Комплексированный доплеровский модуль
Изобретение относится к области навигации наземных транспортных средств и представляет собой однолучевой доплеровский датчик. Изобретение позволяет повысить точность измерения скорости доплеровскими датчиками скорости, использующими для формирования выходного сигнала системы автоподстройки частоты управляемого генератора. Достигаемый технический результат достигается за счет применения в качестве управляемого генератора вспомогательного датчика скорости - датчика воздушной скорости, лага, механического датчика скорости, что позволяет исключить поиск сигнала. 2 ил.
Изобретение представляет собой доплеровский датчик скорости, предназначенный в основном для работы в составе аппаратуры счисления координат (АСК) и относится к технике навигации.
В настоящее время АСК широко используется на морских, воздушных и наземных транспортных средствах (ТС). При этом в составе АСК этих ТС используются доплеровские датчики скорости [1], [2], [3]. Доплеровские датчики скорости (ДДС), используемые в АСК ТС, представляют собой многолучевые ДДС, состоящие функционально или конструктивно из однолучевых ДДС [1], [2], [3]. Такой однолучевой ДДС состоит из двух последовательно соединенных и разных по назначению блоков: приемоизлучающего устройства и устройства формирования доплеровских частот. При этом для обеспечения высокой точности работы при малых отношениях сигнал - помеха используют для формирования доплеровской частоты устройства следящего типа на основе систем частотной или фазовой автоподстройки [1], [2], [3]. В качестве прототипа может быть взят однолучевой ДДС самолета, описанный в [2, с.63-65], структурная схема которого приведена на фиг.1 Однолучевой ДДС-прототип состоит из последовательно соединенных приемоизлучающего устройства 1, устройства сравнения параметров сигналов 2, сумматора 3 и управляемого генератора 4, выход которого является выходом ДДС и соединен со вторым входом устройства сравнивания параметров 2, второй вход сумматора 3 соединен с выходом ключевого устройства 5, сигнальный вход которого соединен с выходом устройства поиска сигнала 6, а управляющий вход соединен в выходом автомата захвата 7, вход которого соединен с выходом устройства поиска сигналов 2. Использование в устройстве формирования доплеровской частоты системы автоподстройки частоты управляемого генератора обеспечивает высокую помехоустойчивость. Однако в начале движения необходимо время, в течение которого сигнал устройства поиска сигналов 6 приходит на управляющий вход и изменяет его частоту до появления сигнала на выходе автомата захвата 7. Последний возникает при попадании fвых, изменяющейся под действием сигнала устройства поиска сигнала 6, в зону спектра полезного сигнала приемоизлучающего устройства 1. В этот момент ключевое устройство 5 прервет принудительную перестройку частоты управляемого генератора 4 и она будет изменяться в соответствии с сигналом устройства сравнения параметров 2. При резких изменениях скорости движения устройства сравнения параметров 2 не успевает отслеживать изменение доплеровской частоты и вырабатывать сигнал управления вследствие своей инерционности, а при пропадании сигнала (попадание сигнала на ровную водную поверхность) система перейдет или на работу по памяти (при этом fвых=const), или перейдет в режим поиска сигнала. Все эти явления приводят к увеличению погрешности и являются недостатком данного технического решения. Предлагаемое изобретение направлено на уменьшение погрешностей ДДС, возникающих при изменении скорости движения и пропадании сигнала. Сущность изобретения заключается в использовании в качестве управляемого генератора вспомогательного датчика скорости (датчика воздушной скорости на самолете, лага на судах, механического датчика скорости на наземных транспортных средствах), всегда имеющегося на ТС, для чего в ДДС, состоящий из последовательно соединенных приемоизлучающего устройства и первого устройства сравнения параметров, для увеличения точности измерения скорости движения введены последовательно соединенные вспомогательный датчик скорости, вторичный преобразователь, масштабирующее устройство, усреднитель, арифметическое устройство и обратный преобразователь, выход которого является выходом всего модуля, а так же формирователь поправки, два формирователя сравниваемых сигналов и второе устройство сравнения параметров, при этом второй вход первого устройства сравнения параметров соединен с выходом обратного преобразователя и входом первого формирователя сравниваемых сигналов, а выход - с входом формирователя поправки, выход которого соединен со вторым входом арифметического устройства, вход второго формирователя сравниваемых сигналов соединен с выходом вспомогательного датчика скорости, а выход - со вторым входом второго устройства сравнения параметров, первый вход которого соединен с выходом первого формирователя сравниваемых сигналов, а выход - с управляющим входом масштабирующего устройства. Сущность изобретения поясняется графическими материалами, где на фиг.1 проведена функциональная схема ДДС-прототипа, а на фиг.2 - функциональная схема заявляемого комплексированного доплеровского модуля. Предлагаемое изобретение - комплексированный доплеровский модуль (КДМ) включает в свой состав последовательно соединенные приемоизлучающее устройство 1 и первое устройство сравнения параметров 2; последовательно соединенные вспомогательный датчик скорости 3, вторичный преобразователь 4, масштабирующее устройство 5, усреднитель 6, арифметическое устройство 7 и обратный преобразователь 8, выход которого является выходом всего модуля, а также формирователь поправок 9, два формирователя сравниваемых сигналов 10, 11 и второе устройство сравнения параметров 12, при этом второй вход первого устройства сравнения параметров 2 соединен с выходом обратного преобразователя 8 и входом первого формирователя сравниваемых сигналов 11, а выход - с входом формирователя поправок 9, выход которого соединен со вторым входом арифметического устройства 7, вход второго формирователя сравниваемых сигналов 10 соединен с выходом вспомогательного датчика скорости 3, а выход - со вторым входом второго устройства сравнения параметров 12, первый вход которого соединен с выходом первого формирователя сравниваемых сигналов 11, а выход - с управляющим входом масштабирующего устройства 5. И вспомогательный датчик скорости 3, и приемоизлучающее устройство 1 являются по сути первичными преобразователями, которые при движении ТС вырабатывают сигнал, один из параметров которого (амплитуда, частота и т.д.) пропорционален скорости движения. Поскольку у сигнала ДДС параметром, пропорциональным скорости движения, является частота, то сигнал вспомогательного датчика скорости 3 с помощью вторичного преобразователя 4 должен быть приведен к аналогичному виду и приведен к одинаковому значению параметра с помощью масштабирующего устройства 5, а усреднитель 6 уменьшит флуктуации полученного значения параметра. Теперь, после приведения сигналов вспомогательного датчика скорости 3 и ДДС к одному виду и после приведения величин их информативного параметра номинально к одинаковой величине, можно подвергнуть сигнал вспомогательного датчика скорости 3 автоматической подстройке (регулированию), обеспечивая тем самым помехоустойчивое приведение параметра сигнала вспомогательного датчика скорости 3 к величине такого же параметра полезного сигнала ДДС. Поскольку информативным сигналом у приемоизлучающего устройства 1 ДДС является частота, то систему помехоустойчивой автоподстройки сигнала вспомогательного датчика скорости 3 по сигналу ДДС можно реализовать в виде частотной или фазовой автоподстройки частоты. Особенно удобны для практической реализации системы автоподстройки в виде подстройки периода с последующим преобразованием подстроенного периода в частоту. Для этого вторичный преобразователь 4 формирует сигнал о периоде, масштабирующее устройство 5 масштабирует его, а усреднитель 6 уменьшает его флуктуации, затем сигнал о периоде поступает в арифметическое устройство 7, где к нему добавляется поправка, пропорциональная разнице частот или разнице фаз сигнала вспомогательного датчика скорости 3 и выходного сигнала, образуемого в обратном преобразователе 8 из поправленного периода сигнала вспомогательного датчика скорости 3. И частотные, и фазовые автоподстройки частоты обеспечивают подстройку в ограниченной области около номинального значения параметра преобразованного сигнала вспомогательного датчика скорости, называемой зоной слежения, поэтому для улучшения качества подстройки, а значит, и помехоустойчивости подстройки, необходимо расположить зону слежения около (вокруг) частоты полезного сигнала ДДС. Для обеспечения этого производится дополнительная подстройка параметров сигнала вспомогательного датчика скорости 3 с помощью двух формирователей сравниваемых сигналов 10, 11 и второго устройства сравнения параметров 12, выходной сигнал которого изменяет параметры сигнала вспомогательного датчика скорости 3 с помощью масштабирующего устройства 5. В данном случае формирователи сравниваемых сигналов 10, 11 представляют собой обычные счетчики, накопленные в которых количества импульсов характеризуют реальное соотношение параметров сигналов от вспомогательного и доплеровского датчиков скорости и которое вводится в масштабирующее устройство 5. Данное техническое решение обладает высокой помехоустойчивостью и в отличие от прототипа не ухудшает точность при потере слежения, т.к. вспомогательный датчик скорости 3, выполняющий роль управляемого генератора, вырабатывает сигнал, пропорциональный скорости движения ТС, кроме того, система не требует поиска сигнала, что обеспечивает возможность ее применения на наземных ТС с их частыми остановками. Библиографические данные 1. Колчинский В.Е, Мандуровский И.А., Константиновский М.И. Автономные доплеровские устройства и системы навигации, М., Советское радио, 1975. 2. Флеров А.Г., Тимофеев В.Т. Доплеровские устройства и системы навигации, М., Транспорт, 1987. 3. Хребтов А.А., Кошкарев В.Н., Осюхин Б.А., Виноградов К.А., Чернявец В. В. Судовые измерители скорости (справочник), Ленинград, Судостроение, 1978.Формула изобретения
Комплексированный доплеровский модуль, состоящий из последовательно соединенных приемо-излучающего устройства, первого устройства сравнения параметров, отличающийся тем, что в него введены последовательно соединенные вспомогательный датчик скорости, вторичный преобразователь, масштабирующее устройство, усреднитель, арифметическое устройство и обратный преобразователь, выход которого является выходом всего модуля, а также формирователь поправки, два формирователя сравниваемых сигналов и второе устройство сравнения параметров, при этом второй вход первого устройства сравнения параметров соединен с выходом обратного преобразователя и входом первого формирователя сравниваемых сигналов, а выход - с входом формирователя поправки, выход которого соединен со вторым входом арифметического устройства, вход второго формирователя сравниваемых сигналов соединен с выходом вспомогательного датчика скорости, а выход - со вторым входом второго устройства сравнения параметров, первый вход которого соединен с выходом первого формирователя сравниваемых сигналов, а выход - с управляющим входом масштабирующего устройства.РИСУНКИ
Рисунок 1, Рисунок 2
Похожие патенты:
Параметрический эхо-импульсный локатор // 2133047
Изобретение относится к устройствам активной локации для обнаружения объектов, расположенных в различных средах
Лаг допплеровский гидроакустический // 907492
Изобретение относится к области навигации наземных транспортных средств
Изобретение относится к области навигации и представляет собой доплеровское устройство, вырабатывающее информацию о величинах составляющих скорости движения транспортного средства в системе координат, связанной с транспортным средством, что позволяет определять величины продольной, сносовой и тангажной составляющих скорости
Спасательная система // 2339972
Способ определения осадки айсберга // 2541435
Изобретение относится к области гидроакустики и может быть использовано в навигационных приборах (гидроакустических станциях) обнаружения ледяных образований (в том числе айсбергов) и оценки его характеристик. Способ предназначен для автоматического определения осадки айсберга для защиты морских сооружений (в том числе нефтяных и газовых буровых платформ) от ледяных образований (в первую очередь, айсбергов). Для этого айсберг облучают с помощью направленной (в горизонтальной плоскости) гидроакустической антенны и принимают отраженный эхо-сигнал от айсберга с помощью приемной гидроакустической антенны с формированием статического веера узких характеристик направленности в вертикальной плоскости. Порог автоматического обнаружения выбирается по уровню изотропной помехи, как среднее значение амплитуд всех отсчетов первого цикла обработки всех характеристик направленности в вертикальной плоскости (ХН ВП). Определяются в каждой ХН ВП амплитуда отсчета, превысившего порог обнаружения, номер временного отсчета, номер временного цикла обработки. Длительность эхо-сигнала определяется как произведение числа отсчетов, превысивших порог обнаружения, с длительностью между отсчетами. Решение о наличии эхо-сигнала от цели принимается путем сравнения амплитуды эхо-сигнала с порогом обнаружения с одновременной оценкой длительности эхо-сигнала. После этого выбираются временные циклы обработки соседних ХН и выполняется их анализ. Осадка айсберга определяется по размеру зоны акустической тени на поверхности, которая будет определять величину задержки между эхо-сигналом от айсберга и эхо-сигналом от поверхности в одной ХН. Точность определения осадки айсберга будет определяться точностью определения глубины погружения фазового центра приемной антенны и шириной ХН приемной антенны. 2 ил.
Параметрический профилограф // 2541733
Изобретение относится к акустическим локационным системам и может быть использовано для определения структуры дна и донных осадков. Параметрический профилограф содержит синхронизатор, блок индикации, приемный тракт, излучающий тракт, выход которого соединен с акустической излучающей антенной, вход приемного тракта соединен с акустической приемной антенной, а выход - с сигнальным входом блока индикации, блок задания величин допустимого отклонения углов направлений излучения зондирующего сигнала от вертикали, блок сравнения, схему совпадения и блок контроля угла наклона, выход которого соединен с одним из входов блока сравнения, при этом блок задания величин допустимого отклонения углов направлений излучения зондирующего сигнала от вертикали соединен с другим входом блока сравнения, выход которого соединен с одним входом схемы совпадения, второй вход которой соединен с выходом синхронизатора, а выход схемы совпадения соединен с управляющими входами блока индикации, приемного тракта, излучающего тракта и входом разрешения синхронизатора. Технический результат - устранение погрешностей определения параметров профиля донных структур, вызванных качкой судна. 4 з.п. ф-лы, 1 ил., 1 табл.
Способ определения осадки айсберга // 2548596
Изобретение относится к области гидроакустики и может быть использовано в навигационных приборах (гидроакустических станциях) обнаружения ледяных образований (в том числе айсбергов) и оценки его характеристик. Способ предназначен для автоматического определения осадки айсберга для защиты морских сооружений (в том числе нефтяных и газовых буровых платформ) от ледяных образований (в первую очередь айсбергов). Для этого айсберг облучают с помощью направленной (в горизонтальной плоскости) гидроакустической антенны и принимают отраженный эхосигнал от айсберга с помощью приемной гидроакустической антенны с формированием статического веера узких характеристик направленности в вертикальной плоскости. Порог автоматического обнаружения выбирается по уровню изотропной помехи как среднее значение амплитуд всех отсчетов первого цикла обработки всех характеристик направленности в вертикальной плоскости (ХН ВП). Определяются в каждой ХН ВП амплитуда отсчета, превысившего порог обнаружения, номер временного отсчета, номер временного цикла обработки. Длительность эхосигнала определяется как произведение числа отсчетов, превысивших порог обнаружения, с длительностью между отсчетами. Решение о наличии эхосигнала от цели принимается путем сравнения амплитуды эхосигнала с порогом обнаружения с одновременной оценкой длительности эхосигнала. После этого выбираются временные циклы обработки соседних ХН и выполняется их анализ. Осадка айсберга определяется по размеру зоны акустической тени на дне, которая будет определять величину задержки между эхосигналом от айсберга и эхосигналом от дна в одной ХН. Точность определения осадки айсберга будет определяться точностью определения глубины погружения фазового центра приемной антенны, глубины места и шириной ХН приемной антенны. 2 ил.
Изобретение относится к области навигации наземных транспортных средств и предназначено для построения доплеровских датчиков продольной, сносовой и тангажной скоростей. Изобретение направлено на увеличение точности измерения скорости наземного транспортного средства с помощью ОДДС за счет компенсации погрешности смещения у средней частоты сигнала погрешностью смещения у частоты максимума спектра сигнала, величина которой пропорциональна погрешности средней частоты. Однолучевой доплеровский датчик скорости, содержащит последовательно соединенные приемоизлучающее устройство и измеритель частоты с Δfф>Δfс, где Δfф - ширина полосы пропускания фильтра, Δfс - ширина спектра полезного сигнала. При этом в него введены второй измеритель частоты с Δfф<Δfc, схема вычитания частот, корректор и схема сложения частот. 3 ил.
Изобретение относится к области гидроакустики и может быть использовано для разработки гидроакустической аппаратуры обеспечения навигационной безопасности при работе в условиях нахождения айсбергов. Способ определения глубины погружения нижней точки айсберга содержит излучение зондирующего сигнала на глубине Н, прием эхосигнала, фильтрацию, детектирование и вывод на индикатор, прием эхосигнала осуществляется на глубине H статическим веером характеристик направленности в вертикальной плоскости, каждая из характеристик которых имеет ширину раствора по вертикали α<2°, измеряется уровень изотропной помехи, определяется порог, измеряется время ΤI превышения эхосигналом выбранного порога в каждом пространственном канале по вертикали, определяется номер пространственного канала Ni, определяется длительность эхосигнала в каждом канале Δti, отбираются каналы, в которых произошло последовательное обнаружение эхосигналов в одно и то же время по правилу Ni € Т=TI+Δti, где ΤI - время обнаружения эхосигнала в i пространственном вертикальном канале, Δti - длительность измеряемого сигнала на момент TI в Ni пространственном канале, к - коэффициент, определяемый по результатам измерения акустических параметров айсберга в районе измерения, выбирается крайний нижний пространственный канал из непрерывной последовательности каналов, в которых произошло обнаружение эхосигналов, определяется время обнаружения Tмак в этом канале, определяется угол наклона, соответствующий этому пространственному каналу βмак, измеряется разрез скорости звука, рассчитывается структура звукового поля для измеренного времени распространения Tмак, угла наклона βмак и глубины положения антенны Н, выбираются траектории луча, время распространения которого равно измеренному времени Tмак, определяется глубина положения луча На и принимается решение о принадлежности полученной оценки глубины На максимальной глубине погружения айсберга. Технический результат: обеспечение автоматического определения глубины погружения подводной части айсберга в любых гидроакустических условиях работы. 1 ил.
Изобретение относится к области гидроакустики и может быть использовано в навигационных приборах (гидроакустических станциях) обнаружения ледяных образований (в том числе айсбергов) и оценки его характеристик. Способ предназначен для автоматического определения осадки айсберга для защиты морских сооружений (в том числе нефтяных и газовых буровых платформ) от ледяных образований (в первую очередь айсбергов). Способ содержит излучение зондирующего сигнала, прием эхосигнала статическим веером характеристик направленности в вертикальной плоскости, каждая из характеристик которых имеет одинаковую ширину раствора по вертикали α, фильтрацию, измерение уровня изотропной помехи, определения порога, измерение времени превышения эхосигналом выбранного порога в каждом пространственном канале по вертикали, определение длительности эхосигнала в каждом канале, вывод на индикатор, формируют статический веер характеристик направленности в горизонтальной плоскости, определяют времена, в которых произошло обнаружение эхосигналов в одно и то же время по правилу Т=Тобн+вТдлит, где Тобн - время обнаружения эхосигнала в канале, Тдлит - длительность излучаемого сигнала, в – коэффициент, определяемый по результатам измерения акустических параметров айсберга в районе измерения, определяют количество горизонтальных каналов Мгор., в которых произошло обнаружение, определяют количество вертикальных каналов Мвер., в которых произошло обнаружение, определяют дистанцию до айсберга по минимальной оценке дистанции по формуле Добн=(Тобн.-Тизл)*С, где Тизл - время излучения зондирующего сигнала, С - скорость звука в воде, определяют горизонтальный размер подводной части айсберга Кгор. по формуле Кгор.=Мгор*Добн*sin(a), определяют вертикальный размер (подводной части) айсберга Квер. по формуле Квер.=Мвер.*Добн.*sin(α) и, если Кгор.>Квер., то принимают решение о наличии айсберга в ледовом поле, при этом Кгор. определяет горизонтальный размер ледового поля, если Кгор.<Квер., то принимают решение о наличии одиночного айсберга, а Кгор. определяет горизонтальный размер подводной части одиночного айсберга. 1 ил.
