ГИДРОАКУСТИЧЕСКИЙ ЛАГ Советский патент 2009 года по МПК G01P3/42 

Изобретение относится к области гидроакустической техники, а именно к допплеровским гидроакустическим измерителям скорости движения судов (допплеровским лагом).

В настоящее время для измерения скорости движения судов широко применяются гидроакустические лаги, основанные на использовании эффекта Допплера. В этих устройствах один или несколько ультразвуковых лучей излучаются с судна по заданным направлениям. Часть энергии, рассеянной морским дном либо водной массой, возвращается к установленной на судне антенной системе и принимается ею. При движении судна частота принимаемого сигнала вследствие эффекта Допплера отличается от частоты излучаемого сигнала на величину, пропорциональную скорости движения судна. Этот допплеровский сдвиг частоты и используется для определения скорости движения судна.

Подобный лаг описан, например, в патенте США №3.065.463, кл. 343-9. Данное устройство содержит, в основном, передающую и приемную акустические антенны, генераторное устройство, приемо-усилительное устройство и устройство обработки информации. Лаг работает в режиме непрерывного излучения и приема, обеспечивающем наиболее высокую точность измерения.

Однако при непрерывном излучении анергии на входе приемо-усилительного устройства имеет место сигнал прямого прохождения за счет электрической наводки из передающего канала в приемный, а также за счет прямого прохождения части излучаемой акустической энергии с передающей антенны на приемную. Частота сигнала прямого прохождения в точности равна частоте излучения. Однако его амплитуда и фаза вследствие большого числа влияющих факторов предварительному расчету не поддается. Практика показывает, что эти величины зависят от размещения акустических антенн и мер по их акустической развязке, от компоновки аппаратурной части лага, экранировки отдельных частей схемы, качества монтажа и т.п. Особенно ощутимую роль сигнал прямого прохождения играет в малогабаритных лагах, предназначенных для установки на глубоководные поисково-спасательные аппараты, где наряду с повышенной точностью предъявляются жесткие требования к объему аппаратуры и где вследствие небольших размеров самого аппарата акустические антенны приходится устанавливать в непосредственной близости друг от друга. Сигнал прямого прохождения ухудшает соотношение сигнал/шум на входе приемо-усилительного устройства и тем самым ограничивает точность работы лага.

Целью настоящего изобретения является повышение помехоустойчивости, а следовательно, и точности работы гидроакустических допплеровских лагов путем компенсации сигнала прямого прохождения с помощью специального сигнала, подаваемого от генераторного устройства.

Согласно изобретению указанная цель достигается путем соединения генераторного устройства с приемным с помощью специальной цепи, содержащей регулируемые фазовращатель и аттенюатор.

Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором изображена блок-схема предлагаемого лага.

Предлагаемый лаг состоит из генераторного устройства 1, передающей 2 и приемной 3 акустических антенн. Выход задающего генераторного устройства соединен с фазовращателем 4, который через аттенюатор 5 соединен со входом приемо-усилительного устройства 6.

Электрическое напряжение, вырабатываемое генераторным устройством 1, подается на передающую акустическую антенну 2 и фазовращатель 4. Фазовращатель 4 обеспечивает плавную регулировку фазы выходного напряжения в пределах от 0 до 2. Выходное напряжение фазовращателя через аттенюатор 5 подается на вход приемо-усилительного устройства 6. Аттенюатор 5 предназначен для уменьшения амплитуды выходного напряжения фазовращателя 4 до амплитуды сигнала прямого прохождения. Фазовращателем 4 фаза сигнала компенсации устанавливается противоположной фазе сигнала прямого прохождения и таким образом достигается компенсация сигнала прямого прохождения. Глубина компенсации зависит от точности соблюдения следующих условий:

где ϕ_к, U_к - фаза и, соответственно, амплитуда сигнала компенсации;

ϕ_{пр пр}, U_{пр пр} - фаза и, соответственно, амплитуда сигнала прямого прохождения.

Можно показать, что, если частота помехи равна частоте излучаемого сигнала, относительная ошибка измерения скорости определяется соотношением

где U_n - напряжение помехи на входе приемо-усилительного устройства;

U_c - напряжение полезного сигнала на входе приемо-усилительного устройства.

Напряжение помех складывается из напряжения сигнала прямого прохождения и напряжения шумов.

При компенсации сигнала прямого прохождения относительная ошибка измерения скорости, как видно из выражения (1), уменьшается.

В то время как шумовая помеха определяется внешними условиями, уровень сигнала прямого прохождения прямопропорционален излучаемой мощности и увеличение излучаемой мощности не приводит к улучшению соотношения сигнал/шум в приемном канале и, следовательно, к повышению точности работы лага. При компенсации сигнала прямого прохождения с помощью устройства по данной заявке появляется возможность дальнейшего увеличения точности путем повышения излучаемой мощности.

Гидроакустический лаг включает в себя передающую и приемную антенны, генераторное устройство, приемо-усилительное устройство и устройство обработки информации. Гидроакустический лаг снабжен фазовращателем, подключенным к выходу генераторного устройства, и аттенюатором, подключенным между выходом фазовращателя и входом приемо-усилительного устройства. Технический результат - повышение помехоустойчивости и увеличения точности измерения скорости движения судна за счет компенсации сигнала прямого прохождения. 1 ил.

Гидроакустический лаг, включающий передающую и приемную акустическую антенны, генераторное устройство, приемо-усилительное устройство и устройство обработки информации, отличающийся тем, что, с целью повышения помехоустойчивости и увеличения точности измерения скорости движения судна за счет компенсации сигнала прямого прохождения, он снабжен фазовращателем, подключенным к выходу генераторного устройства, и аттенюатором, подключенным между выходом фазовращателя и входом приемо-усилительного устройства.