Способ определения времени распространения акустического сигнала между объектами, разделенными водной средой, и устройство для его осуществления

 

Назначение: для определения времени распространения акустического сигнала между объектами, разделенными водной средой. Цель изобретения-расширение диапазона определяемых времен распространейия акустического сигнала между объектами при сокращении потребляемой энергии. Способ заключается в передаче гидроакустического сигнала А с первого объекта на второй, прием гидроакустического сигнала на втором объекте, передаче гидроакустического сигнала Б со второго объекта на первый, приеме гидроакустического сигнала Б на первом объекте, измерении времени посылки гидроакустического сигнала А и приеме гидроакустического сигнала Б на первом объекте. А также в использовании в качестве гидроакустических сигналов А и Б последовательностей пронумерованных кодовых комбинаций, каждая из которых состоит из последовательности кодовых элементов; являющихся гидроакустическими эквивалентами информационных квантов с тактовым периодом ТИ, в запоминании на первом и втором объектах образов кодовых комбинаций гидроакустических сигналов Б и А соответственно, причем прием гидроакустических сигналов включает определение временных границ периодов Т прихода кодовых элементов с регенерацией внутри указанных периодов Т указанных кодовых элементов, в определении на втором объекте номера к регенерированной кодовой комбинации гидроакустического сигнала А, полностью совпадающей с ее образом, В определении на первом объекте камеры М регенерированной кодовой комбинации гидроакустического сигнала Б, полностью совпавшей с ее образом, в определении времени приема на Нервом объекте гидроакустического сигнала Б по масштабу указанного полного последнего совпадения. На первом объекте имеется блок управления 1, передатчик 2, приемник 3 акустических сигналов, измеритель 4 временного интервала, генератор 5 прямого сигнала, датчик 6 эталонного эхосигнала, блок сравнения 7, измеритель 8 положения границ символов, регенератор 9 символов, вычислитель 10. Второй объект содержит приемник , и передатчик акустических сигналов, датчик эталонного прямого сигнала, блок сравнения, генератор эхосигнала, измеритель положения границ символов, регенератор символов. 2 с.п.ф-лы, 3 ил. ел с со со 00 00 о 00

союз соВетских

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (s )s 6 О1 S 15/00

ГОСУДАРСТВЕНЮЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ПАТЕНТУ (21) 4940139/22 (22) 30.05.91 (46) 30,08.93. Бюл. М 32 (71) Новосибирский электротехнический институт связи им.Н,Д,Псурцева (72) Г,И.Криволапов, В.С.Гавриленко и

Б.Н.Шеин (73) Новосибирский электротехнический институт связи (56) Митько B,Á, и др. Гидроакустические средства связи и наблюдения, Д.: Судостроение, с.200.

Сувилов Э.В; и др. Гидроакустический комплекс для подъема донных и притапливаемых океанологических станций. — Океанология, 1983, ХХ1И, М 4, с.469-703, (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ВРЕМЕНИ

РАСПРОСТРАНЕНИЯ АКУСТИЧЕСКОГО

СИГНАЛА МЕЖДУ ОБЪЕКТАМИ, РАЗДЕЛЕННЫМИ ВОДНОЙ СРЕДОЙ, И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ (57) Назначение: для определения времени раСпространения акустического сигнала между объектами, разделенными водной средой. Цель изобретения — расширениедиап4зона определяемых времен распространения акустического сигнала между объектами при сокращении потребляемой энергии. Способ заключается в передаче гидроакустического сигнала А с первого объекта на второй, прием гидроакустического сигнала на втором объекте, передаче гидроакустического сигнала Б со второго объекта на первый, приеме гидроакустического сигнала Б на первом объекте, измере- нии времени посылки гидроакустического. сигнала А и приеме гидроакустического сигнала Б на первом объекте. А также в исполь„„5U,, 1838891 АЗ зовании в качестве гидроакустических сигналов А и Б последовательностей пронумерованных кодовых комбинаций, каждая из которых состоит из последовательности кодовых элементов; являющихся гидроакустическими эквивалентами информационных квантов с тактовым периодом ТИ, в запоминании на первом и втором обьектах образов кодовых комбинаций гидроакустических сигналов Б и А соответственно, причем прием гидроакустических сигналов включает определение временных границ периодов Т прихода кодовых элементов с регенерацией внутри указанных периодов Т указанных кодовых элементов, в определении нэ втором обьекте номера к регенерированной кодо-. вой комбинации гидроакустического сигна- Б ла А, полностью совпадающей с ее образом, В определении на первом объекте камеры М, регенерированной кодовой комбинации гидроакустического сигнала Б, полностью совпавшей- с ее образом, в определении времени приема на Нервом объекте гидроакустического сигнала Б по масштабу указанного полного последнего совпадения. СО

На первом объекте имеется блок управления 1, передатчик 2, приемник 3 акустических сигналов, измеритель 4 временного О© интервала, генератор 5 прямого сигнала, 00 датчик 6 эталонного эхосигналэ, блок срав- С1 нения 7, измеритель 8 положения границ в символов, регенератор 9 символов, вычислитель 10. Второй объект содержит прием ник, и передатчик акустических сигналов, датчик эталонного прямого сигнала, блок сравнения, генератор эхосигнала, измеритель положения границ символов, регенератор символов. 2 с.п.ф-лы, 3 ил.

1038801

Изобретение относится к гидроакустическим измерениям и может быть использовано в системах гидроакустической навигации для определения времени распространения гидроакустического сигнала между обьектами, разделенными водной средой.

Известный способ может применяться только для определения интервалов времени распространения акустического сигнала "0 между обьектами, удовлетворяющих усло- . вию

r 0,5((И вЂ” 1}п Т)., (1)

15 где п Т вЂ” длительность кодовой комбинации сигнала А, п1 — количество кодовых элементов в кодовой комбинации сигнала А, и — количество кодовых комбинаций, составляющих 20 сигнал А.

Целью изобретения является расширение диапазона определяемых времен распространения акустического сигнала между объектами при сокращении потребляемой 25 энергии.

Изобретение поясняется примером конкретного выполнения, где на фиг. 1 показана блок-схема первого обьекта (с кото-. рого определяется время. распространения 30 акустического сйгнала между объектами), на фиг.2 — блок-схема второго объекта (до которого определяется время распространения акустического сигнала с первого объекта), на фиг.3 — пример конкретного варианта выполнения блока задержки. Первый объект, который находится, например, íà поверхности океана (см.фиг,t) содержит блок управления 1, передатчик 2 и приемник 3 акустических сигналов, измеритель времен- 40 ного интервала 4, генератор прямого сигнала 5, датчик эталонного эхосигнала 6, блок сравнения 7, измеритель положения границ символов 8, регенератор символов 9 и вычислитель 10. Вход генератора прямого сиг- 45 нала 5 параллельного с входом измерителя временного интервала 4 подключен к пусковому блоку управления 1. Первый выход генератора прямого сигнала 5 подключен к передатчику 2, к информационным входам 50 блока сравнения 7 подключены датчик эталонного эхосигнала 6 и регенератор символов 9, информационный вход которого подключен к выходу приемника акустических сигналов 3, параллельно подключенно- 55 го к входу измерителя положения границ символов 8, выход которого подключен к параллельно соединенным тактовым входам регенератора символов 9. датчика эталонного эхосигнала 6, блока сравнения 7.

Второй выход генератора прямого сигнала

5 подключен к параллельно соединенным управляющим входам датчика эталонного эхосигнала 6 и блока сравнения 7. Выход блока сравнения 7 подключен ко второму входу измерителя временного интервала 4.

Выход последнего вместе с выходом блока сравнения 7 и выходом "номер" датчика эталонного эхосигнала 6 подключен к вычислителю 10, выход которого является выходом устройства oil ределения времени распространения акустического сигнала между объектами.

Второй обьект, который находится, например, под водой (фиг.2) содержит приемник 11 и передатчик 12 акустических сигналов, датчик эталонного прямого сигнала 13, блок сравнения 14, генератор эхосигнала 15, измеритель положения границ символов 16, генератор символов 17, блок задержки 18. При этом к информационным входам блока сравнения 14 подключены датчик эталонного прямого сигнала t3 и регенератор символов 17. информационный вход которого подключен к выходу приемника акустических сигналов 11, параллельно подключенного к входу измерителя положе-ния границ символов 16, выход которого подключен к параллельно соединенным тактовым входам регенератора символов 17, датчика эталонного прямого сигнала 13, блока сравнения 14. Выход генератора эхосигнала 15 подключен к входу передатчика акустических сигналов 12, а вход генератора эхосигнала 15 — к выходу блока задержки 18, первый вход которого подключен к выходу блока сравнения 14, а второй вход блока задержки 18 — к выходу "номер" датчика эталонного прямого сигнала 13.

Работа устройства заключается в последовательной реализации следующих операций: . 1. Предварительно на первом и втором объектах запоминают образцы кодовых комбинаций гидроакустических сигналов Б и А, соответственно, а также продолжительность фиксированного интервала времени

Та. Данные о кодовых комбинациях гидроакустического сигнала А закладывают в датчик эталонного прямого сигнала 13, а а кодовых комбинациях гидроакустического сигнала Б — в датчик эталонного эхосигнала

6. Численное значение продолжительности фиксированного интервала времени То закладывают в вычислитель 10 и блок задерж18.

2. Первый и второй объекты произвольным образом размещают в водной среде.

1838801Тз То - Кп1Т, где п1- количество кодовых элементов в одной кодовой комбинации сигнала А. Спустя время Тз после указанного совпадения е генераторе эхосигнала 15 формируется сигнал Б, который посредством передатчика 12 излучается в воду.

9. На первом объекте осуществляют операции по приему сигнала Б, определению временных границ периодов Т прихода кодовых элементов сигнала Б на первый объект, регенерации внутри указанных периодов Т кодовых элементов и сравнению регенерированных кодовых комбинаций с их образами. Эти операции эквивалентны операциям по пп. 4, 5, 6 и 7 и осуществляется посредством аналогичных узлов первого объекта.

Лt tz t

Например, первый объект размещают на судне, а второй опускают на дно бассейна.

3. В заданный момент времени с первого объекта на второй передают гидроакусти- . ческий сигнал А, состоящий из последова- 5 тельности пронумерованных кодовых комбинаций 9 (i = 1,2,3„.,N<), каждая из которых, состоит из кодовых элементов о (1 < I 9 L) с тактовым периодом Т, являющихся гидроакустическими эквивалентами 10 информационных квантоа Р (в двоичной системе счисления I = 2, Р1 = О, Р2 - 1) и запоминают момент t> посылки сигнала А.

Для осущеСтвления данной операции в момент времени t> с пускового блока управле- 15 ния 1 на управляющие входы генератора прямого сигнала 5 и измерителя временного интервала 4 посылается сигнал запуска.

Генератором прямого сигнала 5 осуществляется формирование сигнала А, излучаемо- 20

ro в водную среду посредством передатчика акустических сигналов 2.

4. На втором объекте акустический сигнал превращается в электрическую форму, Операция осуществляется посредством 25 приемника акустических сигналов 11.

5. Определяют временные границы периодов Т прихода кодовых элементов сигнала А на второй объект, Операция осуществляется посредством измерителя положенйя границ 30 символов 16, выполненного, например, в виде системы фазовой автоподстройки, которая определяет наиболее вероятное положение границ принимаемых кодовых элементов и выдает в эти моменты выход- 35 н ые импул ьсы. 6. Внутри полученных в результате проведения операции по н.5 периодов Т регенерируют кодовые элементы о посредством регенератора символов 17, управляемого 40 импульсами измерителя положения границ символов 16, на основе поступающих на его информационный вход сигналов с выхода приемника акустических сигналов l1, 7. Сравнивают полученные из регенери- 45 рованных кодовых элементов кодовые комбинации {регенерированные кодовые комбинации) с их образами, запоминаемыми в процессе операции по п.1, Для этого по каждому выходному импульсу измерителя 50 положения границ символов 16 в блок сравнения 14 вводят сигналы с выхода датчика эталонного прямого сигнала 13 и регенератора символов 7;17, т.е. в блок сравнения 14 сигнала с датчика эталонного прямого сиг- 55 нала подаются с приходом очередного регенерированного символа от регенератора символов 14, а не постоянно, как в прототипе, следовательно, экономится энергия.

8, В момент полного совпадения регвнерированной комбинации с ее образом определяют номер К этой комбинации, вычисляют время задержки Тз, спустя котор е фЬрмируют и передают со второго объекта на первый гидроакустический сигнал Б, состоящий, как и сигнал А, из последовательности пронуверованных кодовых комбинаций QI (j = 1, 2, 3,...,Nz), каждая из которых состоит из последовательности кодовых элементов це (I < 1 Ц, указанных в п.3, Данная операция осуществляется посредством выработки блоком сравнения 14 управляющего сигнала на блок задержки 18 при полном совпадении регенерированной кодовой комбинации, поступающей с выхода регенератора символов 17. с одним из хранящихся в датчике эталонного прямого сигнала 13 образов, номер К которого поступает на второй управляющий вход блока задержки 18. При этом в блоке задержки 18 вычисляется время задержки Тз, равное разности укаэанного в п.1 фиксированного интервала времени То и длительности K кодовых комбииаций сигнала А, 10. В момент полного совпадения регенерированной кодовой комбинации сигнала

Б с ее образом определяют ее номер М, Операция осуществляется аналогично определению номера К в операции по п.8, Информация из датчика эталонного эхосигнала 6 î M поступает при срабатывании блока сравнения 7 е вычислитель 10. Одновременно в вычислитель 10 заводят информацию с измерителя временного интервала

5 о разнице Ьt

1838801 где ц — момент посылки сигнала А, tg— момент срабатывания блока сравнения 7.

11. Наоснове Ьt,Т, МиТоопределяют время распространения акустического сигнала между первым и вторым объектами иэ зависимости: лением выходного сигнала блока задержки

18 равен

r 0.5 (Ь t - То - MTn2)< ми, должны выполняться два равенства:

То - пго

20 (4) Кп1Т К то. счетчик делитель 22 по модулю и, Коэффи циент деления и счетчика-делителя 22 выбирается таким образом, чтобы максимальйая

Такое выполнение способа и устройства позволяет расширить их .функциональные длительность периода следования его выходных импульсов была равна указанному интервалу времени То,. Работа блока задер жки 18 заключается в следующем. врвмени распространения акустических сигналов во всем диапазоне значений вплоть др нулевых бвэ увеличемия потребПри срабатывании .на втором объекте ления энергиинавтораиблоке.Крометого, блока сравнения 14(см.п. 8 описания рабо- 30 из=за того, что отпадает .необходимость в ты способа и устройства), его выходным сиг- ц>ед®че со втопчу,объекта на первый в налом RS-.òðèããåð 19 переводится в составвкаждойкодееойкомбинациисигнасостояние "1", разрешая работу управляв- . ла Б номера К принятой без искажейий на мого генератора 20. Одновремемно по тому втором обьектв кодовой комбинации сигнаже сигналу от блока сравнения 14 с выхода 35 ла:А, упрощается структура сигнала 6. повыпреобразователя кодов 21. в счетчик 22 заносится число К. соответствующее упомянутому номеру К принятой кодовой комбинации аавтся помехоустойчивость вго передачи, следовательно, может быть. снижена мощммть передачи сигнала Б, то есть понижагидроакустического сигнала А. Указанный. вася потребление энергии 07 источника пйвани». Это позволяет повысить автономномер К подается с выхода "Номер".датчика 40 эталонного прямого сигнала 1.3. Счетчик 22 начинает счет импульсов с.выхода генератоность.второго объекта. .Фермула изобретения ра 20. Спустя промежуток времени Тз после прихода сигнала от блока сравнения 14 на

:1. Способ определения времени распространения акустического сигнала между выходе счетчика 22 формируется сигнал, ко-. 45 объектами,:разделенными водной средой, торый запускает генератор эхосигнала 15, эаключающийся в запоминании на первом устанавливает йЗ-триггеры .19 в состояние и втором обьектах образов кодовых комби"0". блокируя работу блока задержки 18. В этом состоянии блок задержки 18 будет нанаций соответствующих гидроакустических сигналов Б и А, представляющих последоваходиться до срабатывания блока сравнения бинаций, каждая из которых состоит из последовательности кодовых элементов, яв14 в очередном цикле измерений. Примеры конкретной реализации RS-триггера 19, управляемого генератора 20, преобразователяя кодов 21, счетчика-делителя 22 можно ляющихся гидроакустичесКими эквивалентами-информационных квамтов с тактовым найти в книге Титца У., Шенк К, Полупровед- 55 периодом 7, в передаче гидроакустического сигмала А с первого обьекта на второй, приеме вго нв втором объекте с определением никовая схемотехника: Справочное руководство. Пер. с нем. — M.: Мир, 1982.

Указанный промежуток времени Тз между срабатыванием блока сравнения 14 и появграниц кодовых. элементов, их регенерацией, в определении номера К, регенерированной кодовой комбинации .сигнала А, где пз — количество кодовых элементов в кодовых комбинациях сигнала Б, Операция осуществляется вычислителем 10, например,.программйым способом.

Блоки, входящие в состав-заявляемого устройства, известны в технике. Для его реализации могут быть использованы соответствующие блоки из устройства-прототипа.

Пример реалйзации.введенного блока задержки представлен на фиг.3. В состав бло«а входят RS-триггер 19, управляемый генератоо 20, преобразователь кодов 21 и

ТЗ Пто .Кто. (3)

1 „ I

5 где n — коэффициент деления счетчика-делителя 22; то- период следования выходных сигналов генератора 2:

10 . K — выходмой код преобразователя кодов 21, соответствующий номеру К принятой кодовой комбинаци е. сигнала А.

Параметры и, то и K блока задержки 18 должны выбираться таким образом, чтобы

15 указанмые значения Тз.из формулы (2) и Т иэ формулы (3) были равны, другими слова25 воэможности и осуществл»ть определение

50 тельновть пронумерованных кодовых ком1838801 полностью совпадающей с ее образом, и передаче с второго объекта на первый сигнала Б, в приеме сигнала на первом объекте с определением границ кодовых элементов, их регенерации; в определении номера М 5 регенерированной кодовой комбинации гидроакустического сигнала Б, полностью совпавшей с ее образом, в определении времени приема на первом объекте гидроакустического сигнала Б по моменту указан- 10 ного полного последнего совпадения, о тличающийся тем,что,сцелью расширения диапазона определяемых времен распространения акустического сигнала, при сокращении потребляемой энергии, 15 одновременно с запоминанием образов кодовых комбинаций, дополнительно запоминают заданный фиксированный интервал времени То > длительности сигналов А на первом и втором объектах, на последнем 20 после определения номера К кодовой комбинации сигнала А задерживают сигнал на длительность, равную разности фиксированного интервала времени Тр и длительности К кодовых комбинаций сигнала А, и 25 затем передают с второго объекта на первый сигнал Б, при этом время распространения акустического сигнала между объектами определяют на момент приема на первом объекте гидроакустического сиг- ЗО нала Б, используя значения Т, М, Т .

2. Устройство для определения времени распространения акустического сигнала между объектами, разделенными водной 35 средой, содержащее на первом объекте пусковой блок управления, подключенный параллельно к входам измерителя временного интервала и генератора прямого сигнала, первый выход которого соединен с входом 40 передатчика акустических сигналов, второй выход генератора прямого сигнала подключен к управляющему входу блока сравне-" ния, информационные входы которого подключены к первому выходу датчика эталонного эхосигнала и выходу регенератора символов, информационный вход последнего подключен к выходу приемника акустических сигналов, параллельно подключенного к входу измерителя положения границ символов, выход которого подключен к тактовому входу регенератора символов, выход блока сравнения подключен к второму входу измерителя временного интервала, выход которого вместе с выходом блока сравнения и выходом "Номер" датчика эталонного эхосигнала подключен к вычислителю, на втором объекте выход. приемника акустйческих сигналов соединен параллельно с информационным входом регенератора символов и входом измерителя положения границ символов, выход которого соединен с тактовым входом регенератора символов, выхоД последнего. подключен к первому информационному входу блока сравнения, второй информационный вход которого подключен к выходу датчика эталонного прямого сигнала, выход генератора эхосигнала подключен к входу передатчика акустических сигналов, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью расширения диапазона

on ределяемых времени распространения акустического сигнала между объектами при одновременном сокращении потребляемой энергии, на втором. объекте введен блок задержки, выход которого подключен к входу генератора эхосигнала, а информационный и управляющий входы — соответст. венно к выходу "Номер" датчика эталонного прямого сигнала и к выходу блока сравнения, тактовые входы которых подсоединены к выходу измерителя положения границ символов, при этом на первом объекте второй выход генератора прямого сигнала подключен к управляющему входу датчика эталонного эхосигнала, тактовые входы последнего и блока сравнения соединены с выходом измерителя границ символов. бло

Редактор

Заказ 2925 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж 35. Раушская наб;; 4/5

Произеодстеенно-издательский комбинат Патент", г. Ужгород. Ул.Гагарина. 101

Йп

tapir

6ЬгХ

Составитель А.Зарубин

Техред ММоргентал Корректор А.Мотыль