Способ определения времени распространения акустического сигнала между объектами, разделенными водной средой, и устройство для его осуществления Советский патент 1993 года по МПК G01S15/00 

Изобретение относится к гидроакустическим измерениям и может быть использовано в системах гидроакустической навигации для определения времени распространения гидроакустического сигнала между объектами, разделенными водной средой.

Известный способ может применяться только для определения интервалов времени распространения акустического сигнала между объектами, удовлетворяющих условию

fЈQ,5f.(N-.1)-niT./ (1)

где щТ - длительность кодовой комбинации сигнала А,

m - количество .кодовых элементов в кодовой комбинации сигнала А, N - количество кодовых комбинаций, составляющих сигнал А.

Целью изобретения является расширение диапазона определяемых времен распространения акустического сигнала между объектами при сокращении потребляемой энергии.

Изобретение поясняется примером конкретного выполнения, где на фиг. 1 показана блок-схема первого объекта (с которого определяется время распространения акустического сигнала между объектами), на фиг.2 - блок-схема второго объекта {до которого определяется время распространения акустического сигнала с первого объекта), на фиг.З - пример конкретного варианта выполнения блока задержки. Первый объект, который находится, например, на поверхности океана (см.фиг.1) содержит блок управления 1. передатчик 2 и приемник 3 акустических сигналов, измеритель временного интервала 4, генератор прямого сигнала 5, датчик эталонного эхосигнала б, блок сравнения 7, измеритель положения границ символов 8, регенератор символов 9 и вычислитель 10. Вход генератора прямого сигнала 5 параллельного с входом измерителя временного интервала 4 подключен к пусковому блоку управления 1. Первый выход генератора прямого сигнала 5 подключен к передатчику 2, к информационным входам блока сравнения 7 подключены датчик эталонного эхосигнала б и регенератор символов 9, информационный вход которого подключен к выходу приемника акустических сигналов 3, параллельно подключенного к входу измерителя положения границ символов 8, выход которого подключен к параллельно соединенным тактовым входам регенератора символов 9. датчика эталонного эхосигнала б, блока сравнения 7. Второй выход генератора прямого сигнала 5 подключен к параллельно соединенным управляющим входам датчика эталонного

эхосигнала 6 и блока сравнения 7. Выход блока сравнения 7 подключен ко второму входу измерителя временного интервала 4. Выход последнего вместе с выходом блока сравнения 7 и выходом номер датчика эталонного эхосигнала 6 подключен к вычислителю 1.0, выход которого является выходом , устройства определения времени распространения акустического сигнала между объектами.

Второй объект, который находится, например, под водой (фиг.2) содержит приемник 11 и передатчик 12 акустических сигналов, датчик эталонного прямого сигнала 13, блок сравнения 14, генератор эхосигнала 15, измеритель положения границ символов 16, генератор символов 17, блок задержки 18. При этом к информационным входам блока сравнения 14 подключены датчик эталонного прямого сигнала 13 и регенератор символов 17. информационный вход которого подключен к выходу приемника акустических сигналов-11, параллельно подключенного к входу измерителя положения границ символов 16, выход которого

подключен к параллельно соединенным тактовым входам регенератора символов 17, датчика эталонного прямого сигнала 13, блока сравнения 14. Выход генератора, эхо- сигнала 15 подключен к входу передатчика

акустических сигналов 12, а вход генератора эхосигнала 15 - к выходу блока задержки 18, первый вход которого подключен к выходу блока сравнения 14, а второй вход блока задержки 18 - к выходу номер датчика

эталонного прямого сигнала 13.

Работа устройства заключается в последовательной реализации следующих операций:

1. Предварительно на первом и втором объектах запоминают образцы кодовых комбинаций гидроакустических сигналов Б и А, соответственно, а также продолжительность фиксированного интервала времени

То. Данные о кодовых комбинациях гидроакустического сигнала А закладывают в датчик эталонного прямого сигнала 13, а о кодовых комбинациях гидроакустического сигнала Б - в датчик эталонного эхосигнала

6. Численное значение продолжительности фиксированного интервала времени Т0 закладывают в вычислитель 10 и блок задержки 18.

2. Первый и второй объекты произвольным образом размещают в водной среде.

Например, первый объект размещают на судне, а второй опускают на дно бассейна.

3. В заданный момент времени с первого объекта на второй передают гидроакустический сигнал А, состоящий из последовательности пронумерованных кодовых комбинаций $ (I 1,2,3,...,Ni), каждая из которых состоит из кодовых элементов qe (1 I ; L) с тактовым периодом Т, являющихся гидроакустическими эквивалентами информационных квантов Ре (в двоичной системе счисления I 2, Pi 0, Рг 1) и запоминают момент ti посылки сигнала А. Для осуществления данной операции в момент времени ц с пускового блока управления 1 на управляющие входы генератора прямого сигнала 5 и измерителя временного интервала 4 посылается сигнал запуска. Генератором прямого сигнала 5 осуществляется формирование сигнала А, излучаемого в водную среду посредством передатчика акустических сигналов 2.

4. На втором объекте акустический сигнал превращается в электрическую форму. Операция осуществляется посредством приемника акустических сигналов 11.

5. Определяют временные границы периодов Т прихода кодовых элементов сигнала А на второй объект. Операция осуществляется посредством измерителя положения границ символов 16, выполненного, например, в виде системы фазовой автоподстройки, которая определяет наиболее вероятное положение границ принимаемых кодовых элементов и выдает в эти моменты выходные импульсы.

6. Внутри полученных в результате проведения операции по н.5 периодов Т регенерируют кодовые элементы qe посредством регенератора символов 17, управляемого импульсами измерителя положения границ символов 16, на основе поступающих на его информационный вход сигналов с выхода приемника акустических сигналов 11.

.7. Сравнивают полученные из регенерированных кодовых элементов кодовые комбинации (регенерированные кодовые комбинации) с их образами, запоминаемыми в процессе операции по п.1. Для этого по каждому выходному импульсу измерителя положения границ символов 16 в блок сравнения 14 вводят сигналы с выхода датчика эталонного прямого сигнала 13 и регенератора символов 7; 17, т.е. в блок сравнения 14 сигнала с датчика эталонного прямого сигнала подаются с приходом очередного регенерированного символа от регенератора символов 14, а не постоянно, как в прототипе, следовательно, экономится энергия.

8. В момент полного совпадения регенерированной комбинации с ее образом оп- ределяют номер К этой комбинации, вычисляют время задержки Тз, спустя которпе формируют и передают со второго объекта на первый гидроакустический сигнал Б, состоящий, как и сигнал А, из последовательности пронумерованных кодовых комбинаций Qj {j 1, 2, 3.....N2), каждая из

которых состоит из последовательности кодовых элементов qe (I 1 L), указанных в п.З. Данная операция осуществляется посредством выработки блоком сравнения 14 управляющего сигнала на блок задержки 18

при полном совпадении регенерированной кодовой комбинации, поступающей с выхода регенератора символов 17, с одним из хранящихся в датчике эталонного прямого сигнала 13 образов, номер К которого поступает на второй управляющий вход блока задержки 18. При этом в блоке задержки 18 вычисляется время задержки Тз, равное разности указанного в п.1 фиксированного интервала времени Т0 и длительности К

кодовых комбинаций сигнала А.

Тз Т0-КщТ,

(2)

где щ- количество кодовых элементов в одной кодовой комбинации сигнала А. Спустя время Тз после указанного совпадения в генераторе эхосигнала 15 формируется сигнал Б, который посредством передатчика 12 излучается в воду.

9. На первом объекте осуществляют операции по приему сигнала Б, определению временных границ периодов Т прихода кодовых элементов сигнала Б на первый объект, регенерации внутри указанных периодов Т кодовых элементов и сравнению регенерированных кодовых комбинаций с их образами. Эти операции эквивалентны операциям по пп. 4,5, 6 и 7 и осуществляется посредством аналогичных узлов первого

объекта.. .

10. В момент полного совпадения регенерированной кодовой комбинации сигнала Б с ее образом определяют ее номер М. Операция осуществляется аналогично определению номера К в операции по п.8. Информация из датчика эталонного эхосиг- нала б о М поступает при срабатывании блока сравнения 7 в вычислитель 10. Одно- временно в вычислитель 10 заводят информацию с измерителя временного интервала 5 о разнице At

At-t2-ti

71838801 8

где ti - момент посылки сигнала A, ta - лением выходного сигнала блока задержки момент срабатывания блока сравнения 7.18 равен

11. На основе At, Т, Ми То определяют

время распространения акустического сиг-Тз пТо-к ь. (3) нала между первым и вторым объектами из 5

зависимости:. где п- коэффициент деления счетчика-делителя 22;

г-0.5( At-To-MTnz),to-период следования выходных сигналов генератора 2;

где па - количество кодовых элементов в 10 К - выходной код преобразователя ко- кодовых комбинациях сигнала Б.Аре 21, соответствующий номеру К приняОперация осуществляется вычислите- той кодовой комбинации, сигнала А. яем 10, например,-программным способом.Параметры n, to и К блока задержки 18 Блоки, входящие в состав заявляемого должны выбираться таким образом, чтобы, устройства, известны в технике. Для его ре- 15 указанные значения Тз из Формулы (2) и Тэ элизации могут быть использованы соответ- из формулы (3) были равны, другими слова- ствующиё блоки из устройства-прототипа. ми, должны выполняться два равенства: Пример реализации .введенного блока задержки представлен на фиг.З. В состав блока входят RS-триггер 19, управляемый 20 . V W генератор 20, преобразователь кодов 21 и счетчик-делитель 22 по модулю п. Коэффициент деления п счетчика-делителя 22 выби- Такое выполнение способа и устройства рается таким образом, чтобы максимальная позволяет расширить их функциональные длительность периода следования его вы- 25 возможности и осуществлять определение ходных импульсов была равна указанному времени распространения акустических интервалу времени То, Работа блока задер- сигналов ао всем диапазоне значений жки 18 заключается в следующем. вплоть до нулевых без увеличения потреб- При срабатывании .на втором объекте ления энергии на втором блоке. Кроме того, блока сравнения 14 (см.п. 8 описания рабо- 30 из-за того, что отпадает необходимость в ты способа и устройства), его выходным сиг- передаче со вторр объекта на первый в налом RS-триггер 19 переводится в составе каждой кодовой комбинации сигна- состояние 1, разрешая работу управляв- ла Б номера К принятой без искажений на мого генератора 20. Одновременно по тому втором объекте кодовой комбинации сигна- же Сигналу от блока сравнения 14 с выхода 35 яа А, упрощается структура сигнала Б. повы- преобразователя кодов 21 в счетчик 22 зано- швется помехоустойчивость его передачи, сится число К, соответствующее упомянутому слв|№ в тельн0, может быть снижена мощ- номеру К принятой кодовой комбинации ность передачи сигнала Б. то есть понижа- гидроакустического сигнала А. Указанный ется потребление энергии от источника номер К подается с выхода Номер датчика 40 питаний. Это позволяет повысить автоном- эталонного прямого сигнала 13. Счетчик 22 ; , jitpporo объекта. начинает счет импульсов с выхода генерато- Формул а изобретения ра 20. Спустя промежуток времени Тз после 1. Способ определения времени рас- лрихода сигнала от блока сравнения 14 на пространения акустического сигнала между выходе счетчика 22 формируется сигнал, ко- 45 объектами, разделенными водной средой, торый запускает генератор эхосигнала 15, заключающийся в запоминании на первом устанавливает RS-триггеры 19 в состояние и втором объектах образов кодовых комби- О, блокируя работу блока задержки 18. В наций соответствующих гидроакустических этом состоянии блок задержки 18 будет на- сигналов Б и А, представляющих последова- ходиться до срабатывания блока сравнения 50 тельность пронумерованных кодовых ком- 14 в очередном цикле измерений. Примеры бинаций, каждая из которых состоит из конкретной реализации RS-триггера 19, уп- последовательности кодовых элементов, яв- равляемого генератора 20, преобразовате- ляющихся гидроакустическими эквивален- ля кодов 21, счетчика-делителя 22 можно тами информационных квантов с тактовым найти в книге Титца У., Шенк К. Полупровод- 55 периодом Т, в передаче гидроакустического нйковая схемотехника: Справочное сигнала А с первого объекта на второй, при- водство. Пер. с нем. - М.: Мир, 1982. еме его на втором объекте с определением Указанный промежуток времени Та между границ кодовых элементов, их регенера- срабатыванием блока сравнения 14 и поив- циёй, в определении номера К, регенерированной кодовой комбинации сигнала А,

полностью совпадающей с ее образом, и передаче с второго объекта на первый сигнала Б, в приеме сигнала на первом объекте с определением границ кодовых элементов, их регенерации, в определении номера М регенерированной кодовой комбинации гидроакустического сигнала Б, полностью совпавшей с ее образом, в определении времени приема на первом объекте гидроакустического сигнала Б по моменту указан- ного полного последнего совпадения, о т- личающийся тем, что, с целью расширения диапазона определяемых времен распространения акустического сигнала, при сокращении потребляемой энергии, одновременно с запоминанием образов ко- довЫх комбинаций, дополнительно запоминают заданный фиксированный интервал времени Т0 S длительности сигналов А на первом и втором объектах, на последнем после определения номера К кодовой комбинации сигнала А задерживают сигнал на длительность, равную разности фиксированного интервала времени Т0 и длительности К кодовых комбинаций сигнала А, и затем передают с второго объекта на первый сигнал Б, при этом время распространения акустического сиснала между объектами определяют на момент приема на первом объекте гидроакустического сиг- нала Б, используя значения Т, М, То.

2. Устройство для определения времени распространения акустического сигнала между объектами, разделенными водной средой, содержащее на первом объекте пусковой блок управления, подключенный параллельно к входам измерителя временного интервала и генератора прямого сигнала, первый выход которого соединен с входом передатчика акустических сигналов, второй выход генератора прямого сигнала подключен к управляющему входу блока сравнб- ния, информационные входы которого

подключены к первому выходу датчика зта- лонного эхосигнала и выходу регенератора символов, информационный вход последнего подключен к выходу приемника акустических сигналов, параллельно подключенного к входу измерителя положения границ символов, выход которого подключен к тактовому входу регенератора символов, выход блока сравнения подключен к второму входу измерителя временного интервала, выход которого вместе с выходом блока сравнения и выходом Номер датчика эталонного эхосигнала подключен к вычислителю, на втором объекте выход, приемника акустических сигналов соединен параллельно с информационным входом регенератора симврлов и входом измерителя положения границ символов, выход которого соединен с тактовым входом регенератора символов. выхоД последнего подключен к первому информационному входу блока сравнения, второй информационный вход которого подключен к выходу датчика эталонного прямого сигнала, выход генератора эхосигнала подключен к входу передатчика акустических сигналов, отличающееся тем, что, с целью расширения диапазона определяемых времени распространения акустического сигнала между объектами при одновременном сокращении потребляемой энергии, на втором объекте введен блок задержки, выход которого подключен к входу генератора эхосигнала, а информационный и управляющий входы - соответст венно к выходу Номер датчика эталонного прямого сигнала и к выходу блока сравнения, тактовые входы которых подсоединены к выходу измерителя положения границ символов, при этом «а первом объекте второй выход генератора прямого сигнала подключен к управляющему входу датчика эталонного эхосигнала, тактовые входы последнего и блока сравнения соединены с выходом измерителя границ символов.

Фиг1

ми.

Назначение: для определения времени распространения акустического сигнала между объектами, разделенными водной средой. Цель изобретения-расширение ди- апазона определяемых времен распростра- нейия акустического сигнала между объектами при сокращении потребляемой энергии. Способ заключается в передаче гидроакустического сигнала А с первого объекта на второй, прием гидроакустического сигнала на втором объекте, передаче гидроакустического сигнала Б со второго объекта на первый, приеме гидроакустического сигнала Б на первом объекте, измерении времени посылки гидроакустического сигнала А и приеме гидроакустического сигнала Б на первом объекте. А также в использовании в качестве гидроакустических сигналов А и Б последовательностей пронумерованных кодовых комбинаций, каждая из которых состоит из последовательности кодовых элементов; являющихся гидроакустическими эквивалентами информационных квантов с тактовым периодом ТИ, в запоминании на первом и втором объектах образов кодовых комбинаций гидроакустических сигналов Б и А соответственно, причем прием гидроакустических сигналов включает определение временных границ периодов Т прихода кодовых элементов с регенерацией внутри указанных периодов Т указанных кодовых элементов, в определении на втором объекте номера к регенерированной кодовой комбинации гидроакустического сигнала А, полностью совпадающей с ее образом, В определении на первом объекте камеры М регенерированной кодовой комбинации гидроакустического сигнала Б, полностью совпавшей с ее образом, в определении времени приема на Нервом объекте гидроакустического сигнала Б по масштабу указанного полного последнего совпадения. На первом объекте имеется блок управления 1, передатчик 2, приемник 3 акустических сигналов, измеритель 4 временного интервала, генератор 5 прямого сигнала, датчик 6 эталонного эхосигнала, блок сравнения 7, измеритель 8 положения границ символов, регенератор 9 символов, вычислитель 10. Второй объект содержит приемник, и передатчик акустических сигналов, датчик эталонного прямого сигнала, блок сравнения, генератор эхосигнала, измеритель положения границ символов, регенератор символов. 2 с.п.ф-лы, 3 ил. ел с со со 00 00 о 00

Фи г. I

Блок задержка