ПРИЕМНО-УСИЛИТЕЛЬНЫЙ ТРАКТ ГИДРОЛОКАТОРА Советский патент 2009 года по МПК G01S7/52 

ВВЕДЕНИЕ

Изобретение относится к области гидроакустики и может быть использовано при проектировании и модернизации гидроакустических станций.

Известны приемно-усилительные тракты (см., например, гидроакустический комплекс РУБИН), построенные по приведенной на фиг.1 схеме, где:

1 - устройство формирования приемной характеристики направленности;

2 - усилитель со смесителем частот и полосовым фильтром на рабочую полосу частот тракта (усилитель с преобразованием частоты);

3 - система компенсации эффекта Допплера от движения корабля-носителя локатора;

4 - усилитель с регулировкой коэффициента усиления;

5, 8, 9 - "гребенка" узкополосных фильтров (все фильтры "гребенки" в зависимости от преобладающей в них помехи можно разделить на две группы: реверберационные (центральные) фильтры (5), в которых реверберационная помеха может преобладать над шумовой, и шумовые (боковые) фильтры (8, 9), в которых преобладает шумовая помеха);

6 - усилитель с АРУ, имеющийся после каждого реверберационного (центрального) фильтра для выравнивания спектра реверберации;

7 - индикаторное устройство.

Эхо-сигналы принимаются на фоне шумовой и реверберационной помех. В таких условиях для повышения помехоустойчивости приема эхо-сигналов применяют "гребенку" (5, 8, 9) узкополосных фильтров. В гидролокаторах, устанавливаемых на подвижных носителях, используется система компенсации эффекта Допплера (3) от движения корабля-носителя локатора (надводного или подводного). Система компенсирует смещение частоты сигналов, вызванное движением корабля-носителя, путем, изменения, например, частоты гетеродина (входящего в систему компенсации эффекта Допплера), используемого совместно со смесителем (2) для преобразования частоты перед "гребенкой". Система компенсации эффекта Допплера "привязывает" спектр реверберации к фиксированным частотам, пропускаемым определенным (как правило, центральным) участком "гребенки" (реверберационными фильтрами). Для исключения перегрузок от шумовой и реверберационной помех в усилительном канале перед "гребенкой" предусматривается усилитель (4) с регулировкой коэффициента усиления. В указанном усилителе используют, как правило, следующие типы регулировок, применяемых раздельно или совместно:

- временную регулировку усиления (ВРУ), в которой для формирования экспоненциально-спадающего (в соответствии с законом спадания реверберации) регулирующего напряжения используется разряд конденсатора;

- ручную регулировку усиления, например, при помощи ступенчатого аттенюатора;

- автоматическую регулировку усиления (АРУ).

Усилители с указанными регулировками обеспечивают относительное постоянство уровня помех на входе "гребенки", не изменяя, практически, характер спектра помехи.

Поскольку характер спектра реверберации определяется излучаемым сигналом, то, как правило, имеет место сильно выраженная неравномерность спектра реверберационной. помехи. Поэтому для лучшего выделения эхо-сигналов, которые по частоте отличаются (за счет эффекта Допплера) от частоты максимума в спектре реверберации (эхо-сигналы от подвижных целей), применяют также (хотя и значительно реже из-за трудностей качественной реализации) регулировку по реверберационной помехе с одновременным выравниванием ее спектра. При этом используется регулируемый по глубине запирания режекторный фильтр - так называемая спектральная регулировка усиления. При этом указанное регулирующее устройство включается после смесителя (2).

Обнаружение эхо-сигналов на индикаторе (7) (в который входят, как правило, индикатор дальности и частотный индикатор) ведется по превышению уровня эхо-сигнала над уровнем помехи: на индикаторе дальности по превышению, как правило, над максимальным уровнем помехи из всех частотных каналов, а на частотном индикаторе (где производится просмотр всех частотных каналов) по превышению над помехой в канале с сигналом и на фоне помех в соседних частотных каналах. (В многоканальной части тракта каждый фильтр "гребенки" определяет отдельный частотный канал; в частности, каждый реверберационный фильтр определяет отдельный реверберационный канал, в который входит также усилитель с АРУ (8)).

Существенный недостаток приемно-усилительного тракта, построенного по описанной схеме (см. фиг.1), состоит в том, что при регулировке усиления по реверберации (ручной, ВРУ или АРУ) в канале, общем для всех фильтров "гребенки" - реверберационных и шумовых, пропорционально уровню реверберации, по которому идет регулирование, ослабляются эхо-сигналы и помеха, попадающие в шумовые (боковые) фильтры "гребенки", что приводит в конечном счете даже при входных отношениях сигнал/помеха не ниже пороговых к понижению эффективности обнаружения эхо-сигналов вне спектра реверберации (эхо-сигналы от движущегося объекта) (как правило, регулирование ведется по максимуму огибающей уровня реверберации, т.е. практически по уровню реверберации в том центральном канале, где этот уровень максимальный). Это объясняется следующим образом: динамический диапазон индикаторов в современных гидролокаторах ограничен и составляет, например, в индикаторах с амплитудной отметкой величину порядка 30 дБ, пороговые отношения сигнал/помеха по выходу на этот индикатор имеют величины порядка 10-17 дБ, поэтому, чтобы иметь возможность принимать пороговые сигналы даже в канале с максимальной помехой (реверберацией), необходимо, чтобы ее уровень в этом канале не превышал определенную величину (порядка 13-20 дБ относительно минимальных шумов, соответствующих порогу чувствительности индикатора). При превышении помехой указанного уровня уменьшают с помощью описанных регулировок коэффициент усиления тракта перед "гребенкой", в результате чего соответственно уменьшают уровень эхо-сигналов и помехи в шумовых каналах. При этом в этих каналах шумовая помеха и даже эхо-сигналы, которые превышали порог чувствительности индикатора на величину, меньшую, чем та, на которую было уменьшено усиление, оказываются ниже порога чувствительности индикатора и их обнаружение даже на частотном индикаторе в течение времени существования изложенной ситуации затрудняется или становится вообще невозможным. (Это случай, когда реверберационная помеха превышает уровень эхо-сигналов и их обнаружение ведется за счет частотной селекции (эхo-сигналы от движущегося объекта) фильтрами "гребенки", в частности шумовыми фильтрами).

В случае использования в канале перед "гребенкой" спектральной регулировки усиления имеет место непостоянная по своей величине неравномерность (до 20 дБ и более) амплитудно-частотной характеристики (АЧХ) канала, распространяющаяся и на боковые (шумовые) фильтры "гребенки", после которых отсутствуют усилители с АРУ, что ухудшает распознаваемость эхо-сигналов в этих каналах. Указанная неравномерность АЧХ возникает ввиду сложной фазово-частотной характеристики режекторного фильтра, входящего в схему спектральной регулировки.

Цель предлагаемого изобретения заключается в повышении эффективности обнаружения эхо-сигналов, принимаемых вне спектра реверберации (т.е. эхо-сигналов, попадающих в шумовые каналы).

Поставленная цель достигается тем, что перед "гребенкой" узкополосных фильтров создается раздельная и независимая обработка сигналов для шумовых и реверберационных каналов. Для этого регулируемый по реверберации усилитель подключается только к реверберационным фильтрам "гребенки", а к остальным (шумовым) фильтрам - дополнительно введенный усилитель, перед входом которого включен фильтр-пробка на частоты спектра реверберации. Причем в дополнительно введенном усилителе предусматривается регулировка коэффициента усиления по уровню шумовой помехи, обеспечивающая стабилизацию уровня этой помехи на выходе шумовых фильтров. Эта регулировка может быть ручной или автоматической (например, АРУ, работающее по выходу шумовых фильтров "гребенки").

Для более качественной и безынерционной стабилизации уровня шумовой помехи дополнительный усилитель может быть выполнен в виде усилителя-ограничителя. При этом усилитель-ограничитель совместно с узкополосными фильтрами "гребенки" (к которым он подключен, своим выходом) и фильтрами на рабочую полосу, имеющимися в тракте, обеспечит систему ШОУ (широкая полоса - ограничитель - узкая полоса).

ОПИСАНИЕ ТРАКТА

Блок-схема предлагаемого приемно-усилительного тракта приведена на фиг.2.

Тракт содержит устройство формирования приемной характеристики направленности 1, на выходе которого включен усилитель 2, содержащий смеситель частот и полосовой фильтр на рабочую полосу тракта. Смеситель совместно с гетеродином, входящим в состав системы компенсации эффекта Допплера 8, образует преобразователь частоты. К выходу усилителя 2 подключены два канала. Один канал состоит из регулируемого по реверберации усилителя 4, подключенного своим выходом к участку "гребенки" 5, содержащему только реверберационные фильтры. После каждого реверберационного фильтра включены усилители 6 с АРУ, которые своими выходами подключены ко входу индикаторного устройства 7. Ко входам участков 8 и 9 "гребенки", в которые входят только шумовые фильтры, подключен канал, содержащий фильтр-пробку 10 на частоты спектра реверберации, и соединенный последовательно с этим фильтром усилитель-ограничитель 11. Выход каждого шумового фильтра подключен ко входу индикаторного устройства 7.

РАБОТА ТРАКТА

Гидроакустические сигналы и помеха (шум плюс реверберация) принимаются с определенного направления устройством формирования приемной характеристики направленности 1 и превращаются этим устройством в электрические сигналы, поступающие на вход усилителя 2. В усилителе 2 частоты принимаемых сигналов преобразуются в частоты, пропускаемые "гребенкой" узкополосных фильтров. Системой компенсации эффекта Допплера 3 обеспечивается "привязка" спектра реверберации к определенным частотам рабочей полосы тракта. С выхода усилителя 2 сигнал и помеха поступают на два канала. В одном канале сигнал и помеха (шум плюс реверберация) поступают на вход усилителя 4, в котором обеспечивается регулировка усиления по помехе обычным способом (например, ВРУ или спектральная регулировка). С выхода усилителя 4 сигнал и помеха поступают на участок 5 "гребенки" фильтров, включающий только реверберационные фильтры. С каждого реверберационного фильтра сигнал и помеха поступают на усилители 6 с АРУ, каждый из которых обеспечивает регулировку усиления в отдельном реверберационном канале, осуществляя в совокупности выравнивание спектра помехи. Сигналы с выхода каждого усилителя 6 поступают на вход индикаторного устройства 7. На входы шумовых фильтров 8 и 9 сигнал поступает с выхода усилителя 2 через фильтр-пробку 10, "вырезающий" спектр реверберации, и усилитель-ограничитель 11. Усилитель-ограничитель, обеспечивая относительное постоянство среднего уровня помехи на выходах шумовых фильтров "гребенки", образует (после "вырезания" узкополосной помехи - реверберации) совместно с фильтром на рабочую полоса усилителя 2 и узкополосными фильтрами "гребенки" систему ШОУ. Система ШОУ пропускает эхо-сигнал, практически не ухудшая отношение сигнал/помеха на выходах узкополосных фильтров (для практически реализуемых в современных станциях отношений сигнал/помеха на входе). С выхода каждого шумового канала (фильтра) сигналы подаются на индикаторное устройство 7.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Экспериментальная проверка показала, что при построении тракта по предлагаемой схеме полностью исключается ослабление (за счет регулировок по реверберации) эхо-сигналов, попадающих в шумовые каналы, и тем самым повышается эффективность их обнаружения в присутствии реверберации.

Изобретение относится к области гидроакустической техники и может быть использовано при проектировании и модернизации гидроакустических станций. Техническим результатом является повышение эффективности обнаружения эхо-сигналов вне спектра реверберации. Устройство содержит систему компенсации «допплеровского» сдвига частоты, вызванного движением корабля-носителя локатора, устройство формирования приемной характеристики направленности, усилитель с регулировкой усиления по реверберации и усилитель с преобразователем частоты, к выходу которого подключен шумовой канал с усилителем-ограничителем или регулируемым усилителем и гребенкой фильтров и реверберационный канал с гребенкой фильтров и регулируемыми усилителями. Для достижения технического результата усилитель с регулировкой усиления по реверберации включен в реверберационный канал между выходом преобразователя частоты и входом гребенки фильтров. 2 ил.

Приемно-усилительный тракт гидролокатора, содержащий систему компенсации "допплеровского" сдвига частоты, вызванного движением корабля-носителя локатора, устройство формирования приемной характеристики направленности, усилитель с регулировкой усиления по реверберации и усилитель с преобразователем частоты, к выходу которого подключен шумовой канал (с усилителем-ограничителем или регулируемым усилителем и гребенкой фильтров) и реверберационный канал (с гребенкой фильтров и регулируемыми усилителями), отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности обнаружения эхо-сигналов вне спектра реверберации, усилитель с регулировкой усиления по реверберации включен в реверберационный канал между выходом преобразователя частоты и входом гребенки фильтров.