ГИДРОАКУСТИЧЕСКИЙ НАВИГАЦИОННЫЙ ДАЛЬНОМЕР Советский патент 2008 года по МПК G01S7/52 G01C21/00 

Предлагаемый гидроакустический дальномер предназначен для использования в гидроакустических навигационных системах с маяками-ответчиками.

Известны радиолокационные и радионавигационные измерители дальности, в которых измерение дальности производится по большому количеству циклов запрос-ответ. В водной среде скорость распространения звука в 2·10⁵ раз меньше скорости распространения радиоволн в атмосфере, чем объясняются низкие скорости передачи информации. Время распространения сигнала от запросчика до маяка-ответчика (МО) и обратно в водной среде на дистанции 20-25 км около 30 с, что при наличии требований к оперативности измерений приводит к необходимости измерения дальности по единичному циклу запрос-ответ. При этом для принятия решения о наличии сигнала ответа необходимо анализировать полностью весь интервал от момента запроса до момента приема ответного сигнала. Известна аппаратура для измерения дистанции, в которой ошибочная индикация исключается посредством сравнения цифрового результата с предыдущим с целью определения того, что они равны с точностью до допустимого разброса, прежде чем измеренный результат подается на выход устройства (патент США №3589378, кл. 340-3, 1970 г.), а также система запрета съема ложных сигналов путем стробирования на интервале времени, на котором ожидается сигнал ответа, в системах радиолокационного измерения дальности (патент США №3603672, кл. 340-3, 1971 г.). В указанных системах снижение вероятности ложных тревог достигается путем сравнения результатов измерения с предыдущими и сокращением величины анализируемого участка, стробированием приемного усилителя импульсами, получаемыми от системы автоматического сопровождения по дальности. Использование таких способов уменьшения вероятности ложных тревог в гидроакустических дальномерах может привести к существенному снижению оперативности получения информации.

Целью настоящего изобретения является увеличение помехоустойчивости гидроакустического навигационного дальномера при измерении дальности до MO по единичному циклу запрос-ответ.

Поставленная цель достигается тем, что в приемный тракт дальномера, содержащий усилитель сигналов ответа MO, интегратор, пороговую схему и цифровой счетчик дистанции, вход запуска которого соединен с трактом излучения, а вход остановки - с приемным трактом, введены последовательно соединенные второй интегратор, вторая пороговая схема и ждущий мультивибратор; на входе запуска цифрового счетчика введена схема задержки, а на входе его остановки введена схема перемножения, один вход которой соединен с выходом ждущего мультивибратора, а второй вход через схему задержки соединен с первой пороговой схемой, причем задержка выполнена на время, соответствующее длительности сигнала MO (τ_u).

Из теории связи известно, что вероятность ошибочного приема сигнала P_ош=0,5[1-Φ(γh)],

где

γ - зависит от вида модуляции сигнала;

h - отношение средней энергии сигнала на входе приемника к спектральной плотности помехи.

Ошибка измерения временного положения сигнала (ошибка измерения дальности)

где τ_ф - длительность переднего фронта импульса на входе решающего устройства;

q - отношение сигнал/шум на входе решающего устройства.

Учитывая ограниченную мощность ответных сигналов маяков, являющихся автономными устройствами, устанавливаемыми на дно океана, величину q можно считать ограниченной, и поэтому для получения минимальных ошибок измерения дальности следует стремиться к уменьшению τ_ф.

Для обеспечения достаточной помехоустойчивости при ограниченной мощности сигнала ответа MO следует увеличивать длительность импульса ответа MO и постоянную времени интегрирования в тракте регистрации сигнала. Возникающее противоречие при одновременном удовлетворении требований к точности и помехоустойчивости разрешается путем разделения после детектора тракта обработки на тракт обнаружения, содержащий интегратор, согласованный с длительностью ответного сигнала маяка, пороговое устройство и ждущий мультивибратор, и на тракт измерения, содержащий интегратор, согласованный с длительностью переднего фронта сигнала маяка на выходе антенны приемника корабельной аппаратуры, пороговое устройство и схему задержки. Тракты объединяются на перемножителе, так как импульс с порогового устройства, соответствующий переднему фронту сигнала, задерживается схемой задержки на величину времени интегрирования, равную длительности сигнала, и попадает на остановку цифрового счетчика дальности только при условии обнаружения и регистрации сигнала.

Возникающая при этом задержка остановки цифрового счетчика компенсируется введением схемы задержки на τ_u в цепь его пуска.

На чертеже представлена блок-схема гидроакустического навигационного дальномера. Дальномер содержит тракт излучения сигналов 1, приемный тракт с усилителем 2, интеграторы 3, 4, пороговые устройства 5, 6, схемы задержки 7,8, ждущий мультивибратор 9, перемножитель 10 и цифровой счетчик дистанции 11.

Цифровой счетчик дистанции запускается с задержкой, равной длительности импульса ответа MO. Сигнал запроса принимается МО, который излучает сигнал ответа. Сигнал ответа МО поступает на приемный тракт 2. Усиленный и продетектированный сигнал поступает на интеграторы 3 и 4. Постоянная времени интегрирования интегратора 3 согласована с длительностью переднего фронта сигнала, а интегратора 4 - с длительностью сигнала. Сигнал в I канале вызывает срабатывание порогового устройства 5 практически одновременно с приходом сигнала. Во II-м канале пороговое устройство 6 срабатывает при окончании сигнала. Импульс, выработанный пороговым устройством 5, задерживается схемой задержки 7 на время, равное длительности импульса, и поступает на перемножитель 10.

Импульс, выработанный пороговым устройством 6, вызывает срабатывание ждущего мультивибратора 9, импульс вырабатываемый, который поступает также на перемножитель 10. Длительность импульса ждущего мультивибратора 9 должна быть равна величине . При совпадении по времени импульсов, поступающих на перемножитель 10 с I и II каналов, на его выходе появляется импульс, останавливающий счетчик дистанции.

Введение в дальномер интегратора, порогового устройства ждущего мультивибратора, перемножителя и двух схем задержки приводит к увеличению его помехоустойчивости. В заявляемом гидроакустическом дальномере вероятность ошибки при анализе интервала времени от момента запроса до момента ответа Т, когда весь временной интервал разбивается на m=T/τ_u участков

(где τ_u - длительность сигнала ответа маяка) составляет:

P_ош=(m-1)F(1-D),

D - вероятность правильного обнаружения,

F - вероятность ложной тревоги.

С другой стороны, при необходимости обеспечения точности измерения временного интервала δ_t интервал Т необходимо было бы разбить на m₁=T/δ_t участков, в связи с чем вероятность ошибочного решения составила бы

Учитывая, что может быть всегда выбрано τ_u>>δ_t в предлагаемой схеме, количество анализируемых участков сокращается в τ_u/δ_t>>1 раз, что и приводит к увеличению ее помехоустойчивости.

Гидроакустический навигационный дальномер содержит тракт излучения сигнала запроса маяков-ответчиков, приемный тракт с усилителем, интегратором, согласованным с длительностью переднего фронта и пороговой схемой, а также счетчик дистанций. В гидроакустический навигационный дальномер введены первая схема задержки, подключенная между выходом тракта излучения и входом запуска счетчика дистанции, перемножитель, вторая схема задержки, подключенная по входу к выходу порогового устройства, а по выходу - к первому входу перемножителя. Кроме того, введены последовательно соединенные второй интегратор, согласованный с длительностью ответного сигнала, пороговое устройство и ждущий мультивибратор. Причем вход второго интегратора связан с выходом усилителя, а выход ждущего мультивибратора подключен ко второму входу перемножителя, выход которого подсоединен к входу счетчика дистанции. Технический результат - увеличение помехоустойчивости гидроакустического навигационного дальномера при измерении дальности до МО по единичному циклу запрос-ответ. 1 ил.

Гидроакустический навигационный дальномер, содержащий тракт излучения сигнала запроса маяков-ответчиков, приемный тракт с усилителем, интегратором, согласованным с длительностью переднего фронта сигнала и пороговой схемой, а также счетчик дистанции, отличающийся тем, что, с целью повышения помехоустойчивости, в него введены первая схема задержки, подключенная между выходом тракта излучения и входом запуска счетчика дистанции, перемножитель, вторая схема задержки, подключенная по входу к выходу порогового устройства, а по выходу - к первому входу перемножителя, и последовательно соединенные второй интегратор, согласованный с длительностью ответного сигнала, пороговое устройство и ждущий мультивибратор, причем вход второго интегратора связан с выходом усилителя, а выход ждущего мультивибратора подключен ко второму входу перемножителя, выход которого подсоединен к входу счетчика дистанции.