Способ определения скорости движения судна относительно дна и устройство для его осуществления

 

Использование: в гидроакустических навигационных системах. Сущность изобретения: регулируемую временную задержку сигнала первого приемника находят по минимуму отношения преобразования Гильберта от коэффициента взаимно корреляционной функции к коэффициенту взаимно корреляционной функции. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к области гидроакустики, в частности к гидроакустическим навигационным приборам.

Известно техническое решение (с. 26,27) для определения скорости судна.

Недостатком его является недостаточная точность.

Наиболее близким техническим решением является (с. 62,67) способ и устройство для определения скорости судна, где значение регулируемой временной задержки определяется по максимуму коэффициента взаимно корреляционной функции задержанного от первого по движению приемника и сигнала от второго приемника.

Недостатком данного технического решения является также недостаточ ная точность.

Целью изобретения является повышение точности измерения скорости судна.

Сущность изобретения заключается в замене операции поиска значения регулируемой временной задержки τ_p по максимуму коэффициента взаимно корреляционной функции (КВКФ) задержанного сигнала от первого по движению приемника и сигнала от второго приемника, на операцию поиска данной задержки по минимуму отношения преобразования Гильберта от коэффициента взаимно корреляционной функции к коэффициенту взаимно-корреляционной функции.

Скорость судна определяется по формуле: где d расстояние между приемниками при условии, что излучатель находится посередине.

Известно, что крутизна КВКФ в районе максимума недостаточно велика, чтобы обеспечить высокую точность определения регулируемой τ_p временной задержки, а значит и скорости. Для оценки повышения точности заявляемого технического решения рассмотрим типичную для прототипа форму КВКФ принятых сигналов вида: ρ_xy(τ) = e^-b(τ⁾cos2πf_oτ, (2) где f₀ частота сигнала, b коэффициент, определяемый характеристиками гидроакустического канала до дна и обратно.

Вычислим преобразование Гильберта от (2), получим: их отношение Известно, что крутизна функции tg ϕ значительно больше крутизны cosϕ и sinϕ, а крутизна определяет точность. Кроме того, tgϕ функция нечетная, что облегчает поиск направления выбора t_p.

На чертеже изображено устройство для осуществления способа, где обозначено: 1 генератор, 2 излучатель, 3 и 6 первый и второй приемники, 5 умножитель, 4 блок регулируемой временной задержки, 7 интегратор, 9,11 первый, второй блоки деления, 10 индикатор, 8 экстремальный регулятор, 12 блок преобразования Гильберта, 13 коррелятор.

Устройство, реализующее способ, состоит из генератора 1, соединенного с излучателем 2, а также состоит из первого 3 приемника,соединенного с первым входом блока 4 регулируемой временной задержки, первый вход которого соединен с первым входом умножителя 5, на второй вход которого подключен второй 6 приемник, при этом выход умножителя 5 соединен с интегратором 7, кроме того, устройство включает экстремальный регулятор 8,соединенный со вторым входом блока 4 регулируемой временной задержки, второй выход которого соединен с входом делителя первого 9 блока деления, выход последнего подключен к индикатору 10, при этом на вход делимого первого 9 блока деления введено значение d/2, кроме того, в устройство дополнительно внесены второй блок 11 деления,выход которого соединен с экстремальным 8 регулятором, при этом вход делителя дополнительно внесенного второго блока 11 деления соединен с выходом интегратора 7 и входом дополнительно внесенного блока 12 преобразования Гильберта, выход последнего соединен с входом делимого дополнительно внесенного второго блока 11 деления. Блок 4, умножитель 5 и интегратор 7 входят в коррелятор 13.

Устройство, реализующее способ, работает следующим образом.

Генератор 1 передает в излучатель сигнал для излучения в сторону дна. Отраженные сигналы принимаются первым 3 и вторым 6 приемниками. Сигнал от первого по ходу движения судна приемника задерживается в блоке 4 регулируемой временной задержки, перемножается в умножителе 5 с сигналом второго приемника и после интегрирования в виде процесса, описываемого (2), поступает на вход делителя второго блока 11 деления, на вход делимого подается процесс вида (3) с выхода блока 12 преобразования Гильберта. В результате на вход экстремального 8 регулятора с блока 11 поступает процесс вида (4). Экстремальный 8 регулятор управляет значением регулируемой временной τ_p задержки в одноименном блоке 4, поддерживая минимальное значение на выходе второго блока 11 деления. При этом значение введенной регулируемой временной задержки с одноименного блока 4 поступает на вход делителя первого блока 9 деления и в результате расчета по формуле (1) на индикаторе высвечивается значение скорости судна V.

Элементы устройства известны из общедоступной научно-технической и справочной литературы.

Применение данных технических решений позволит повысить точность измерения скорости движения судна по сравнению с прототипом в

где cosx = 1-ε,
e величина, обеспечивающая чувствительность экстремального регулятора ( e- точность прототипа), например при e 0,1 получим выигрыш в точности:

в 3 раза.

К. А. Виноградов и др. Абсолютные и относительные лаги. Справочник. Л. Судостроение, 1990 г. с. 26,27, с.60 62, 67.

Формула изобретения

1. Способ определения скорости движения судна относительно дна, основанный на вертикальном излучении гармонических звуковых сигналов на дно, определении коэффициента взаимной корреляции отраженных сигналов, принятых двумя разнесенными по горизонтали приемниками и определении скорости судна путем деления половины расстояния между приемниками на значение регулируемой временной задержки сигнала первого по движению приемника относительно сигнала с второго приемника в момент равенства ее значению времени прохождения судном половины расстояния между приемниками, отличающийся тем, что дополнительно вычисляют преобразование Гильберта от коэффициента взаимно корреляционной функции задержанного сигнала от первого и сигнала от второго приемников, а требуемую регулируемую временную задержку находят по минимуму отношения вычисленного преобразования Гильберта к коэффициенту взаимно корреляционной функции задержанного сигнала от первого и сигнала от второго приемников.

2. Устройство определения скорости движения судна относительно дна, состоящее из генератора, соединенного с излучателем, первого приемника, соединенного с первым входом блока регулируемой временной задержки, первый выход которого соединен с первым входом умножителя, на второй вход которого подключен второй приемник, при этом выход умножителя соединен с интегратором, экстремального регулятора, соединенного с вторым входом блока регулируемой временной задержки, второй выход данного блока соединен с входом делителя первого блока деления, выход которого подключен к индикатору, при этом на вход делимого первого блока деления введено значение d/2, где d расстояние между приемниками, отличающееся тем, что на вход экстремального регулятора подключен выход дополнительно введенного второго блока деления, вход делителя которого соединен с выходом интегратора и входом дополнительно введенного блока преобразования Гильберта, выход последнего соединен с входом делимого дополнительно введенного второго блока деления.

РИСУНКИ

Рисунок 1