Устройство для обнаружения и отслеживания металлосодержащего протяженного подводного объекта с борта автономного необитаемого подводного аппарата
Владельцы патента RU 2757328:
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем морских технологий Дальневосточного отделения Российской академии наук (ИПМТ ДВО РАН) (RU)
Изобретение относится к области электромагнитных исследований. Сущность: устройство для обнаружения и отслеживания металлосодержащего протяженного подводного объекта с борта АНПА содержит два излучателя электромагнитного поля, каждый из которых выполнен в виде двух возбуждающих токовых электродов, установленных в носовой и кормовой частях АНПА, два приемника электромагнитного поля в виде четырех приемных электродов. Устройство также содержит блок управления и преобразования сигналов (БУПС), блок компенсации, управляемый аттенюатор, измерительный преобразователь тока и управляемый блок нормализатора сигналов. Последовательно соединенные управляемый аттенюатор и измерительный преобразователь тока включены в разрыв связи между выходом генератора переменного напряжения и входом первого коммутатора. Блок нормализатора сигналов включен между выходами приемных электродов и через второй коммутатор с входом (БУПС). В устройство введен второй управляемый аттенюатор, включенный между выходом блока компенсации и входом аналогово-цифрового преобразователя. Управление на первый и второй аттенюаторы, а также на нормализатор сигнала поступает с отдельных выходов БУПС. Технический результат: повышение надежности, достоверность обнаружения, а также точности отслеживания протяженного подводного металлосодержащего объекта с помощью АНПА. 4 ил.
Изобретение относится к области электромагнитных исследований и может быть использовано преимущественно для поиска, обнаружения и отслеживания подводных протяженных металлосодержащих объектов, в том числе и заиленных в донный грунт, например, подводных трубопроводов, подводных кабелей и т.п. с борта подводной поисковой установки.
Известно устройство для обнаружения и отслеживания металлосодержащего протяженного подводного объекта с борта подводной поисковой установки, содержащее блок управления и излучатель электромагнитного поля, выполненный в виде двух возбуждающих токовых электродов, установленных в носовой и кормовой частях подводной поисковой установки (Патент США, №5430380, МПК 6G01V 3/03, G01V 3/04, G01V 3/06, G01V 3/08, 1995 г.).
Основным недостатком этого устройства является сложность определения положения подводной поисковой установки относительно металлосодержащего протяженного подводного объекта, для чего требуется многократное прохождение поисковой установки над объектом под разными углами.
Известно устройство для обнаружения и отслеживания металлосодержащего протяженного подводного объекта с борта подводной поисковой установки (Патент РФ 2672775 МПК G01V 3/08 (2006/01), опуб. 19.11.2018 Бюл. №32), наиболее близкое по своей технической сущности и по достигаемому результату к заявляемому устройству и принятое в качестве прототипа.
Известное устройство содержит два излучателя электромагнитного поля, каждый из которых выполнен в виде двух возбуждающих токовых электродов, установленных в носовой и кормовой частях АНПА, два приемника электромагнитного поля в виде четырех приемных электродов, генератор переменного напряжения, два коммутатора, а также блок управления и преобразования сигналов (БУПС), при этом возбуждающие электроды подключены к выходам первого коммутатора, выход второго коммутатора соединен с первым входом БУПС, выход генератора переменного напряжения соединен со вторым входом БУПС, первый выход БУПС подключен на управляющие входы первого и второго коммутаторов, а второй выход БУПС соединен с задающим входом генератора переменного напряжения. БУПС состоит из блока компенсации, двухканального аналого-цифрового преобразователя (АЦП), вычислительно-управляющего блока (ВУБ), двухканального цифро-аналогового преобразователя (ЦАП), первого (ФНЧ1) и второго (фнч2) фильтров низких частот, порта последовательной связи (ППС) и информационного канала. Выход первого канала ЦАП через ФНЧ2 подключен ко второму входу блока компенсации, выход второго канала ЦАП соединен с входом ФНЧ1, выход которого является вторым выходом БУПС, управляющий выход ВУБ является первым выходом БУПС, первый вход блока компенсации является первым входом БУПС, а вход второго канала АЦП является вторым входом БУПС. Вход первого канала АЦП соединен с выходом блока компенсации, при этом через информационный канал организована связь ВУБ с выходами АЦП, с портом последовательной связи, а также с входами ЦАП, причем первый и второй каналы АЦП идентичны и имеют общие цепи синхронизации и управления, первый и второй каналы ЦАП также идентичны и имеют общие цепи синхронизации и управления, а тактовый выход АЦП соединен с входом прерывания ВУБ, кроме этого порт последовательной связи через канал обмена связан с системой управления движением АНПА. Возбуждающие токовые электроды расположены в горизонтальной плоскости АНПА таким образом, что образуемые ими два электрических диполя повернуты в разные стороны относительно продольной вертикальной осевой плоскости подводной поисковой установки на одинаковый угол, а приемные электроды расположены на АНПА так, что образуемые ими два приемных диполя повернуты в разные стороны относительно поперечной вертикальной осевой плоскости АНПА. Известное устройство содержит также управляемый аттенюатор, измерительный преобразователь тока и блок нормализатора сигналов с управляемым коэффициентом усиления, кроме этого вычислительно-управляющий блок (ВУБ) содержит второй управляющий выход и второй вход, которые являются третьим выходом БУПС и третьим входом БУПС соответственно. Последовательно соединенные управляемый аттенюатор и измерительный преобразователь тока включены в разрыв связи между выходом генератора переменного напряжения и входом первого коммутатора, управляющий вход аттенюатора соединен с третьим выходом БУПС, выход измерительного преобразователя тока соединен с третьим входом БУПС, приемные электроды соединены с входами блока нормализатора сигналов, а его выходы последовательно через второй коммутатор, первый вход БУПС и информационный канал связаны с ВУБ, при этом управляющий вход блока нормализатора сигналов подсоединен к первому выходу БУПС.
Известное устройство имеет следующие недостатки.
Первый из них определяется тем, что цифровая шина с первого выхода ВУБ является общей для блока нормализатора сигнала, а также для первого и для второго коммутаторов. Управление этими блоками сопровождается заданием соответствующего адреса блока, т. е. имеет место последовательное поочередное управление. Это обстоятельство вносит временное смещение в процесс синхронизации двух сигналов: входного сигнала блока компенсации, который поступает на его первый вход с выхода блока нормализатора через второй коммутатор и сигнала компенсирующего, который поступает на второй вход блока компенсации от ВУБ через информационный канал и далее последовательно через ЦАП и ФНЧ2. Указанное временное смещение приводит к возникновению сигналов помехи и к ошибке компенсации. Эта ошибка может быть не постоянной, что затрудняет ее учет и, в конечном итоге, увеличивает погрешность определения на грунте металлосодержащего объекта.
Второй недостаток известного устройства связан с тем, что обработка сигналов от приемных электродов и управление коэффициентами усиления нормализатора выполняется под контролем сохранения линейного режима всего тракта преобразования, состоящего из последовательно соединенных нормализатора сигналов, второго коммутатора и блока компенсации. Контроль линейности вместе с обеспечением максимально возможных значений выходных сигналов осуществляется по амплитуде сигнала на выходе блока компенсации при отключенном с его второго входа компенсирующего сигнала с учетом возможного прогнозируемого максимального увеличения выходного сигнала тракта преобразования при обнаружении металлосодержащего объекта. При отсутствии этого объекта выходной сигнал блока компенсации является фоновым, который и подлежит компенсации. Установленные при этом значения коэффициентов усиления в тракте преобразования являются постоянными для конкретных условий работы, таких как геометрия подводного носителя, неточность установки приемных электродов, свойства морской воды в районе работы, электрические характеристики грунта, возможное наличие каких-либо посторонних предметов на грунте и др. Подключение компенсирующего сигнала на второй вход блока компенсации уменьшает фоновый сигнал до нуля. Таким образом, поскольку в блоке компенсации осуществляется вычитание фонового сигнала из полного сигнала, по прогнозируемому максимальному значению которого определялись условия линейности режима преобразования, полезный сигнал в скомпенсированном устройстве при обнаружении металлосодержащего объекта будет гарантированно в линейной зоне, причем с недоиспользованием линейного диапазона. Как известно, чем меньше значение сигнала на входе АЦП, тем больше ошибка дискретизации. Иначе, полученное малое значение полезного сигнала по отношению к максимально возможному из условия использования полного линейного диапазона увеличивает ошибку дискретизации АЦП, на вход которого поступает этот сигнал. Это, в конечном итоге, также увеличивает погрешность определения на грунте металлосодержащего объекта.
Задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является повышение достоверности обнаружения и точности отслеживания протяженного подводного металлосодержащего объекта с помощью подводной поисковой установки, преимущественно автономного необитаемого подводного аппарата (АНПА) в условиях возможного изменения электрических характеристик окружающей подводной среды.
Поставленная задача достигается тем, что в устройство для обнаружения и отслеживания металлосодержащего протяженного подводного объекта, содержащее два излучателя электромагнитного поля, каждый из которых выполнен в виде двух возбуждающих токовых электродов, установленных в носовой и кормовой частях АНПА, два приемника электромагнитного поля в виде четырех приемных электродов, генератор переменного напряжения, два коммутатора, управляемый аттенюатор, измерительный преобразователь тока, блок нормализатора сигналов с управляемым коэффициентом усиления, а также блок управления и преобразования сигналов (БУПС), при этом возбуждающие электроды через первый коммутатор, измерительный преобразователь тока и управляемый аттенюатор подключены к выходу генератора переменного напряжения, выход второго коммутатора соединен с первым входом БУПС, выход генератора переменного напряжения соединен со вторым входом БУПС, первый выход БУПС подключен на управляющий вход первого коммутатора, а второй выход БУПС соединен с задающим входом генератора переменного напряжения, БУПС состоит из блока компенсации, двухканального аналого-цифрового преобразователя (АЦП), вычислительно-управляющего блока (ВУБ), двухканального цифро-аналогового преобразователя (ЦАП), первого (ФНЧ1) и второго (фнч2) фильтров низких частот, порта последовательной связи (ППС) и информационного канала, при этом выход первого канала ЦАП через ФНЧ2 подключен ко второму входу блока компенсации, выход второго канала ЦАП соединен с входом ФНЧ1, выход которого является вторым выходом БУПС, управляющий выход ВУБ является первым выходом БУПС, первый вход блока компенсации является первым входом БУПС, а вход второго канала АЦП является вторым входом БУПС, при этом через информационный канал организована связь ВУБ с выходами АЦП, с портом последовательной связи, а также с входами ЦАП, причем первый и второй каналы АЦП идентичны и имеют общие цепи синхронизации и управления, первый и второй каналы ЦАП также идентичны и имеют общие цепи синхронизации и управления, а тактовый выход АЦП соединен с входом прерывания ВУБ, кроме этого порт последовательной связи через канал обмена связан с системой управления движением АНПА, возбуждающие токовые электроды расположены в горизонтальной плоскости АНПА таким образом, что образуемые ими два электрических диполя повернуты в разные стороны относительно продольной вертикальной осевой плоскости подводной поисковой установки на одинаковый угол, а приемные электроды расположены на АНПА так, что образуемые ими два приемных диполя повернуты в разные стороны относительно поперечной вертикальной осевой плоскости АНПА, вычислительно-управляющий блок (ВУБ) содержит второй управляющий выход и второй вход, которые являются третьим выходом БУПС и третьим входом БУПС соответственно, управляющий вход аттенюатора соединен с третьим выходом БУПС, выход измерительного преобразователя тока соединен с третьим входом БУПС, приемные электроды соединены с входами блока нормализатора сигналов, а его выходы последовательно через второй коммутатор, первый вход БУПС и информационный канал связаны с ВУБ, дополнительно введены второй управляемый аттенюатор, а также два управляющих выхода в ВУБ, которые являются четвертым и пятым выходом БУПС, при этом второй управляемый аттенюатор включен в линию связи между выходом блока компенсации и первым входом двухканального АЦП, управляющий вход второго управляемого аттенюатора через информационный канал связан с ВУБ, управляющий вход блока нормализатора сигналов соединен с четвертым выходом БУПС, а управляющий вход второго коммутатора соединен с пятым выходом БУПС.
Выполнение функциональной задачи – «… повышение достоверности обнаружения и точности отслеживания протяженного подводного металлосодержащего объекта с помощью подводной поисковой установки, преимущественно автономного необитаемого подводного аппарата (АНПА) в условиях возможного изменения электрических характеристик окружающей подводной среды» обеспечивается следующими отличительными признаками предлагаемого решения.
Первый признак – «... в устройство для обнаружения и отслеживания металлосодержащего протяженного подводного объекта с борта АНПА … дополнительно введен второй управляемый аттенюатор … при этом второй управляемый аттенюатор включен в линию связи между выходом блока компенсации и первым входом двухканального АЦП, управляющий вход второго управляемого аттенюатора через информационный канал связан с ВУБ» обеспечивает использование полного линейного диапазона блока компенсации и уменьшает ошибку дискретности преобразования АЦП, определяемую его ограниченной разрядностью, что способствует повышению достоверности обнаружения и точности отслеживания протяженного подводного металлосодержащего объекта.
Второй признак – «…в устройство для обнаружения и отслеживания металлосодержащего протяженного подводного объекта с борта АНПА … дополнительно введены … два управляющих выхода в вычислительно-управляющий блок, которые являются четвертым и пятым выходом БУПС, … управляющий вход блока нормализатора сигналов соединен с четвертым выходом БУПС, а управляющий вход второго коммутатора соединен с пятым выходом БУПС», что уменьшает сигнал помехи на выходе блока компенсации и способствует повышению достоверности обнаружения и точности отслеживания протяженного подводного металлосодержащего объекта с помощью подводной поисковой установки в условиях возможного изменения электрических характеристик окружающей подводной среды.
На основании изложенного можно заключить, что совокупность существенных признаков заявленного изобретения имеет причинно-следственную связь с достигнутым техническим результатом, т.е. благодаря данной совокупности существенных признаков изобретения стало возможным решение поставленной задачи. Следовательно, заявленное изобретение является новым, обладает изобретательским уровнем и пригодно для использования.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 приведена функциональная схема устройства для обнаружения и отслеживания металлосодержащего протяженного подводного объекта; на фиг. 2 показан автономный необитаемый подводный аппарат (вид сверху) в момент прохождения над металлосодержащим протяженным подводным объектом (ПО); на фиг. 3 показан автономный необитаемый подводный аппарат (вид сзади) в момент прохождения над металлосодержащим протяженным подводным объектом при его отслеживании; на фиг. 4 приведены временные диаграммы, полученные в результате схемотехнического моделирования устройства: а – в заявляемом устройстве, б – в устройстве-прототипе.
Устройство для обнаружения и отслеживания металлосодержащего протяженного подводного объекта с борта подводной поисковой установки, преимущественно автономного необитаемого подводного аппарата (АНПА) 1 содержит два излучателя электромагнитного поля, каждый из которых выполнен в виде двух возбуждающих токовых электродов 2, 3 и 4, 5, установленных в носовой и кормовой частях АНПА 1, два приемника электромагнитного поля в виде четырех приемных электродов 6, 7, 8, 9, генератор 10 переменного напряжения, первый 11 и второй 12 коммутаторы, блок 13 нормализатора сигналов с управляемым коэффициентом усиления, управляемый аттенюатор 14, измерительный преобразователь 15 тока, а также блок 16 управления и преобразования сигналов (БУПС), имеющий три входа и пять управляющих выходов. Возбуждающие электроды 2, 3, 4, 5 через первый коммутатор 11, измерительный преобразователь тока 15 и аттенюатор 14 подключены к выходу генератора 10 переменного напряжения, причем выход второго коммутатора соединен с первым входом БУПС, выход генератора 10 переменного напряжения соединен со вторым входом БУПС 16, первый выход БУПС 16 подключен на управляющий вход первого коммутатора 11, а второй выход БУПС 16 соединен с задающим входом генератора 10 переменного напряжения. БУПС 16 состоит из блока 17 компенсации, двухканального аналого-цифрового преобразователя (АЦП) 18, вычислительно-управляющего (ВУБ) блока 19, двухканального цифро-аналогового преобразователя (ЦАП) 20, первого 21 (ФНЧ1) и второго 22 (фнч2) фильтров низких частот, порта 23 последовательной связи (ППС) и информационного канала 24, при этом выход первого канала ЦАП 20 через ФНЧ2 22 подключен ко второму входу блока 17 компенсации, выход второго канала ЦАП 20 соединен с входом ФНЧ1 21, выход которого является вторым выходом БУПС 16, первый управляющий выход ВУБ 19 является первым выходом БУПС 16, первый вход блока компенсации 17 является первым входом БУПС 16, а вход второго канала АЦП 18 является вторым входом БУПС 16, при этом через информационный канал 24 организована связь ВУБ 19 с выходами АЦП 18, с портом последовательной связи 23, а также с входами ЦАП 20, причем первый и второй каналы АЦП 18 идентичны и имеют общие цепи синхронизации и управления, первый и второй каналы ЦАП 20 также идентичны и имеют общие цепи синхронизации и управления, а тактовый выход АЦП 18 соединен с входом прерывания ВУБ 19, кроме этого порт последовательной связи 23 через канал обмена связан с системой управления движением АНПА 1. Возбуждающие токовые электроды 2, 3, 4, 5 расположены в горизонтальной плоскости АНПА 1 таким образом, что образуемые ими два электрических диполя повернуты в разные стороны относительно продольной вертикальной осевой АНПА 1 на одинаковый угол, а приемные электроды расположены на АНПА 1 так, что образуемые ими два приемных диполя повернуты в разные стороны относительно поперечной вертикальной осевой плоскости АНПА 1. ВУБ 19 содержит второй управляющий выход и второй вход, которые являются третьим выходом БУПС 16 и третьим входом БУПС 16 соответственно. Управляющий вход управляемого аттенюатора 14 соединен с третьим выходом БУПС, выход измерительного преобразователя 15 тока соединен с третьим входом БУПС, приемные электроды 6, 7, 8, 9 соединены с входами блока 13 нормализатора сигналов, а его выходы последовательно через второй коммутатор 12, первый вход БУПС 16 и информационный канал 24 связаны с ВУБ 19. Кроме этого устройство содержит второй управляемый аттенюатор 25, а также два управляющих выхода в ВУБ 19, которые являются четвертым и пятым выходом БУПС 16, при этом второй управляемый аттенюатор 25 включен в линию связи между выходом блока компенсации 17 и первым входом двухканального АЦП 18, управляющий вход второго управляемого аттенюатора 25 через информационный канал 24 связан с ВУБ 19, управляющий вход блока 13 нормализатора сигналов соединен с четвертым выходом БУПС 16, а управляющий вход второго коммутатора 12 соединен с пятым выходом БУПС 16.
Устройство для обнаружения и отслеживания металлосодержащего протяженного подводного объекта работает следующим образом.
Генератор 10 (см. фиг. 1) вырабатывает сигнал переменного напряжения синусоидальной формы USIN, который через управляемый аттенюатор 14, измерительный преобразователь 15 тока и первый коммутатор 11 поочередно подается на возбуждающие электроды 2, 4, затем на электроды 3, 5 и, наконец, (параллельно) на обе эти пары электродов. Управление первым коммутатором 11 осуществляется сигналом с первого выхода БУПС 16.
При этом в первом случае возбуждается электрический диполь А1-В1, ось которого отклонена от продольной осевой плоскости подводного аппарата 1 вправо на угол γ0. Прием ведется на электроды 6, 7, при этом на этих электродах возбуждается переменное напряжение UM1-N1, которое поступает на блок 13, где выполняется усиление и нормализация этого сигнала по уровню за счет регулирования коэффициента усиления с сохранением линейного режима работы. В результате на первом выходе блока 13 нормализатора вырабатывается сигнал U1, который через второй коммутатор 12 поступает на первый вход БУПС 16. Управление блоком 13 нормализатора осуществляется сигналом с четвертого выхода БУПС 16.
Одновременно с выхода генератора 10 на второй вход БУПС 16 подается напряжение USIN. В БУПС 16 выполняется синхронное детектирование, фильтрование и преобразование в цифровой эквивалент соответствующего сигнала с получением его синфазной U1SIN и квадратурной U1COS составляющих.
Во втором случае аналогично возбуждается электрический диполь А2-В2, ось которого отклонена влево от продольной вертикальной осевой плоскости АНПА 1 на угол γ0. На приемных электродах 8, 9 возбуждается переменное напряжение UM2-N2, которое поступает на блок 13, где выполняется его усиление и нормализация. В результате на втором выходе блока 13 вырабатывается сигнала U2, который через второй коммутатор 12 поступает на первый вход БУПС 16. Сигнал U2, пропорциональный напряжению на приемном диполе M2-N2, в БУПС 16 преобразуется в компоненты выходного сигнала U2SIN и U2COS.
В третьем случае возбуждаются оба электрических диполя А1-В1 и А2-В2, которые образуют суммарный электрический диполь (А1А2)-(В1В2), ось которого лежит в вертикальной продольной осевой плоскости АНПА 1. При этом на третьем и четвертом выходах блока 13 вырабатываются соответственно сигналы U0 и US, формируемые из напряжений, которые снимаются с двух пар приемных электродов 7, 8 и 6, 9. Эти сигналы поочередно через коммутатор 12 передаются в БУПС 16, где затем преобразуются соответственно в компоненты выходных сигналов устройства U0SIN, U0COS, USSIN, USCOS. Управление коммутатором 12 осуществляется сигналом с пятого выхода БУПС 16 соответственно, а полученные в блоке 16 синфазные и квадратурные компоненты сигналов через порт 23 поступают в систему управления движением АНПА.
При расположении АНПА над подводным объектом ПО, как показано на фиг. 2 (вид сверху) и на фиг. 3 (вид с кормы), сигналы на выходах блока 13 нормализации определятся выражениями
где коэффициент k1 – постоянный коэффициент, зависящий от конструктивных данных и свойств протяженного подводного объекта; k2 – постоянный коэффициент, характеризующий приемный диполь; I – ток в возбуждающем диполе; r – расстояние от диполя до протяженного объекта; γ – угол между вертикальной осевой плоскостью подводного аппарата и продольной осью протяженного объекта; k3 – конструктивный коэффициент; b – расстояние между электродами M и N; c – отклонение осевой плоскости подводного аппарата от протяженного объекта в поперечном направлении.
В работе устройства используются три режима: режим подготовки, режим компенсации и рабочий режим. Первые два режима выполняются последовательно в начале работы устройства и предназначены для настройки устройства под конкретные условия окружающей подводной обстановки. В третьем основном рабочем режиме осуществляется поиск и обнаружение на грунте металлосодержащих объектов.
В режиме подготовки выполняется установка определенного значения тока через излучающие электроды, от которого зависят сигналы, определяемые выражениями (1) … (3). Тем самым происходит подстройка под уровень солености воды в месте работы АНПА 1. Реализация этого режима обеспечивается сочетанием генератора 10, управляемого аттенюатора 14 и измерительного преобразователя 15 тока и связями между ними, а также замкнутого контура регулирования тока, образованного с участием связей с выхода измерительного преобразователя 15 тока на третий вход БУПС 16 и с третьего выхода БУПС 16 на управляющий вход аттенюатора 14. Поддержание значения этого тока в заданных пределах позволяет получать измеряемые сигналы требуемого уровня.
Режим компенсации предназначен для улучшения соотношения «сигнал/шум» за счет нейтрализации фонового сигнала, определяемого геометрией корпуса АНПА 1, влиянием грунта и каких-либо посторонних объектов на грунте.
На предварительном этапе этого режима на выходе блока компенсации 17, являющегося выходом тракта преобразования сигналов с приемных электродов, устанавливается максимальная амплитуда сигнала в пределах его линейного диапазона путем воздействия сигнала с четвертого выхода БУПС 16 на управляющий вход нормализатора 13.
На втором этапе режима компенсации в БУПС 16 формируется соответствующий компенсирующий сигнал, который последовательно через информационный канал 24, ЦАП 20 и ФНЧ 2 поступает на второй вход блока компенсации 17, за счет чего его выходной сигнал уменьшается практически до нулевого значения.
На завершающем этапе режима компенсации путем воздействия на управляющий вход второго аттенюатора 25 осуществляется увеличение его коэффициента усиления с исходного единичного значения до значения, при котором гарантируется сохранение линейного диапазона работы тракта преобразования с учетом максимально возможного прогнозируемого значения сигнала при обнаружении металлосодержащего объекта. При этом полезный сигнал, вызванный проходом АНПА 1 над подводным металлосодержащим объектом и поступающий с выхода тракта преобразования на вход АЦП, будет иметь максимально возможное значение, что минимизирует погрешность дискретности АЦП и повышает достоверность обнаружения подводного объекта.
Работоспособность устройства подтверждают результаты схемотехнического моделирования в виде временных диаграмм сигналов в заявляемом устройстве (фиг. 4, а) и, для сравнения, в устройстве-прототипе (фиг. 4, б). Графики этих сигналов показаны совмещенными по оси времени, при этом моменту времени t0 соответствует начало процесса, t1 – момент включения режима компенсации, t2 – завершение режима компенсации и подача управления на второй аттенюатор с целью увеличения его коэффициента усиления, t3 – момент подхода АНПА к металлосодержащему подводному объекту.
На фиг. 4 приняты следующие обозначения сигналов: y1 – сигнал на входе блока компенсации 17, y2 – сигнал на выходе второго аттенюатора 25 в исходном состоянии при его единичном коэффициенте усиления в случае отсутствия подводного металлосодержащего объекта (сигналы y1 и y2 находятся в противофазе), y3 – сигнал на выходе второго аттенюатора 25 при введении дополнительного усиления после момента времени t3 в заявляемом устройстве, y4 – сигнал на выходе блока компенсации 17 в исходном устройстве при подходе АНПА к металлосодержащему объекту; А1.1 – амплитуда фонового сигнала на входе блока компенсации 17, А1.2 – результирующая амплитуда сигнала на входе блока компенсации при подходе АНПА к металлосодержащему объекту.
Сопоставление приведенных графиков показывает, что введение в тракт преобразования дополнительного усиления (в момент времени t2) не нарушает результаты компенсации, но увеличивает полезный сигнал y3 (по сравнению с сигналом y4) на входе АЦП, что способствует уменьшению ошибки дискретности АЦП и, в конечном итоге, повышает достоверность и точность обнаружения подводного металлосодержащего объекта.
Устройство для обнаружения и отслеживания металлосодержащего протяженного подводного объекта, содержащее два излучателя электромагнитного поля, каждый из которых выполнен в виде двух возбуждающих токовых электродов, установленных в носовой и кормовой частях автономного необитаемого подводного аппарата (АНПА), два приемника электромагнитного поля в виде четырех приемных электродов, генератор переменного напряжения, первый и второй коммутаторы, управляемый аттенюатор, измерительный преобразователь тока, блок нормализатора сигналов с управляемым коэффициентом усиления, а также блок управления и преобразования сигналов (БУПС), при этом возбуждающие электроды через первый коммутатор, измерительный преобразователь тока и управляемый аттенюатор подключены к выходу генератора переменного напряжения, выход второго коммутатора соединен с первым входом БУПС, выход генератора переменного напряжения соединен со вторым входом БУПС, первый выход БУПС подключен на управляющий вход первого коммутатора, а второй выход БУПС соединен с задающим входом генератора переменного напряжения, при этом БУПС состоит из блока компенсации, двухканального аналого-цифрового преобразователя (АЦП), вычислительно-управляющего блока (ВУБ), двухканального цифро-аналогового преобразователя (ЦАП), первого (ФНЧ1) и второго (фнч2) фильтров низких частот, порта последовательной связи (ППС) и информационного канала, выход первого канала ЦАП через ФНЧ2 подключен ко второму входу блока компенсации, выход второго канала ЦАП соединен с входом ФНЧ1, выход которого является вторым выходом БУПС, управляющий выход ВУБ является первым выходом БУПС, первый вход блока компенсации является первым входом БУПС, а вход второго канала АЦП является вторым входом БУПС, при этом через информационный канал организована связь ВУБ с выходами АЦП, с портом последовательной связи, а также с входами ЦАП, причем первый и второй каналы АЦП идентичны и имеют общие цепи синхронизации и управления, первый и второй каналы ЦАП также идентичны и имеют общие цепи синхронизации и управления, а тактовый выход АЦП соединен с входом прерывания ВУБ, кроме этого порт последовательной связи через канал обмена связан с системой управления движением АНПА, возбуждающие токовые электроды расположены в горизонтальной плоскости АНПА таким образом, что образуемые ими два электрических диполя повернуты в разные стороны относительно продольной вертикальной осевой плоскости подводной поисковой установки на одинаковый угол, а приемные электроды расположены на АНПА так, что образуемые ими два приемных диполя повернуты в разные стороны относительно поперечной вертикальной осевой плоскости АНПА, вычислительно-управляющий блок (ВУБ) содержит второй управляющий выход и второй вход, которые являются третьим выходом БУПС и третьим входом БУПС соответственно, управляющий вход аттенюатора соединен с третьим выходом БУПС, выход измерительного преобразователя тока соединен с третьим входом БУПС, приемные электроды соединены с входами блока нормализатора сигналов, а его выходы последовательно через второй коммутатор, первый вход БУПС и информационный канал связаны с ВУБ, отличающееся тем, что в него дополнительно введены второй управляемый аттенюатор, а также два управляющих выхода в ВУБ, которые являются четвертым и пятым выходом БУПС, при этом второй управляемый аттенюатор включен в линию связи между выходом блока компенсации и первым входом двухканального АЦП, управляющий вход второго управляемого аттенюатора через информационный канал связан с ВУБ, управляющий вход блока нормализатора сигналов соединен с четвертым выходом БУПС, а управляющий вход второго коммутатора соединен с пятым выходом БУПС.
