Способ классификации эхосигналов для систем охранной сигнализации водного района Советский патент 1993 года по МПК G01S15/88 

Изобретение относится к области техники гидролокационных систем и может быть использовано для охраны водного района, а также для регистрации прохождения различных объектов через водозаборные системы промышленных предприятий и электростанций.

Целью изобретения является повышение достоверности классификации эхосигналов для систем охранной сигнализации водного района.

На фиг. 1, 2, 3 приведены частотные характеристики фазового инварианта и модуля фазового вектора коэффициента отражения от бревна, металлического предмета, звукорассеивающего слоя, соответственно: на фиг.4 - схема постановки системы; на фиг.5 - устройство реализации заявляемого способа.

Известно, что для гидролокационной системы, использующей 8 качестве канала обработки амплитудный обнаружитель, параметром, который характеризует отражаю00 CJ 00 00

о

CJ

со

щий объект, является его эквивалентный радиус либо эффективная поверхность рассеяния. По амплитуде отраженного сигнала с достаточной достоверностью нельзя сказать какой предмет вошел в охраняемую зону, бревно, металлический предмет, кусок льда, пловец или отражение произошло от звукорассеивающего слой.

При отражении от объекта происходит не только изменение амплитуды сигнала, но и фазы величина которой зависит от волнового сопротивления (рс) отражателя. Определив фазы отраженного сигнала, можно идентифицировать объект. Впервые способ оценки акустического импеданса был предложен в техническом решении, где излучается двухчастотный сигнал с частотами заполнения fi и 2fi, тогда эхосигнал можно записать в виде

St AI cos Г 2 л f 1 /1 - 4- ,

Sa A2 cos 2 n2 fi (t + pzl ,

где Si Sz аналитические выражения гармонических составляющих сигнала, At и.Да - амплитуды сигнала на частотах fi и 2fi. Переходя к квадратурным компонентам сигналов Si и 52, выделяя аргументы гармонических функций, получаем

2 г

() +уя

(t--.) .

Линейная комбинация фазовых аргументов гармонических составляющих имеет вид (временной множитель здесь опущен)

Ф -#z -pi.

Фазовый инвариант реверберации в фиксированный момент времени распределен равномерно, т.е. в интервале от - л до я может принимать любые значения с равной вероятностью. В пределах длительности импульса фазовый инвариант реверберации будет менять свои значения, а фазовый инвариант объектов искусственного происхождения будет практически постоянным. Для того, чтобы определить модуль фазового вектора М необходимо проинтегрировать случайные величины

V ТТ .

М / cosOdrJ2 + /

оо

Модуль фазового вектора случайной величины с равномерным распределением (в случае реверберации) будет стремиться к нулю, модуль фазового вектора объектов искусственного происхождения за счет постоянства фазового инварианта в пределах длительности импульса будет отличаться от О (фиг,2 описания). Ло величине фазового инварианта и модуля фазового вектора можно классифицировать объект.

На фиг.4 представлена схема постановки системы,

Нафиг.5 представлена структурная схема устройства конкретной реализации заявляемого способа. Устройство состоит из

формирователя сигналов 1, двухканального усилителя мощности 2, коммутатора 3. при- емо-излучающих устройств (ПИУ) 4.1, 4.2,...4п предварительных усилителей 5.1, 5.2,...5.п блоков фазовой обработки 6.1,

6.2,..., 6.п, блока принятия решения 7.

Блок формирования сигналов 1 служит

для формирования двух сигналов стандартной посылки с жестко связанными по фазе частотами заполнения ft и 2fi.

Двухканальный усилитель мощности 2 служит для усиления сигналов до требуемых значений и состоит из двух обычных усилителей мощности, широко применяемых в гидроакустических системах.

Коммутатор 3 служит для подключения группы из ПИУ (4.1,4,2,...4.п) либо к выходам усилителя мощности 2, в режиме излучения, либо ко входам приемных усилителей (5.1, 5.2,...5.п) в режиме приема. Коммутатор может выполняться в простейшем случае на реле либо же на тиристорах или других полупроводниковых элементах. Приемо- излучающие устройства 4.1, 4.2....4.П представляют собой гидроакустические антенны

мозаичного типа, состоящие из элементов с резонансной частотой ft и из элементов с резонансной частотой 2fi. Предварительные усилители 5.1, 5.2,...5,п служат для усиления сигналов, являются известными

устройствами, широко применяемыми в технике, Блоки фазовой обработки 6.1, 6.2,...6.п служат для определения фазового инварианта коэффициента отражения Ф в каждом из каналов и модуля фазового вектора М. В

качестве блока фазовой обработки может быть использовано устройство, реализующее способ.

Блок принятия решения 7 служит для представления и обработки полученной информации (фазового инварианта и модуля

фазового вектора). В качестве блока принятия решения может быть использоваться ЭВМ, отображение может производиться различными способами, обычно кодируют сигналы цветом, каждому циклу наблюде- ния соответствует одна строка на дисплее. Работа устройства, реализующего способ, заключается в следующем: блок формирования сигналов 1 формирует посылки с частотами заполнения fi и 2ft, происходит усиление двухканальным усилителем 2, через коммутатор 3 сигналы поступают на группу из ПИУ (4.1, 4.2,..An), происходит излучение сигнала, отраженные от противоположного берега сигналы поступают на ПЙУ, преобразуются в электрические сигналы, через коммутатор 3 поступают на входы приемных усилителей 5.1, 5.2.....5.П, усили- вдются и подаются на блоки фазовой обработки 6.1, 6.2,...б,п, где производится определение фазового инварианта коэффициента отражения Ф и модуля фазового вектора М. Полученная информация поступает в блок принятия решения. Модуль фазового вектора донной и поверхностной ревербе- ра|ций будет близок к 0, при появлении объекта в зоне реагирования устройства в одном или нескольких каналах изменится модуль фазового вектора, по величине которого можно с учетом характеристик фазово- го инварианта, судить о происхождении объекта.

Данный способ классификации эхосигналов для систем охранной сигнализации водного района имеет следующие преиму- щества:

1. За счет использования в качестве информативных параметров фазового инварианта и модуля фазового вектора возможна классификация отражающего тела по его волновому сопротивлению с высокой достоверностью.

2. За смет использования модуля фазового вектора возможно применение ристем в мелководных районах, в условиях значительной реверберационной помехи.

Формулаизобретения Способ классификации эхосигналов для систем охранной сигнализации водного района, основанный на излучении каждым приемоизлучающим устройством горизонтальной поверхности воды сигналов на частотах fr и 2fj, приеме эхосигналов, определении фазового инварианта коэффициента отражения Ф - 2 - р2 , где р и р2 - фазовые сдвиги при отражении от объекта на частотах f i и 2ft, отличающийся тем, что, с целью повышения достоверно- сти классификации, находят модуль фазового вектора

М /-cos J dTT +{ / . оо

где г-длительность импульса, и по результатам анализа фазового инварианта и модуля фазового вектора принимают решение на включение охранной сигнализации.

Фиг.1

Изобретение относится к области гидро- лоЦационных систем и может быть использовано для охраны водного района, а также регистрации прохождения различных объектов через водозаборные системы промышленных предприятий и электростанций. Цель изобретения - повышение достоверное™ классификации эхосигналов для систем охранной сигнализации водного района. Поставленная цель достигается тем, что излучают приемоизлучающим устройством горизонтальной поверхности воды сигналы на частотах fi и 2f/i. Принимают эхосигналы. Определяют фазовые инварианты коэффициента отражения Ф 2 tp - pi, где р и pi - фазовые сдвиги при отражении от объекта на частотах fi и 2f|. Дополнительно находят модель фазового вектора М / cos fcdrf + / sin Od , оо где г- длительность импульса, и по результатам анализа фазового инварианта и модуля фазового вектора принимают решение на включение охраны сигнализации. Схема реализации технического решения содержит формирователь сигналов 1, двухканальный усилитель мощности 2, коммутатор 3, при- емоизлучающие устройства 4.1. 4.2,...4л, предварительные усилители 5.1, 5.2,...5п. блоки фазовой обработки 6.1. 6.2...6п, блок принятия решения 7. 5 ил. Ё

Sin &

гччц/П - ч Л AV4

4 v yufHri lv4y

V

Л/1

Stn

v - /VH/V V wA n/ -

СКФt «л

.

.J

ФшФ

Cos Ф

н 41 5ФИчР

№Ь

Sin. Ф

; х s / / // /

фме.4

х/

Фиг:з

И

Фаг.5