ГИДРОАКУСТИЧЕСКИЙ ЛАГ Советский патент 2009 года по МПК G01P3/54 

Предлагаемое изобретение относится к области гидроакустической техники, а именно к гидроакустическим измерителям скорости движения судов (абсолютным гидроакустическим лагам).

В настоящее время для измерения скорости движения судов относительно дна, т.е. абсолютной скорости, применяются гидроакустические лаги, основанные на использовании эффекта Допплера. В этих устройствах ультразвуковая энергия излучается с судна под заданным углом по направлению ко дну, отражается от него, и часть отраженной энергии возвращается к установленной на судне приемной антенне. При перемещении судна относительно дна частота принимаемого сигнала отличается вследствие эффекта Допплера от частоты излучаемого сигнала. Этот допплеровский сдвиг частоты является мерой скорости движения судна. Ввиду большого уровня помех прямого прохождения и сигналов объемной реверберации эффективная работа гидроакустических лагов на значительных глубинах возможна лишь в импульсном режиме, при котором в момент приема отраженного сигнала излучение не производится. В силу того, что время распространения ультразвуковой волны до дна и обратно пропорционально глубине под килем, при практическом осуществлении импульсного режима работы производится автоматическое временное стробирование моментов излучения и приема в зависимости от этой глубины.

Существует целый ряд устройств, выполняющих данную задачу. Например, излучается узкий ультразвуковой импульс, и строб приема подстраивается под момент возвращения отраженного импульса, т.е. производится временное сопровождение отраженного импульса. Известно устройство регулирования длительности излучаемых лагом импульсов, работающее по принципу следящей системы, замкнутой через среду, или же в состав гидроакустического лага вводится дополнительно канал измерения глубины (см., например, патент США №2257638, кл. 340-3). Указанный выше лаг, принятый авторами за прототип, содержит, в основном, задающий генератор, формирователь программы излучения, усилитель мощности, акустическую антенну, приемно-индикаторное устройство регулирования длительности излучаемых импульсов, в состав которого входит дискриминатор, управляемый генератор и двоичный делитель частоты.

Это устройство обладает следующими недостатками: оно не обеспечивает автоматический переход в режим непрерывного излучения при уменьшении глубины под килем и обратный переход в импульсный режим при увеличении глубины более заданной. (Непрерывный режим, как известно, позволяет определить скорость судна с максимальной точностью, что особенно важно при швартовке, прохождении судами отмелей, а также при работе подводных поисково-спасательных аппаратов). Использование описанного устройства регулирования длительности излучаемых импульсов приводит к усложнению аппаратуры лага, что снижает его надежность. Указанные недостатки характерны и для других известных устройств, обеспечивающих соответствие режима излучения глубине.

В соответствии с действующими в настоящее время нормами все суда автономного плавания обеспечены штатными эхолотами, вырабатывающими информацию о глубине под килем. Представляется целесообразным использовать эту информацию, уже имеющуюся на корабле, для автоматического выбора режима излучения гидроакустического лага. Следует заметить, что в разрабатываемых в последнее время эхолотах предусмотрена возможность выдачи информации о глубине внешним потребителям.

Целью данного изобретения является создание гидроакустического лага с устройством автоматического переключения режимов излучения в зависимости от глубины под килем, использующего информацию о глубине от штатного эхолота. Применение такого устройства существенно упрощает аппаратуру лага, повышает его надежность и дает возможность включения режима непрерывного излучения на малых глубинах.

На фиг.1 изображена блок-схема предлагаемого лага.

На фиг.2 представлена функциональная схема предлагаемого устройства переключения режимов излучения.

На фиг.1 входы триггера с раздельными входами соединены с эхолотом. Вход триггера 1, управляемый зондирующим импульсом эхолота, подключен к сбросовому входу счетчика 2, второй вход триггера 1, управляемый отраженным от дна импульсом, подключен к командному входу дешифратора 3. Выход триггера 1 соединен с входом ключевого устройства 4, второй вход которого подключен к генератору опорной частоты 5. Выход ключевого устройства 4 соединен со счетным входом счетчика 2, выходы которого подключены к дешифратору 3. Выходы дешифратора 3 соединены с формирователем программы излучения 6, вход которого соединен с задающим генератором 7, а выход - с усилителем мощности 8. Выход усилителя мощности 8 подключен к акустической антенне 9, с которой соединено также приемно-индикаторное устройство 10.

Более подробно отдельные части предлагаемого устройства и его работа в целом могут быть описаны с помощью фиг. 2, на котором изображена одна из возможных реализаций данного технического решения. Счетчик 2 является, например, двоичным пятиразрядным счетчиком, состоящим из последовательно соединенных пяти триггеров со счетными входами 11-15, причем выходы каждого триггера выведены на дешифратор 3. Дешифратор 3 представляет собой логическую схему "голосования", определяющую старший разряд счетчика 2, и блок памяти. Логическая схема содержит 10 элементов И 16-25, вырабатывающих напряжения на выходе при наличии напряжения на всех входах. Блок памяти выполнен на пяти триггерах с раздельными входами 26-30. Ключевое устройство 4 представляет собой логическую схему И. Генератор опорной частоты 5 может представлять собой блокинг-генератор, выполненный на одном транзисторе.

Рассмотрим работу схемы. Зондирующий импульс эхолота (импульс "О") изменяет состояние триггера 1 и сбрасывает счетчик 2 в начальное положение. Выходное напряжение триггера 1 открывает ключевое устройство 4, и импульсы генератора опорной частоты 5 начинают заполнять счетчик 2. Отраженный от дна импульс (импульс "H") возвращает триггер 1 в первоначальное состояние, тем самым запирая ключевое устройство 4, что приводит к прекращению счета счетчиком 2 импульсов генератора опорной частоты 5. Кроме того, импульс "Н" поступает на дешифратор 3 для переписи старшего разряда счетчика 2 в соответствующий триггер памяти. Таким образом, в зависимости от глубины под килем на определенном выходе дешифратора появляется заданный потенциал, что позволяет при помощи формирователя программы излучения установить требуемый режим излучения лага, в том числе и непрерывный. Это может производиться, например, путем подачи напряжения от предлагаемого устройства на коммутационные элементы формирователя.

Следует отметить, что предлагаемое устройство отличается от известных простотой и значительно меньшим количеством входящих в него элементов. Принципы построения позволяют использовать элементы счетной техники и микроэлектроники. Объем предлагаемого устройства переключения, разработанного нами, составляет 25 корпусов микросхем.

Гидроакустический лаг включает в себя задающий генератор, формирователь программы излучения, усилитель мощности, акустическую антенну и приемно-индикаторное устройство. В лаг введены последовательная цепь из триггера с двумя раздельными входами, служащими для подключения штатного эхолота, ключевой схемы с двумя входами, счетчика и дешифратора, выход которого подключен к формирователю программы излучения. Ко второму входу ключевой схемы подключен генератор опорной частоты. Вход триггера, управляемый зондирующим импульсом эхолота, подключен к сбросовой цепи счетчика, а вход, управляемый отраженным от дна импульсом, - к командному входу дешифратора. Технический результат - повышение надежности и обеспечения автоматического переключения режимов излучения, в том числе включения на малых глубинах под килем режима непрерывного излучения. 2 ил.

Гидроакустический лаг, включающий в себя задающий генератор, формирователь программы излучения, усилитель мощности, акустическую антенну и приемно-индикаторное устройство, отличающийся тем, что, с целью их повышения надежности и обеспечения автоматического переключения режимов излучения, в том числе включения на малых глубинах под килем режима непрерывного излучения, в лаг введена последовательная цепь из триггера с двумя раздельными входами, служащими для подключения штатного эхолота, ключевой схемы с двумя входами, счетчика и дешифратора, выход которого подключен к формирователю программы излучения, причем ко второму входу ключевой схемы подключен генератор опорной частоты, а вход триггера, управляемый зондирующим импульсом эхолота, подключен к сбросовой цепи счетчика, а вход, управляемый отраженным от дна импульсом, - к командному входу дешифратора.