Устройство для обнаружения и классификации объектов по акустической жесткости

 

Изобретение относится к акустическим локационным системам. Цель изобретения - повышение надежности классификации объектов. В водную среду с помощью гидроакустических преобразователей излучаются звуковые волны с частотой F и амплитудно-модулированные волны с подавляемой несущей f₀ , причем f₀>>F . Отразившись от зондируемого объекта, эти два типа волн принимаются теми же гидроакустическими преобразователями и, пройдя через коммутаторы прием-передача, поступают на селективные усилители. Низкочастотные сигналы с выхода усилителя поступают на усилитель-ограничитель, а затем на вход фазового детектора. На другой вход этого детектора поступает сигнал фазовой модуляции, выделенный из сигнала с подавленной несущей фазовым детектором. Поскольку фаза огибающей модулированного колебания не зависит от акустической жесткости отражающего объекта, а фаза низкочастотной волны зависит, то это позволяет по полярности импульса на осциллографе, вырабатываемого фазовым детектором, судить о жесткости лоцируемого объекта, т. е. производить классификацию по этому критерию. 2 ил.

Изобретение относится к акустическим локационным системам и может быть использовано в локационных системах для обнаружения и классификации объектов по акустической жесткости.

Известен способ различения эхосигналов от отражающих тел с различной акустической жесткостью при подводной эхолокации и устройство для осуществления способа. Принцип действия устройства заключается в том, что по направлению к объекту излучают две связанные по фазе волны с частотами f₁ и f₂ = 2f₁. Эхосигналы принимают раздельными приемниками. Сигналы с частотой f₁ поступают на вход удвоителя частоты. В результате удвоения частоты происходит удвоение фазового сдвига, обусловленного отражением от объекта. Сигналы с выхода удвоителя частоты и с выхода второго приемника поступают на вход фазового детектора, где происходит измерение фазового сдвига между ними. Измеренный фазовый сдвиг характеризует акустическую жесткость отражающего объекта.

Недостатком прототипа является низкая надежность классификации объектов.

Низкая надежность классификации объектов по акустической жесткости обусловлена невозможностью однозначного отнесения обнаруженного объекта к одному из классов в случае нелинейной фазо-частотной характеристики коэффициента отражения, что имеет место у объектов со сложной внутренней структурой и конечными волновыми размерами. В таком случае фазовые набеги, возникающие при отражении у волн с частотами f₁ и f₂, существенно различаются в силу конечного разнесения частот (f₂/f₁ = 2). Чем больше различие в величинах сдвига фаз, тем ниже надежность классификации, поскольку используемый в прототипе способ классификации применим только к объектам, у которых фазовый сдвиг имеет одну и ту же величину для всех отраженных волн, т. е. с линейной фазо-частотной характеристикой.

Целью изобретения является повышение надежности классификации объектов по акустической жесткости.

Цель достигается тем, что в устройство, содержащее излучающий тракт, соединенный с индикатором, второй вход которого соединен с приемным трактом, содержащим первый избирательный усилитель и последовательно соединенные второй избирательный усилитель, первый усилитель-ограничитель и первый фазовый детектор на второй вход которого нагружен второй усилитель-ограничитель, и две антенны, введены в излучающий тракт синхронизатор и соединенный с ним генератор радиоимпульсов с балансно-модулированным (БМ) заполнением, к высокочастотному выходу которого последовательно подключены первый усилитель мощности и первый коммутатор прием/излучение, нагруженный на высокочастотную обратимую антенну, к низкочастотному выходу генератора последовательно подключены второй усилитель мощности и второй коммутатор, нагруженный на низкочастотную обратимую антенну, в приемный тракт - второй фазовый детектор, включенный между первым избирательным усилителем и вторым усилителем-ограничителем, второй вход которого соединен с высокочастотным выходом опорного сигнала генератора радиоимпульсов, вход первого избиpательного усилителя соединен с вторым выходом первого коммутатора, вход второго избирательного усилителя соединен с вторым выходом второго коммутатора.

Работа устройства основана на излучении в сторону отражающего объекта одновременно низкочастотной волны с частотой F и высокочастотной балансно-модулированной волны V(t, x) = V_m cos (2π Ft - - 2π Fx/С_o)] x cos (2π f_ot - 2π f_ox/C_o), где F - частота модуляции; f_o - несущая частота (частота заполнения), где f_o >> F. Известно, что при отражении волны от объекта с акустическим импедансом Z₂, находящегося в среде с акустическим импедансом Z₁, для которого Z₂ < Z₁, происходит сдвиг фаз на 180^о. Если Z₂ > Z₁, то сдвига фаз не происходит. При отражении балансно-модулированной волны сдвиг фаз испытывает только высокочастотное заполнение, в то время как огибающая не претерпевает фазовых сдвигов при любых соотношениях Z₁ и Z₂. Появление или отсутствие разности фаз величиной 180^о (или близкой к этому значению) между пришедшими к низкочастотной обратимой антенне низкочастотным эхосигналом и модулирующей функцией вернувшегося к высокочастотной обратимой антенне балансно-модулированного эхосигнала указывает на характер жесткости отражающего объекта.

На фиг. 1 показана структурная схема устройства; на фиг. 2 приведены эпюры напряжений, поясняющие его работу.

Устройство для обнаружения и классификации объектов по акустической жесткости состоит из последовательно соединенных синхронизатора 1, генератора 2 радиоимпульсов с балансно-модулированным заполнением, усилителя 3 мощности, коммутатора 4 и высокочастотной обратимой антенны 5. К низкочастотному выходу генератора 2 радиоимпульсов подключены последовательно соединенные усилитель 6 мощности, коммутатор 7 и низкочастотная обратимая антенна 8. К коммутатору 4 подключены последовательно соединенные избирательный усилитель 9, фазовый детектор 10, вторым входом соединенный с высокочастотным выходом опорного сигнала генератора 2 радиоимпульсов, усилитель-ограничитель 11, фазовый детектор 12 и индикатор 13, соединенный с синхронизатором 1. Между коммутатором 7 и вторым входом детектора 12 включены последовательно соединенные избирательный усилитель 14 и усилитель-ограничитель 15.

Работает схема следующим образом.

Синхронизатор 1 коротким импульсом U₁ запускает развертку индикатора 13 и генератора 2 радиоимпульсов с балансно-модулированным заполнением, вырабатывающий на высокочастотном выходе радиоимульсы с балансно-модулированным заполнением U₃, а на низкочастотном выходе - радиоимпульсы с синусоидальным заполнением U₂, частота которых равна частоте балансной модуляции F. Сигнал U₃ усиливается усилителем 3 мощности, и пройдя коммутатор 4 прием/излучение, излучается в среду высокочастотной обратимой антенной 5, резонансная частота которой совпадает со средней частотой (частотой заполнения) БМ сигнала f_o: U₃(t) = U_3m/cos 2π Ft/cos(2π f_ot). Сигнал U₂ усиливается усилителем 6 мощности и, пройдя коммутатор 7 прием/излучение, излучается в среду низкочастотной обратимой антенной 8, резонансная частота которой совпадает с частотой F сигнала U₂: U₂(t) = U_2m cos(2π Ft).

Отразившиеся от объекта низкочастотные и БМ волны принимаются соответственно антеннами 8 и 5, в которых они преобразуются в электрические сигналы, которые через коммутаторы 7 и 4 поступают на входы избирательных усилителей 9, 14. Избирательные усилители 9 и 14 настроены на пропускание частот f_o и F соответственно, полоса пропускания усилителя 9 достаточна для неискаженного пропускания БМ эхосигналов. Низкочастотные эхосигналы U₅ с выхода избирательного усилителя 14 поступают на усилитель-ограничитель 15, где они нормируются по амплитуде и перемещаются в сигнал прямоугольной формы, после чего поступают на вход фазового детектора 12. Балансно-модулированные эхосигналы U₆ с выхода избирательного усилителя 9 подаются на фазовый детектор 10, где происходит выделение функций фазовой модуляции БМ сигнала, для этого подается на второй вход фазового детектора с выхода опорного сигнала генератора 2 немодулированный сигнал U₄ с частотой f_o. Фазовое детектирование БМ сигнала приводит к появлению на выходе детектора сигнала U₇ прямоугольной формы с частотой F и амплитудой, соответствующей разности фаз между сигналами на входах 10, равной 180^о, так как в БМ сигнале синусоидальное заполнение инвертирует свою фазу в каждой точке перехода огибающей БМ сигнала через ноль. Сигнал с выхода фазового детектора 10 подается для нормирования амплитуды на усилитель-ограничитель 11, после чего поступает на второй вход фазового детектора 12. Если импеданс среды Z₁ и импеданс отражающего объекта соотносятся как Z₁ < Z₂, то сигналы с выходов 11 и 15 синфазны и фазовый детектор 12 вырабатывает видеоимпульс U₈ положительной полярности. Если Z₁ > Z₂, то импульс U₈ имеет отрицательную полярность. Видеоимпульсы напряжения, вырабатываемые в 12, подаются на индикатор 13, засинхронизованный от синхронизатора 1. (56) Патент ФРГ N 2006152, кл. G 01 S 9/66, 1977.

Формула изобретения

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОБНАРУЖЕНИЯ И КЛАССИФИКАЦИИ ОБЪЕКТОВ ПО АКУСТИЧЕСКОЙ ЖЕСТКОСТИ, содержащее излучающий тракт, соединенный с индикатором, второй вход которого соединен с приемным трактом, содержащим первый избирательный усилитель и последовательно соединенные второй избирательный усилитель, первый усилитель-ограничитель и первый фазовый детектор, к второму входу которого подключен выход второго усилителя-ограничителя, и две антенны, отличающееся тем, что, с целью повышения надежности классификации объектов, излучающий тракт выполнен в виде синхронизатора и соединенного с ним генератора радиоимпульсов с балансно-модулированным заполнением, к высокочастотному выходу которого последовательно подключены первый усилитель мощности и первый коммутатор прием/излучение, подключенный к высокочастотной обратимой антенне, к низкочастотному выходу генератора последовательно подключены второй усилитель мощности и второй коммутатор, подключенный к низкочастотной обратимой антенне, в приемный тракт - второй фазовый детектор, включенный между первым избирательным усилителем и вторым усилителем-ограничителем, второй выход которого соединен с высокочастотным выходом опорного сигнала генератора радиоимпульсов, вход первого избирательного усилителя соединен с вторым выходом первого коммутатора, вход второго избирательного усилителя соединен с вторым выходом второго коммутатора.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2