Устройство для телеизмерения гидрологических параметров Советский патент 1982 года по МПК G08C19/28 

Изобретение относится к телеметрии и .может быть эффективно использовано в телеизмерительных системах, а также для оперативного получения информации по каналам связи,например, от подводных объектов в условиях мелководной зоны морей с явно выраженными явлениями реверберации и многолучевого распространения сигнала.

Известно телеизмерительное у -тройство, состоящее из первичных датчиков информации, измерительно-кодирующего блока, передатчика, предназначенные для измерения параметров водной среды и передачи их значений по каналу связи СОСущественным недостатком этого устройства является малая помехозащищенность канала связи от посторонних шумовых и импульсных помех . Повышение помехозащищенности в этом устройстве может быть достигнуто

ТОЛЬКО за счет сокращения избыточности гидрологической информации путем сужения полосы передаваемых частот и повышения в итоге отношения сигналшум. Использование этого устройства в мелководной шельфовой зоне морей, где сильно проявляются явления реверберации и многолучевого распространения сигнала в воде, неэффективно.

Явление реверберации (подводное эхо) заключается в многократном отражении сигнала от неровностей дна, поверхности воды и проявляется на приемной стороне в виде серии постепенно зс-тухающих по амплитуде импульсов, следующих друг за другом вместо одного излученного импульса. Время затухания реверберации зависит от многих фскторов, как, например, от глубины водоема, характера дна, солености и температуры воды. Типичное значение времени затухания реверберации для шельфовой зоны морей с глубиной от 3Э 20 до 300 м составляет от 0,02 до 0,1 с. Явление многолучевости проявляетс при горизонтальном или наклонном рас пространении луча при наличии елоистой структуры водных масс или слож ного профиля вертикального распределения скорости звука в воде. В резул тате многолучевого распространения сигнала при одном излученном импуяьсё на приемник приходит несколько импульсов с различными временными заде|эжками. Очень часто импульсы накладываются друг на друга и вызывают интерференцию. Поэтому в качестве по лезного сигнала на приемнике может рассматриваться только первый из принятых импульсов, или даже только (Передний фронт импульса, а остальные импульсы рассматриваются как помехи. Повторные импульсы, поступившие на вход приемного устройства в результате явлений реверберации и многолучевости, нарушают работу телеметрического канала связи и квалифицируются как специфические помехи. Аналоги ная картина явлений реверберации и многолучевости может наблюдаться и в радиосвязи при отражении радиоволн от ионосферы. Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является уст ройство для т елеизмерения гидрологических параметров, содержащее аналого вые датчики, подключаемые через коммутатор к блоку сравнения, а также генератор тактовых импульсов, блок запуска, передатчик, элементы И и ИЛИ и блок формирования выходного кода, включающий в себя |-К-триггеры, блок ключевых элементов и элементы задержки. Связи между элементами осуществлены так, что.формирование выходного двоичного кода и передача данных осуществляются одновременно в процессе выполнения измерений. Благодаря одновременности выполнения двух различных функций передача данных осуществляется без пауз непрерывно, что экви валентно снижению технической скорости передачи данных при заданной ин формационной скорости. Повышение эффективности канала связи в устройстве достигается за счет сокращения полосы излучаемых частот и повышения отношения си гнал-помеха. Максимальный выигрыш этого устройства достигается 34 в приборах зондирующего типа при глубоководных исследованиях 2. Основным недостатком устройства, который ограничивает область его применения, является низкая помехозащищенность, которая особенно проявляется при работе устройства в мелководных зонах мо|зей, где сильно проявляются явления реверберации и многолучевости. Цель изобретения - повышение помехоустойчивости устройства к явлениям реверберации и многолучевости при одновременном сохранении скорости передачи получаемой информации. Указанная цель достигается тем, что в устройство для телеизмерения гидрологических параметров, содержащее датчики, выходы которых соединены с информационными входами коммутатора, блок запуска,генератор тактовых импульсов, элемент И, выход которого соединен со входом передатчика, блок ключевых элементов и блок задержки, введены регистр сдвига и преобразователь кода, выход коммутатора соединен с информационным входом регистра сдвига, выход которого соединен с информационным входом преобразователя кода соединен с первыми входами элемента И и элемента задержки, выход которого соединен с установочным входом преобразователя кода, первый, второй и третий выходы генератора тактовых импульсов соединены соответственно с вторым входом элемента задержки и входом блока запуска, первый, второй, третий и четвертый выходы которого соединены с управляющими входами соответственно коммутатора, регистра сдвига, блока ключевых элементов и преобразователя кода. Эти отличия устройства обеспечивают существенное повышение помехоустойчивости предложенного устройства к реверберационным и многолучевым помехам и достигается благодаря тому, что кодовые импульсы на выходе передатчика отстоят друг от друга по времени на расстоянии большем, чем время затухания реверберации и многолучевого запаздывания, образуя, так называемый, многопозиционный фазо-импульсный код в отличие от импульсного двоичного кода. Параметры многопозиционного фазоимпульсного кода формируются Tait, что минимальный период времени между 59 кодовыми импульсами в несколько раз превышает период времени между посыл ками эквивалентного двоичного кода. Благодаря такому техническому реше-нию исключается возможность наложения реверберационной или многолучевой помехи от предшествующего импуль са на последующий, т.е. помеха успевает затухать в паузе между двумя со седними импульсами. Предполагается, что на приемной стороне прием импульса производится только в ожидаемом интервале времени (стробирование за счет синхронизации канала связи п тем передачи синхроимпульса в н&чале каждой кодовой группы. На чертеже показана блок-схема предлагаемого устройства. Устройство содержит датчики 1 , 12,..., 1 измеряемых параметров, включакидие в свой состав цифровые пр образователи с цифровым двоичным выходом, коммутатор 2 каналов, регистр сдвига, имеющий концевую секцию 4, вме1цающую в себя столько двоичных ра рядов, каково основание формируемого позиционного кода (например пять, или шестьК Выход регистра концевой секции подключен к информационному входу блока 5 ключевых элементов, вы полняющих функцию поочередного переноса двоичного числа из концевой сек ции регистра 5 в следующий за ним преобразователь 6 двоичного кода, который выполняет сдвиг кодового импульса по времени на дискретную вели Мину, пропорциональную преобразуемом коду. Устройство также содержит элемент 7 задержки, элемент И 8, передатчик 9, блок 1C запуска и генератор 11 тактовых импульсов. Частота командных импульсов на выходах блока 10 запуска определяется требуемой повторяемостью выполняемых операций в каждом из элементов, а временное положение импульсов соот ветствует очередности выполнения каж дой операции внутри цикла формирования кода. Когерентность (строго определенное соотношение фазы формируемых кодовых импульсов и несущей частоты передатчика обеспечивается генераторюм 11 тактовых импульсов. Частота тактовых импульсов на пер вом выходе генератора 11 соответству ет несущей частоте передатчика, на втором выходе - частоте повторения кодовых импульсов, а на третьем выходе - частоте смены позиций кодово36го импульса на временной оси внутри заданного интервала, составляющего, относительно малую часть от полного периода следования импульсов (не более 10%). Устройство работает следующим образом. По команде с блока 10 запуска коммутатор 2 каналов переносит двоичный код с выхода датчика 1 на вход регистра 3. Несколько старших разрядов двоичного кода сдвигаются в концевую секцию k при воздействии на управляющий вход регистра 3 управляющих импульсов с выхода блока 10 запуска. Далее, по команде с третьего выхода блока 10 блока 5 ключевых элементов переносит код из концевой секции в преобразователь 6 кода. Преобразователь 6 кода представляет собой двоичный счетчик с объемом, равным числу позиций формируемого многопозиционного кода(тридцать два игм шестьдесят четыре. Импульс на выходе преобразователя 6 появляется тогда, когда происходит переполнение счетчика под действием тактовых импульсов, поступающих от блока 10 запуска, следующих с частотой смены позиций кодового импульса. Момент переполнения счетчика зависит от начального кода, в который он был установлен по параллельному входу, благодаря чему, и происходит преобразование кода во временное положение выходного импульса. Выходной импульс поступает .на первый вход элемента И 8 и далее на вход передатчика 9 благодаря тому, что на втором входе элемента И постоянно присутствует сигнал несущей частоты передатчика 9- Передатчик 9 излучает кодовый импульс в среду распространения сигнала. Передний фронт кодового импульса соответствует переднему фронту импульса несущей частоты благодаря тому, что они формируются из частоты общего генератора 11. После формирования кодового импульса преобразователь 6 кода сбрасывается в исходное нулевое состояние через элемент 7 задержки, который дает выходной импульс сброса прж условии, что на его тактовый вход поступил импульс управления от преобраователя 6 кода, а на установочный вход очередной тактовый импульс от второго выхода тактового генератора 1, После излучения первого кодового импульса блок 10 запуска выдает очередную пачку импульсов по второму

выходу на регистр 3 и в концевую секцию 4 поступает очередная порция разрядов двоичного кода, подлежащая преобразованию в кодовый импульс, расположенный в определенной временной по- s зиции. Если каждый параметр выражается двенадцатиразрядным двоичным числом, что соответствует точности преобразования 0,025%, то при использовании позиционного кода с основанием 6 Ю (шестьдесят четыре позиции его значение передается всего двумя импульсами .

После передачи всех разрядов кода, содержащихся в регистре 3, коммута- 15 тор 2 каналов по команде блока 10 запуска пересылает в регистр 3 содержимое следующего датчика и весь цикл работы устройства повторяется. Так происходит до полного опроса всех20

датчиков 1|/,. В начале цикла передачи излучается один кодовый импульс, находящийся на нулевой позиции, который служит синхронизирующим импульсом для приемного устройства.25

В результате того, что устройство для телеизмерения гидрологических параметров содержит регистр сдвига с концевой секцией, имеющий параллельный выход, и преобразователь кодазо во временной сдвиг импульса, ffe также благодаря соответствующим связям между блоками, обеспечивается повышенная помехоустойчивость этого устройства к реверберации и многОлучевости. jj

Дополнительный выигрыш от использования устройства заключается в экономии энергии автономных источников питания за счет того, что в несколько раз сокращается общее число излучен- Q ных импульсов при неизменной их длительности и мощности. Это позволяет при заданной емкости источников питания повысить импульсную мощность передатчика и- тем самым или увеличить j дальность канала связи, или при заданной дальности, увеличить отношение си гнал-помеха.

Повышенная помехоустойчивость предлагаемого устройства к ревербера-50 ции и многолучевости позволяет расширить область его применения на мел138

ководную шельфовую зону морей, в которой использованию известных устройств препятствовали ярко выраженные явления реверберации и многолучевости. Мелководные зоны морей в настоящее время приобретают все возрастающее экономическое значение в связи с с расширением поисковых работ на нефть, газ и другие полезные ископаемые.

формула изобретения

Устройство для телеизмерения гидрологических параметров, содержащее датчики, выходы которых соединены с информационными входами коммутатора блок запуска, генератор тактовых импульсов, элемент И, выход которого соединен с входом передатчика, блок ключевых элементов и элемент задержки, отли чающееся тем, что, с целью повышения помехоустойчивости устройства, в него введены регистр сдвига и преобразователь кода, выход коммутатора соединен с информационным входом блока ключевых элементов, выход которого соединен с информационным входом преобразователя кода выход преобразователя кода соединен с первыми входами элемента И и элемента задержки, выход которого соединен с установочным входом преобразователя кода, первый, второй и третий выходы генератора тактовых импульсов соединены соответственно с вторым входом элемента И, вторым входом элемента задержки и входом блока запуска, первый, второй, третий и четвертый выходы которого соединены с управляющими входами соответственно коммутатора, регистра сдвига, блока ключевых элементов и преобразователя кода.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Авторское свидетельство СССР N° , кл. G 08 С 19/28, 1973.

2.Авторское свидетельство СССР № 680020, кл. G 08 С 19/28, 1977 (прототип).