Устройство для распознавания подводных грунтов

 

УСТРОЙСТВО ДЛЯ РАСПОЗНАВАНИЯ ПОДВОДНЫХ ГРУНТОВ по авт. св. № 989504, отличающееся тем, что, с целью повышения точнсх:ти, в него дополнительно введены второй одновибратор, второйтриггер и съемМая перемычка, последовательно соединенные , третий управляемый интегратор, второй пиковый детектор, вторая аналоговая ячейка памяти и делительное звено, последовательно соединенные дифференцирующее звено, формирователь импульсов, вторая логическая схема И и третий одновибратор, при этом выход третьего одновибратора подключен .к управляющему входу второй аналоговой ячейки памяти, выход второй логической схемы И соединен с вторым входом второго триггера, выход которого является вторым входом второй логической -схемы И, .вход второго одновибратора объединен с входом первого одновибратора и первым входом второго триггера, а его выход через вторую пару контактов, съемной перемычки подключен к входу дифференцирующего звена, сигнальный вход третьего управляемого интегратора подклюS чен к выходу приемного тракта, а его управляющий вход объединен с аналогичными входами первого и второго управляемых интеграторов и через первую пару контактов съемной перемычки подключен ко входу дифференцирзтощего звена, вход сброса второго пикового детектора объединен с аналогичным входом первого пикового детектора. СО

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСИИХ

РЕСПИЬЛИК э(я) С 01 U 1/38

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ (К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (61) 989504 . (21) 3450922/18-25 (22) 09. 06. 82 (46) 15. 07.84. Бюл. № 26 (72) И. Н. Карш, А. В. Кауров, Г. И Глазунова, Н. В. Киселев, Я.Г. Любчик и С.А. Шелемотов (71) Северо-западный заочный политехнический институт (53) 550.83(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

¹ 989504, кл. G 01 V 1/38, 1981 (прототип). (54) (57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ РАСПОЗНАВАНИЯ ПОДВОДНЫХ ГРУНТОВ по авт. св.

989504, отличающееся тем, что, с целью повышения точности, в него дополнительно введены второй одновибратор, второй- триггер и съемная перемычка, последовательно соединенные.третий управляемый интегратор, второй пиковый детектор, вторая аналоговая ячейка памяти и делительное звено, последовательно соединенные дифференцирующее звено, формирователь...ЯО„„1103171 A импульсов, вторая логическая схема и и третий одновибратор, при этом выход третьего одновибратора подключен .к управляющему входу второй аналоговой ячейки памяти, выход второй логической схемы И соединен с вторым входом второго триггера, выход которого является вторым входом второй логической -схемы И, .вход второго одновибратора объединен с входом первого одновибратора и первым входом второго триггера, а его выход через вторую пару контактов. съемной перемычки подключен к входу дифференцирующего звена, сигнальный вход третьего управляемого интегратора подклю- g

O чен к выходу приемного тракта, а его управляющий вход объединен с аналогичными входами первого и второго управляемых интеграторов и через первую пару контактов съемной перемычки подключен ко входу дифференцирующего звена, вход сброса второго пикового детектора объединен с аналогичным входом первого пикового детектора. Ю

1103171

Изобретение относится к гидроакустике и предназначено для распознавания подводных грунтов при гидроакустической локации дна акваторий.

По основному авт. св. 9 989504 известно устройство, содержащее гене. ратор-синхронизатор, соединенный с излучателем, акустически связанным с приемником, подключенным к прием- ному тракту, последовательно соединенные аналоговый ключ, первый управляемый интегратор, пиковый детектор и аналоговую ячейку памяти, блок об наружения, вход которого связан с выходом приемного тракта, а выход подключен к входу одновибратора, выход последнего подключен к аналоговой ячейке памяти, при этом генератор-синхронизатор, помимо излучателя, подключен также к приемному тракту, 20 блоку обнаружения и пиковому детектору °

При этом блок обнаружения выполнен в виде последовательно соединенных усилителя-ограничителя, второго управляемого интегратора, бесконтактного реле, логической схемы И и триггера (1).

Недостатком данного устройства является то, что снижается точность 30 распознавания поверхностного слоя донного грунта при качке судна носителя из-за волнения моря, вызывающего колебания излучателя. Эти низкочастотные колебания приводят к феддинговь м явлениям в приемном тракте, проявляющемся в периодических замираниях, т.е. ослаблениях сигнала грунта на выходе устройства.

Цель изобретения — повышение точности.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство для распознавания подводных грунтов дополнительно введены второи одновибратор, вто45 рой триггер и съемная перемычка, по следовательно соединенные третий управляемый интегратор, второй пиковый детектор, вторая аналоговая ячейка памяти и делительное звено, последовательно соединенные дифференцирующее звено„, формирователь импульсов, вторая логическая схема И и третий одновибратор, при этом выход третьего одновибратора подключен к управляющему входу второй аналоговой ячейки памяти, выход второй логической схемы И соединен с вторым входом второго триггера, выход которого являетпя вторым входом второй логической схемы И, вход второго одновибратора .объединен с входом первого одновибратора и первым входом второго триггера, à его выход через вторуго пару контактов съемной перемычки подключен к входу днфференцирующего звена, сигнальный вход третьего управляемого интегратора подключен к выходу приемного тракта, а его управляющий вход объединен с аналогичными входами первого и второго управляемых интеграторов и через первую пару контактов съемной перемычки подключен к входу дифференцирующего звена, вход сброса второго пикового детектора объединен с аналогичным входом первого пикового детектора.

На чертеже показана блок-схема устройства для распознавания подводных грунтов.

Устройство содержит генераторсинхронизатор 1, излучатель 2, приемник 3, приемный тракт 4, состоящий из последовательно соединенных согласующего каскада 5, блока программного усиления 6, селектора 7 отраженного сигнала, усилителя 8, детектора с фильтром нижних частот (ФНЧ) 9 и амплитудного ограничителя 10, блок обнаружения 11, состоящий из последовательно соединенных усилителя-ограничителя 12, второго управляемого интегратора 13, бесконтрольного реле 14, первой логической схемы И 15 и первого триггера 16, аналоговый ключ 17, первый управляемый интегратор 18, первый пиковый детектор 19, первую аналоговую ячейку памяти 20 и первый одновибратор 21, а также третий управляемый интегратор 22, второй пиковый детектор 23, вторую аналоговую ячейку памяти 24, съемную перемычку 25, дифференцирующее звено 26, формирователь импульсов 27, вторую логическую схему И 28, третий одновибратор 29, второй триггер 30, второй одновибратор 31 и делительное звено 32.

При этом сигнальный вход третьего управляемого интегратора 22 подключен к выходу приемного тракта 4, управляющий вход его объединен с аналоговыми входами первого и второго интеграторов 18 и 13 и через первую пару контактов съемной перемычки 25 подключен к входу дифференцирующего

1103171 звена 26, а выход третьего управляемого интегратора 22 через второй пиковый детектор 23 и вторую аналоговую ячейку памяти 24 подключен к вхо.ду делителя делительного звена 32.

Выход дифференцирующего звена 26 через формирователь импульсов 27 подключен к первому входу второй логической схемы И 28, второй вход которой является выходом второго триггера 30, выход же второй логической схемы И 28 подключен к второму входу второго триггера 30 и через третий . одновибратор 29 подключен к управляющему входу второй аналоговой ячейки памяти 24. Вход делимого делительного звена 32 является выходом первой аналоговой ячейки памяти 20, а выход его — выходом устройства. Вход второго одновибратора 31 объединен с входом первого одновибратора 21 и с первым входом второго триггера 30, а выход второго одновибратора 31 через вторую пару контактов съемной перемычки 25 подключен к входу дифференцирующего звена 26. Входы сброса первого и второго пиковых детекторов 19 и 23 объединены.

Третий управляемый интегратор 22 выполнен аналогично первому и второму ЗО управляемым интеграторам 18 и 13 и предназначен для измерения энергии эхо-сигнала на заданном интервале времени. Второй пиковый детектор 23 выполнен аналогично первому пиково" 35 му детектору 19 и предназначен для кратковременного запоминания без искажения в течение нескольких мил» лисекунд значения измеренной энергии эхо-сигнала. 40

Вторая аналоговая ячейка памяти

24 выполнена аналогично первой аналоговой ячейке памяти 20 и предназначена для длительного (в течение нес.45 кольких секунд) хранения без искажений значения измеренной энергии эхосигнала ° Съемная перемычка 25 с двумя парами контактов предназначена для задания интервала времени на котором

У 50 измеряется энергия эхо-сигнала; нри замыкании первой пары контактов энергия эхо-сигнала измеряется на всем интервале Т существования первого волнового пакета, а при замыкании второй пары контактов — на интерва55 ле Т2, задаваемом длительностью выходного импульса второго одновибратора 31 (обычно T> (T ), срабатыва-. тощего .при обнаружении эхо-сигнала.

Лифференцирующее звено 26 совместно с формирователем импульсов 27 и второй логической схемой И 28 служат для получения командного импульса, означающего конец измерения энергии эхо-сигнала.

Этот импульс образуется либо на заднем фронте прямоугольного импуль» са, получаемого с помощью усилителя« ограничителя 12 из первого волнового .пакета (длительностью T ) эхо-сигнала (при замкнутой первой паре контактов съемной перемычки 25), либо на заднем фронте выходного импульса (длительностью Т ) второго одновибратора 31 (при замкнутой второй паре контактов съемной перемычки 25).

Третий н второй одновибраторы 29 н 31 выполнены аналогично первому одновибратору 21. Третий одновибра тор 29 предназначен для формирования импульса записи измеренного значения энергии эхо-сигнала во вторую аналоговую ячейку памяти 24, а второй одновибратор 31 (в котрром предусмотрена возможность изменения при необходимости длительности выходного импульса) предназначен для задания любого интервала Т измерения энергии

2 эхо-сигнала (не обязательно совпадающего с интервалом Т существования первого волнового пакета). Второй триггер 30 выполнен аналогично первому триггеру 16 и предназначен для обеспечения однократного появления выходного импульса второй логической схемы И 28 при окончании первого волнового пакета. Делительное звено 32 служит для нормирования сигнала грунта (выходной сигнал первой аналоговой ячейки памяти 20), соответствующего измеренному значению энергии .эхо-сигнала на его коротком (порядка 1 мс) начальном участке Т по все.1 му интервалу Т„ с Т2 (Т энергии эхосигнала, измеренной третьим управляемым интегратором 22 на заданном интервале Т2 либо Т . Конкретная реализация делительного звена может быть выполнена с помощью типовой микросхемы 525 ПС 1.

Работа устройства для распознавания подводных грунтов возможна в двух режимах и обосновывается на следующих принципах.

Первый режим задается установкой . съемной перемычки 25 в положение, 1103171 с- 0

25

При указанных условиях в форме первого волнового пакета отобража-. ются физические характеристики уже не только приповерхностного слоя грунта, но и характеристики нижележащего скального основания.

Тем не менее, средняя: крутизна переднего фронта эхо-сигнала при прочих равных условиях по-прежнему характеризует акустическую жесткость приповерхностного слоя грунта. Однако необходимые одинаковые условия ее измерения по-прежнему реально не соблюдаются в первую очередь из-эа качки судна, что снова приводит к необходимости измерения не абсолютного, как в прототипе, а относительного значения средней крутизны переднего фронта эхо-сигнала. При этом измерение ее в виде отношения энергии эхо-сигнала на участке T к энергии первого волнового пакета длительностью Т (как в первом режиме) для одного и того же характера приповерхностного слоя грунта может иметь большую дисперсию, если на различных участках исследуемой акватории существенно различается характер нижележащих слоев, что определяется по

40

Можно считать, что при этом происходят неконтролируемые изменения некоторого эквивалентного коэффициен50 та усиления канала связи излучательприемник, изменяющие амплитуду эхосигнала, но сохраняющие его форму и, в частности, сохраняющие соотношения между значениями энергии эхо-сигнала на его отдельных определенных участ55 ках.

В связи с этим целесообразно измерять акустическую жесткость грунта при котором замкнута первая пара контактов, что определяется, исходя иэ следующих условий.

Эхо-сигнал в исследуемой акватории имеет достаточно гладкий и явно выраженный первый волновой пакет без резкого одиночного выброса, характеризующего наличие скального основания под осадочным поверхностным. слоем. При использовании радиоимпуль ных гидролокаторов такой случай реально имеет место в районах океана, характеризуемых мощным и однородным верхним осадочным слоем донного грун та, в котором сигнал успевает затухать, не доходя,до скального основания. В районах же с менее мощным верхним слоем грунта такой случай может быть создан искусственно путем уменьшения длительности и мощности излучаемого радиоимпульса.

При указанных условиях физические характеристики приповерхностного слоя грунта отображаются в форме первого волнового пакета эхо †сигна длительностью T . В прототипе одним из определяющих признаков формы эхосигнала принята средняя крутизна его переднего фронта, коррелированная с акустической жесткостью грунта и измеряемая как энергия эхо-сигнала на его коротком начальном интервале

T (порядка 1 мс).

Однако такое измерение акустичес кой жесткости неинвариантно к ряду неконтролируемых переменных условий.

Так, например, при увеличении мощнос ти сигнала, падающего на один и тот же грунт, соответственно увеличивает ся и-мощностью эхо-сигнала, а значит увеличивается и крутизна его переднего фронта. Некбнтролируемые изменения мощности падающего на грунт сигнала возникают в первую очередь при колебаниях оси излучателя в результате качки судна-носителя. ! не как абсолютную величину средней крутизны переднего фронта эхо-сигнала, а как относительную величину этой крутизны, определяемую отношением энергии эхо-сигнала на его коротком начальном участке длительностью T

1 ко всей энергии первого волнового пакета длительностью Т . Очевидно, что такое измерение инвариантно к неконтролируемым изменениям эквивалентного коэффициента усиления канала связи излучатель — приемник, в связи с чем оно и реализуется в первом режиме работы устройства.

Второй режим работы устройства задается установкой перемычки 25 в положение, пр» котором замкнута вторая пара контактов, что определяется следующими уловиями: первый волновой пакет эхо-сигнала не является достаточно. гладким и характеризуется наличием резкого всплеска . не в начальной части сигнала, причем указанный характер первого волнового пакета сохраняется при уменьшении длительности (и, возможно, мощности) излученного сигнала, т.е. при увеличении разрешающей (по глубине) способности гидролокатора.

1103171

20 наличию резких всплесков в первом волновом пакете на одних участках акватории и отсутствию таковых на других. Примером такой ситуации может служить наличие твердого скального основания под верхним осадочным слоем на одних участках исследуемой акватории и отсутствие его на других.

Все это приводит к необходимости измерения средней крутизны переднего 10 фронта эхо-сигнала, коррелированной с акустической жесткостью приповерхностного слоя, в виде отношения энергии эхо-сигнала на том же коротком начальном интервале длительностью Т 15 к энергии эхо-сигнала на интервале длительностью Т (Т, (Т Т ), где интервал Т выбирается так, чтобы в него не попадали резкие всплески от нижележащих слоев исследуемой акватории с резко выраженной нестабильности сейсморазреза.

Именно такое измерение и реализуется во втором режиме работы устройства. 25

Таким образом, устройство, учитывающее изложенные принципы, работает следующим образом.

С учетом априорных соображений и по результатам предварительных исследований акватории выбирается либо первый режим, либо второй режим работы устройства установкой съемной перемычки 25 в положение, когда замкнутая первая пара контактов в первом

35 случае и вторая пара контактов — во втором случае.

В первом режиме синхронизирующий импульс от генератора — синхрониза40 тора 1 запускает излучатель 2, перебрасывает первый триггер 16 с его второго выхода и сбрасывает первый и второй пиковые детекторы 19 и 23.

Продетектированный сигнал с выхо45 да приемного тракта 4 поступает через аналоговый ключ 17 на сигнальный вход первого управляемого интегратора 18 для дальнейшего измерения и запоминания значения энергии эхо-сигнала на его начальном интервале Т1 которое затем поступает на вход делителя делительного звена 32 и присутствует на нем до следующего эхо-сигнала.

Этот же сигнал поступает на вход бло- 5 ка обнаружения 11 и на сигнальный .вход третьего управляемого интегратора 22.

На управляющий вход третьего управляемого интегратора 22 (так же как первого интегратора 18) поступают клиппированные сигналы с выхода усилителя-ограничителя 12, разрешающие интегрирование в течение периода их существования. Эти же сигналы через съемную перемычку 25 поступают на вход дифференцирующего звена 26, которое совместно с формирователем импульсов 27 формирует импульсы на задних фронтах импульсов, вырабатываемых усилителем-ограничителем 12.

Импульсы с выхода формирователя импульсов 27 поступают на первый вход второй логической схемы И 28.

На интервале времени, предшествующем появлению полезного эхосигнала, выходной сигнал приемного тракта 4 соответствует стационарным и нестационарным помехам, которые и формируют выходные прямоугольные случайные импульсы усилителя-ограничителя 12.

При этом в момент окончания каждого такого случайного импульса третий управляемый интегратор 22 сбрасывается. Второй пиковый детектор 23, подключенный к выходу третьего управляемого интегратора 22, запоминает на время, равное нескольким миллисекундам, максимальное из накопленных третьим управляемым интегратором

22 напряжений.

Второй триггер 30 до момента обнаружения находится в сброшенном относительно его выхода состоянии, и потому сигнал на втором входе второй логической схемы И 28 отсутствует, а значит отсутствует и сигнал на выходе второй логической схемы И 28, несмотря на появление в случайные моменты времени сигналов на ее первом входе от формирователя импульсов 27.

При обнаружении полезного эхосигнала второй триггер 30 перебрасывается, вследствие чего появляется сигнал на втором входе второй логической схемы И 28. При этом сигнал на выходе усилителя-ограничителя 12 существует в течение всего времени Т существования первого волнового пакета эхо-сигнала.

Этот сигнал разрешает интегрирование третьим управляемым интегратором 22 выходного сигнала приемного тракта 4, т.е. интегрирование полезного эхо-сигнала в течение всего

9 1103171 интервала Т существования первого волнового пакета. Накопленное выходное напряжение третьего управляемого . интегратора 22, соответствующее энергии первого волнового пакета, посту- 5 р пает во второй пиковый детектор 23 с для запоминания без искадения на время, равное нескольким миллисекундам и (порядка 10-15 мс). з

При окончании первого пакета тре- 1о н тий управляемый интегратор 22 сбра- т сывается. В то же время формируется г импульс на первом входе. второй логи- м ческой схемы И 28, à поскольку на ее п втором входе ранее уже присутствовал 1$ т сигнал от второго триггера 30, то т вторая логическая схема И 28 срабаты- к вает, запуская своим выходным сигна- д ом второй одновибратор 29. Второй д одновибратор 29 вырабатывает при 2п р этом выходной импульс длительностью, я достаточной для записи выходного ф сигнала второго пикового детектора н

23 во вторую аналоговую ячейку памя- з ти 24, позволяющую хранить измерен- 2q в ное значение энергии первого волно- с вого пакета в течение нескольких секунд без искажения. Это значение пот ступает на вход делимого делительного в звена 32 и присутствует на нем до зо п следующего эхо-сигнала. н

В результате на выходе звена появляется нормированное. напряжение, н соответствующее средней относителье ной крутизне переднего фронта перво- в

ro волнового пакета эхо-сигнала, кор- к релированной с акустической жеств костью донного грунта. с

Это напряжение с выхода устрой- н ства может поступать далее на устрой- 40 ч ство регистрации, в качестве которо- л го целесообразно применять перьевой самописец. s

I ч

Для того, чтобы запись во вторую 4> аналоговую ячейку памяти 24. производилась лишь один раз в цикле локации при окончании первого волнового пакета, выходной сигнал второй логической схемы И.28 самоблокируется перебрасыванием второго триггера 30.

В следующем цикле локации, определяемом следующим импульсом генератоа-синхронизатора 1, повторяется опианный цикл работы устройтства.

Во втором режиме работы устройства з априорных соображений, либо по ре-. ультатам .предварительных исследоваий устанавливается необходимая длиельность T выходного импульса второ2 о одновибратора 31, а съемная переычка 25 устанавливается в положение, ри котором замкнута вторая пара конактов. При этом устройство работает ак же, как и в первом режиме за ислючением того, что импульс на выхое формирователя импульсов 27, а слеовательно, и импульс записи во втоую аналоговую ячейку памяти 24 повляется один раз в цикле на заднем ронте выходного импульса длительостью Т> второго одновибратора 31, апускаемого от блока обнаружения 11 момент обнаружения полезного эхоигнала.

Во вторую аналоговую ячейку памяи 24 записывается от второго ликоого детектора 23 значение энергии слезного эхо-сигнала, измеренное а заданном интервале T> .

В результате на выходе делителього звена 32 в каждом цикле появлятся нормированное напряжение, соотетствующее средней относительной рутизне переднего фронта первого олнового пакета, коррелированной акустической жесткостью приповерхостного слоя донного грунта для слуая существенно нестабильной в литоогическом отношении акватории.

Таким образом, данное устройство отличие от прототипа позволяет знаительно повысить точность распознавания характера подводных грунтов по акустической жесткости за счет устранения дисперсии измерения акустической жесткости, возникающей в результате качки судна-носителя.

E уигройст8у

1103171

ВНИИПИ Заказ 4973/34 ТиРаж 711 Подписке

Филиал ПНП "Патен7, г.Ужгород, ул.Проективя, 4