Способ определения расстояния до дна и устройство для его осуществления
Авторы патента:
Использование: в гидроакустике. Сущность изобретения: определение корреляционной временной задержки между излученным и отраженным сигналами по минимуму отношения произведения взаимно-корреляционной функции задержанного сигнала и преобразования Гильберта отраженного сигнала на взаимно-корреляционную функцию задержанного излученного и отраженного сигналов к разности квадратов данных взаимно-корреляционных функций соответственно. 2 с.п. ф-лы, 1 ил.
Изобретение относится к гидроакустическим навигационным приборам.
Известны способ и устройство для корреляционного определения глубины [1] Также известны способ и устройство для определения глубины [2] с регулируемой временной задержкой. Недостатком этих технических решений является невысокая точность. Наиболее близким техническим решением к предложенному являются способ и устройство [2] для измерения глубины с регулируемой временной задержкой. К их недостаткам следует отнести невысокую точность. Цель изобретения повышение точности измерения глубины. Поставленная цель достигается заменой операции поиска значения регулируемой временной задержки по максимуму взаимно-корреляционной функции (ВКФ) отраженного и задержанного излученного сигналов на операцию поиска данной задержки по минимуму отношения произведения ВКФ задержанного излученного сигнала и преобразования Гильберта отраженного сигнала на ВКФ задержанного излученного и отраженного сигналов к результату разности квадратов данных ВКФ соответственно. Расстояние до дна определяется по формуле Д (1) где С скорость звука в воде. Известно, что крутизна ВКФ в районе максимума недостаточно велика, чтобы обеспечить высокую точность определения, а значит, и расстояния Д. Для оценки повышения точности заявляемого технического решения рассмотрим типичную для прототипа форму ВКФ задержанного излученного и отраженного сигналов Rxy ()=xyxy()=xye-b()cos2fo, (2) где fo частота сигнала; b коэффициент, определяемый характеристиками гидроакустического канала до дна и обратно; Rxy(),xy() ВКФ от излученного Х и отраженного Y сигналов и ее коэффициент; x,y среднеквадратические отклонения для сигналов Х и Y. Возьмем преобразование Гильберта от отраженного Y сигнала, получим Y ПГ (Y), а затем вычислим ВКФ от Х и Y, получим R()xye-b//sin2fo (3)Произведение (2) и (3) дает выражение
Rxy()R() e-2b//sin4fo
(4)
Разность квадратов КВФ равна
R2xy()-R() xye-2b//cos4fo
(5) Определим отношение выражения (4) к (5)
B() Rxy()R()[R2xy()-R() tg4fo
(6)
Анализ выражения (6) по сравнению с прототипом [2] показал, что B( ) имеет значительную величину крутизны, а значит, и значительно большую точность определения аргумента функции и значения Д, см [1]
Кроме того, B( ) нечетная функция, что облегчает поиск направления выбора p. При этом получено еще одно преимущество: B() функция удвоенного аргумента, что также повышает точность и чувствительность технического решения. Эти свойства позволяют сделать вывод о соответствии критериям новизны и существенных отличий. На чертеже изображена блок-схема устройства, реализующего способ. Устройство содержит генератор 1, излучатель 2, блок 3 регулируемой временной нагрузки, первый умножитель 4, первый интегратор 5, приемник 6, экстремальный регулятор 7, индикатор 8, коррелятор 17, дополнительно внесенные блок 9 преобразования Гильберта, второй 10 и третий 12 умножители, второй интегратор 11, блок деления 13, блок разности 14, первый квадратор 15, второй квадратор 16, второй коррелятор 18. Генератор 1 соединен с излучателем 2 и первым входом блока 3 регулируемой временной задержки, первый выход которого соединен через первый 4 умножитель с входом первого 5 интегратора, при этом второй вход первого 4 умножителя соединен с приемником 6. Второй вход блока 3 регулируемой временной задержки соединен со вторым выходом экстремального регулятора 7, первый выход которого соединен с индикатором 8. Приемник 6 соединен через блок 9 преобразования Гильберта со вторым входом второго 10 умножителя, первый вход которого соединен одновременно с первым выходом блока 3 регулируемой временной задержки и первым входом первого 4 умножителя, при этом выход второго 10 умножителя соединен через последовательно включенные второй 11 интегратор и третий 12 умножитель с входом делимого блока 13 деления, выход которого подключен к входу экстремального 7 регулятора, а вход делителя блока деления 13 соединен с выходом блока 14 разности, вход уменьшаемого блока 14 разности соединен через первый квадратор 15 одновременно с выходом первого 5 интегратора и вторым входом третьего 12 умножителя. Первый вход 12 умножителя соединен не только с выходом второго 11 интегратора, но и с входом второго квадратора 16, выход которого подключен к входу вычитаемого блока 14 разности. Устройство, реализующее способ, работает следующим образом. Генератор 1 передает сигнал на излучатель 2 для излучения на дно, а также передает сигнал через первый вход блока 3 регулируемой временной задержки на первый вход первого 4 умножителя, на второй вход последнего поступает принятый приемником 6 отраженный от дна сигнал. На выходе первого интегратора 5 формируется ВКФ вида (2), которая поступает на умножитель 12, а также через первый квадратор 15 на вход уменьшаемого блока 14 разности, на вход вычитаемого которого поступает квадрат ВКФ от задержанного сигнала 4 и преобразования Гильберта отраженного сигнала. Для этого отраженный сигнал преобразуется в блоке 9 преобразования Гильберта, перемножается в блоке 10 умножителя с задержанным излученным сигналом и вычисляется ВКФ во втором корреляторе, состоящем из элементов 3, 10 и 11. На выходе второго интегратора 11 формируется сигнал (3), который не только возводится в квадрат во втором квадраторе 16 и поступает на вход вычитаемого блока 14 разности, но и поступает на третий умножитель 12, на второй вход которого поступает сигнал вида (2) с выхода первого 5 интегратора, на выходе третьего умножителя 12 формируется сигнал вида (4) и поступает на вход делимого блока 13 деления, на выходе формируется сигнал, описываемый выражением (6), и поступает в экстремальный 7 регулятор. Последний обеспечивает непрерывное удержание минимального напряжения на выходе блока 13 деления путем управления блоком 3 регулируемой временной задержки. На шкале индикатора 8 величина введенной регулируемой временной задержки отображается в виде значения расстояния Д до дна. Элементы устройства общеизвестны и описаны в научно-технической литературе [1, 2]
Формула изобретения
РИСУНКИ
Рисунок 1
Похожие патенты:
Способ определения скорости движения судна относительно дна и устройство для его осуществления // 2042959
Изобретение относится к гидроакустическим навигационным приборам
Устройство определения расстояния до дна // 2042153
Изобретение относится к гидроакустике и может быть использовано для определения расстояния до дна
Изобретение относится к гидроакустике и может быть использовано в навигации
Изобретение относится к гидроакустике, а именно к гидроакустическим навигационным приборам
Изобретение относится к гидроакустике и может быть использовано в параметрических источниках звука для сканирования их диаграммой направленности (ДН) в пространстве
Способ классификации якорной мины на течении // 2040013
Изобретение относится к гидроакустике и может быть использовано для обнаружения объектов с малой отражающей способностью в водной среде с течением
Способ классификации якорной мины на течении // 2040012
Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано в системах обработки локационных сигналов
Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано в системах обработки локационных сигналов
Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано в системах обработки локационных сигналов
Изобретение относится к области разработки гидроакустических дальномерных средств и может быть использовано для определения местоположения подводных объектов, донных маяков ответчиков, подводных аппаратов,когда требуется повышенная точность дальномерной привязки
Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано для обнаружения различного рода изменений в ограниченном объеме, преимущественно при разработке систем охранной сигнализации, а также систем противопожарной сигнализации
Изобретение относится к устройству для измерения расстояния с помощью ультразвука
Изобретение относится к области гидроакустики и может быть использовано для идентификации малоразиерных подводных объектов по упругим свойствам материала
Способ обнаружения шумящих объектов // 2110810
Изобретение относится к гидроакустике и технической акустике и может быть использовано при обнаружении шумящих объектов
Изобретение относится к технике контроля и может быть использовано для контроля скорости движущихся узлов и поверхностей технических агрегатов и технологического оборудования
Способ определения параметров рыбных косяков // 2111509
Изобретение относится к гидролокации и может быть использовано в рыбном промысле
Изобретение относится к акустической локации и может быть использовано для определения местоположения, в частности для определения расстояния, пройденного вагоном-путеизмерителем относительно контрольных объектов