Устройство для классификации объектов по акустической жесткости Советский патент 1993 года по МПК G01S15/00 

Изобретение относится к области гидроакустики и может быть использовано в локационных системах для обнаружения и классификации объектов по их акустической жесткости.

Целью изобретения является увеличение дальности действия и повышение надежности классификации.

На чертеже представлена структурная схема устройства, где 1 синхронизатор; 2

- генератор радиоимпульсов с амплитудно- модулированным заполнением; 3 - индикатор; 4 - коммутатор прием-излучение; 5 - обратимый преобразователь; 6 - нелинейная среда; 7- объект; 8 - излученный сигнал накачки; 9 - отраженный сигнал накачки;

10- отраженная волна разностной частоты;

11- низкочастотная приемная антенна;

12- квадратичный детектор; 13 14, 15. 16 - фильтры; 17 18. 19,20 - усилители-ограничители; 21, 22, 23, 24 - двухполупериодные выпрямители; 25 - схема совпадений; 26, 27 - фазовые детекторы; 28 - сумматор; 29 - двухпороговая схема сравнения.

Устройство работает следующим образом.

Синхронизатор 1 вырабатывает импульсы Ui, поступающие на индикатор 3 для синхронизации работы его блоков и на запускающий вход генератора 2 радиоимпульсов с амплитудно-модулированным заполнением с несущей частотой f0 и частотой модуляции F и длительностью импульсов At(10-20)l/F, где . Этот радиоимпульс через коммутатор 4 поступает на обратимый акустический преобразователь 5, излучающий в среду 6 с акустическим сопротивлением z0 мощный акустический импульс 8 с амплитудно-модулированным заполнением. При его распространении в среде с нелинейностью происходит формирование волн разностной частоты (В РЧ) с частотами F n2F. Волны достигают поверхности объекта 7, имеющего акустическое сопротивление zi, отражаются от него, после чего амплитудно- модулированные эхо-сигналы 9 принимаются преобразователем 5 с резонансной частотой f0, а низкочастотные эхо-сигналы 10 принимаются низкочастотной приемной антенной 11, В зависимости от соотношения величин z0 и zi отражение волн от объекта происходит с изменением фаз на 180° или без сдвига фаз. При этом фаза огибающей амплитудно-модулированного эхо-сигнала не изменяется при любых соотношениях импедансов. С приемной низкочастотной антенны 11 сигнал поступает на фильтры 15 и 16, каждый из которых настроен на частоты 2F и F соответственно. В результате ограничения сигналов в усилителях-ограничителях 19 и 20 на их выходах появляются напряжения 1)5 и Ue с одинаковыми амплитудами, преобразуемые в двухполупериод- ных выпрямителях 23 и 24 в однополярные импульсы Ug и 1)ю, поступающие соответственно на второй и первый входы схемы совпадения 25. Электрические сигналы, соответствующие эхо-сигналам 9 амплитуд- но-модулированной накачки, с выхода преобразователя 5 через коммутатор 4 поступают на квадратичный амплитудный детектор 12. С выхода детектора 12 сигнал поступает на фильтры 13 и 14, каждый из которых настроен на частоты 2F и F соответственно. Сигналы с выхода фильтров поступают на усилители-ограничители 17 и 18, на выходах которых появляются напряжения из и LU с одинаковыми амплитудами, преобразуемые в двухполупериодных выпрямителях 21 и 22 в однополярные импульсы U и Us, поступающие соответственно на четвертый и третий входы схемы совпадения 25. В случае одновременного прихода на входы

схемы совпадения 25 всех импульсов Uy-Uio на ее выходе формируется импульс Un, соответствующий длительности эхо-сигнала от объекта 7. Импульс Un с выхода схемы совпадений 25 поступает на управляющие

0 входы фазовых детекторов 26 и 27, поддерживая фазовые детекторы в течение длительности импульса Un в рабочем состоянии измерения разности фаз между входными сигналами. При отсутствии этого

5 импульса фазовые детекторы находятся в нерабочем состоянии и не реагируют на входные сигналы. На выходе фазового детектора 26 формируется сигнал Ui2, амплитуда которого Up пропорциональна

0 разности фаз между эхо-сигналом с частотой F и огибающей амплитудно-модулированного эхо-сигнала, а на выходе фазового детектора 27 формируется сигнал Ui3, амплитуда которого U2F пропорциональна раз5 ности фаз между эхо-сигналом с частотой 2F и второй гармоникой огибающей аплитуд- но-модулированного эхо-сигнала. Напряжения U12 и U13 подаются на сумматор 28, на выходе которого формируется сигнал Ui4 с

0 амплитудой, равной сумме амплитуд сигналов Ui2 и Ui3. Пороговая схема сравнения 29 с двумя уровнями порогов вырабатывает сигнал Uis с одним из трех возможных значений амплитуды; Uis , если амплитуда Ui4

5 меньше значения нижнего порога, Uis , если Ui4 больше уровня максимального порога и Uis, если Ui4 лежит между двумя порогами. Если на обеих частотах F и 2F, то сдвиг фаз между сигналами Ue и Щ,

0 между Us и из будет равен 180°, на выходах фазовых детекторов 26 и 27 сформируются сигналы Ui2 и Ui3 больших амплитуд Up и U2F. которые в сумме образуют сигнал UH с амплитудой Ut-;(|JF+U2F)Unop, и на выходе

5 пороговой схемы 29 сформируется сигнал Uis с амплитудой Uis , соответствующий акустически мягкому объекту. Если на обеих частотах F и 2F, то сдвиг фаз между сигналами Ue и U4, U5 и Us будет отсутство0 вать, на выходах фазовых детекторов 26 и 27 сформируются сигналы малых амплитуд Ui2 и U13, Up и U2F, которые в сумме образуют сигнал Ui4 с амплитудой U$(UF+U2F)Unop , и на выходе пороговой схемы 29 сформиру5 ется сигнал Uis с амплитудой Ui5, соответствующей акустически жесткому объекту. В промежуточном случае формируется сигнал среднего уровня. Информация об акустической жесткости объекта отображается на индикаторе.

Формула изобретения Устройство для классификации объектов по акустической жесткости, содержащее синхронизатор и соединенный с ним индикатор, последовательно соединенные низ- кочастотную приемную акустическую антенну, первый фильтр и первый усилитель-ограничитель, последовательно соединенные второй фильтр, подключенный к низкочастотной приемной антенне, и вто- рой усилитель-ограничитель, сумматор и схему совпадения, отличающееся тем, что, с целью увеличения дальности действия и повышения надежности классификации, в него дополнительно введены последова- тельно соединенные генератор радиоимпульсов с амплитудно-модулированным заполнением, подключенный к синхронизатору, коммутатор прием-излучение и обратимый преобразователь, последовательно соединенные квадратичный детектор, подключенный к второму выходу коммутатора прием-излучение, третий фильтр, третий усилитель-ограничитель и третий двухполу- периодный выпрямитель, нагруженный на третий вход схемы совпадения, последовательно соединенные четвертый фильтр, подключенный к выходу квадратичного детектора, четвертый усилитель-ограничитель и четвертый двухполупериодный выпрямитель, нагруженный на четвертый вход схемы совпадения, второй двухполупериодный выпрямитель, включенный между выходом второго усилителя-ограничителя и вторым входом схемы совпадения, первый двухполупериодный выпрямитель, включенный между выходом первого усилителя-ограничителя и первым входом схемы совпадения, последовательно соединенные первый фазовый детектор, подключенный первым входом к выходу первого усилителя- ограничителя, вторым входом - к выходу третьего усилителя-ограничителя, управляющим входом - к выходу схемы совпадения, сумматор и двухпороговую схему совпадения, нагруженную на второй вход индикатора, второй фазовый детектор, подключенный первым входом к выходу второго усилителя-ограничителя, вторым входом - к выходу четвертого усилителя-ограничителя, управляю- щим входом - к выходу схемы совпадения, нагруженной на второй вход сумматора.

Изобретение относится к области гидроакустики и может быть использовано в лока- ционных системах для обнаружения и классификации объектов по их акустической жесткости. Цель изобретения - увеличение дальности действия и повышение надежности классификации. С помощью обратимого акустического преобразователя 5 в воду излучается импульсный амплитудно-модули- рованный радиосигнал, вырабатываемый генератором 2. Сформирование за счет нелинейности среды распространения волны разностной частоты (ВРЧ) с частотами, равными одинарной и удвоенной частоте модуляции сигнала, отражаются от лоцируемого объекта 7, принимаются низкочастотной антенной 11 и после фильтрации по частоте в блоках 15 и 16 поступают на входы фазовых детекторов 26 и 27. На другие входы фазовых детекторов поступают сигналы, являющиеся результатом преобразования огибающей отраженного амплитудно-моду- лированного сигнала в блоке квадратичного детектора 12 и частотных фильтров 13 и 14. Так как фаза отраженных сигналов ВРЧ зависит от акустической жесткости лоцируемого объекта, а фаза огибающей не зависит от нее, то сравнивая с помощью фазовых детекторов 26 и 27 фазы сигналов и раскван- товывая результирующий сигнал с выхода сумматора 28 с помощью двухпороговой схемы сравнения 29, можно получить информацию о значении акустической жесткости лоцируемого объекта 7, отображаемую на индикаторе 3. Для временной селекции отраженных сигналов используется схема совпадения 25, выходной сигнал которой включает или выключает фазовые детекторы. 1 ил. (Л С