, в случае полузатонувших при лесосплаве бревен. Применительно к тенеграфическому изображению указанных объектов (.поз. 20 на фиг. 4J опорные напряжения Ug,-, и U о,г формирователе 9 определяют смещение и размер изображения по оси у ( т.е. по кадру), что характеризует путевую дальность и протяженность объекта в направлении курса носителя ГБО, опорные напряжения в компараторе 11 определяют смещение и протяженность изображения по оси х

(т.е. по строке ), что характеризует наклонную дальность объекта и его поперечные размеры, и, наконец, напряжения Uo(t) и Uo2(t) - углы наклона оС и непараллельность fb ближней и дальней границ изображени определяющие соответственно ракурс объекта и угол наклона придонного объекта к плоскости дна.

Блоки 14-18 вырабатьшают пачку видеоимпульсов для имитации сигналов тенеграфического изображения естественных донных объектов или локальных неоднородностей дна (поз. 2 на фиг. 4 ). :

Работа блоков 14-16 аналогична работе соответствующих блоков 9-1 1 ввиду их идентичности. Отличие лишь в том, что на первый и второй пороговые входы двухпорогового компаратора 16 подаются нелинейно изменяющиеся напряжения с генераторов 17 и 18 опорных колебаний.Как отмечалось, в простейшем случае это могут быть низкочастотные RC-генераторы гармонических колебаний. Параметры этих колебаний - частота и амплитуд могут быть установлены с помощью регулируемых частотозадающик резисторов и потенциометров на выходе генератора. Эти параметры определяют

законы изменения параметров t и сГ,. . , а потому могут быть получены пачки видеоимпульсов, имитирующие тенеграфические изображения различной заданной конфигурации. В более общем случае в качестве блоков I6 и 17 могут быть использованы низкочастотные генераторы случайного процесса (шума I, что еще более расширяет функциональные возможности блоков 1418.

Сигналы с выходов порогового блока 7 и двухпороговых компараторов 11 и 16 поступают соответственно на первый, второй и третий входы сумматора В. Регулирующий сигнал ) (фиг. 4 а) объединяет поступающие сигналы и имитирует сигналы ГБО в тракте формирования гидролокационного тенеграфического изображения дна, лротяженных искусственных и естественных объектов 1ти локальных неоднородностей дна (фиг. 46).

Все потенциометры, входящие в состав отдельных блоков и предназначенные для первоначальной установки заданных параметров имитируемых сигналов , для удобства регулировки и расширения некоторых функциональных возможностей имитатора могут быть объединены на пульте (управления).

ИМИТАТОР СИГНАЛОВ ГИДРОЛОКАТОРА БОКОВОГО ОБЗОРА, содержащий последовательно соединенные генератор тактовых импульсов, делитель частоты и первый генератор пилообразного напряжения, последовательно соединенные генератор шума и узкополосный фильтр, а также второй генератор пилообразного напряжения, вход которого соединен с выходом генератора тактовых импульсов, и сумматор, выход которого является выходом имитатора , отличающийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей имитатора путем имитации сигналов тенеграфического изображения протяженных искусственных и естественных объектов, в него введены пороговый блок, два формирователя селектирующего импульса кадра, два масштабных усилителя, два генератора опорных колебаний, последовательно соединенные первый ключ и первый двухпороговый компаратор и последовательно соединенные второй ключ и второй двухпороговый кoмпapa тор, причем выход узкополосного филь тра соединен через пороговый блок с первым входом сумматора, выходы первого и второго двухпороговых компараторов соединеНБЬ соответственно с вторым и третьим входами сумматора, выход первого генератора пилообраз ного напряжения соединен через первый и второй формирователи селекти(О рующего импульса кадра с управляющими входами соответственно первого и второго ключей и через первый и второй масштабные усилители - соответственно с первым и вторым опорными входами первого двухпорогового компаратора, выход второго генерато ра пилообразного напряжения соединен Од с входами первого и второго ключей, ю ч а выходы первого и второго генераторов опорных колебаний соединены соотСРд ветственно с первым и вторым опорными входами второго двухпорогового компаратора.

OJ

12 3

П

4

П П Ut,(l} Х ХухуУ Vs(b) Щ(1}

n

П

H-a Фив. ЛХАхЛхУ --. В

i.