Устройство для обнаружения импульсных эхо-сигналов, отраженных от дна водоема

 

УСТРОЙСТВО.ДЛЯ ОБНАРУЖЕНИЯ ИМПУЛЬСНЫХ ЭХО-СИГНАЛОВ, ОТРАЖЕННЫХ ОТ ДНА ВОДОЕМА, содержащее блок управления , формирователь упреждения, схему временной селекции и формирователь времени анализа шумов, соединенные последовательно, пороговую схему и аналого-цифровой преобразователь , сигнальный вход которого является входом устройства, выход соединен с сигнальным входом пороговой схемы, а управляющий вход - с вторым входом схемы временной селекции и с вторым выходом блока управления, . первый вход которого является управляющим входом устройства, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения помехоустойчивости устройства путем снижения вероятности ошибочного приема импульсных эхо-сигналов при действии коротких импульсных помех, в него введены цифровой согла .сованный фильтр, два блока задержки кодов, два селектора, преобразователь код-напряжение, схема определения сбоев и схема логического анализа, причем выход последней является управляющим выходом устройства и соединен с вторым входом блока управления, а первый и второй входы - с выходами соответствующих селекторов, вход первого селектора соединен с входом первого и выходом второго блоков задержки кодов, сигнальный вход последнего подключен к выходу аналого-цифрового преобразователя и сигнальному входу цифрового согласованного фильтра , выход которого соединен с входами второго селектора и преобразователя код-напряжение, выход последнего является аналоговым выходом устройства , вход формирователя времени анализа шумов через управляющий вход пороговой схемы соединен с первым управляющим входом цифрового согласованного фильтра, а выход - с третьим входом блока управления, первый выход которого соединен с управляющими входами второго блока задержки кодов и. обоих селекторов, с вторым управляю цим входом цифрового согласованного фильтра и с первым входом сх мы определения сбоев, второй вход которой подключен к выходу схемы вре менной селекции, а выход - к втором входу формирователя упреждения, выход первого блока .задеожки колов является цифровым выходом устройства.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

tl9) S+ till

3(Я) G 01 V 1/38

Р" " Aь" уу), ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCHGMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

$3gggg;;;-. (ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЦТИЙ (21) 3607597/18-25 (22) 22.06.83 (46) 30.08.84. Бюл. Р 32 (72) Н.М.Шагиев (71) Научно-произ водст венное объединение Рудгеофиэика (53) 55 ° 083 (088. 8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

9 247528, кл. G 01 V 1/00, 1965, 2. Патент США 9 3555499, кл. 340-3, опублик. 1973.

3. Авторское свидетельство СССР по заявке Р 3379880/18-25(003300), кл, G 01 V 1/38, 05.01.82 (прототип), (54)(57) УСТРОЙСТВО.ДЛЯ ОБНАРУЖЕНИЯ

ИМПУЛЬСНЫХ ЭХО-СИГНАЛОВ, OTPAEEHHblX

ОТ ДНА ВОДОЕМА, содержащее блок управления, форьирователь упреждения, схему временной селекции и формирователь времени анализа шумов, соединенные последовательно, пороговую схему и аналого-цифровой преобразователь, сигнальный вход которого является входом устройства, выход соединен с сигнальным входом пороговой схемы, а управляющий вход — с вторым входом схемы временной селекции и с вторым выходом блока управления, первый вход которого является управ;ляющим входом устройства, о т л и— ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения помехоустойчивости устройства путем снижения вероятности ошибочного приема импульсных зхо-сигналов при действии коротких импульсных помех, в него введены цифровой согла. сованный фильтр, два блока задержки кодов, два селектора, преобразователь код-напряжение, схема определения сбоев и схема логического ан али за, причем выход последней является управляющим выходом устройства и соединен с вторым входом блока управления, а первый и второй входы - с выходами соответствующих селекторов, вход первого селектора соединен с входом первого и выходом второго блоков задержки кодов, сигнальный вход последнего подключен к выходу аналого-цифрового преобразователя и сигнальному входу цифрового согласованного фильтра, выход которого соединен с входами второго селектора и преобразова- Е

Ф теля код-напряжение, выход последнего является аналоговым выходом устройства, вход формирователя времени анализа шумов через управляющий вход пороговой схемы соединен с первым управляющим входом цифрового согла- Я сованного фильтра, а выход - с третьим входом блока управления, первый выход которого соединен с управляю) щимн входами второго блока задержки кодов и. обоих селекторов, с вторым управляющим входом цифрового согласо ванного фильтра и с первым входом сх мы определения сбоев, второй вход которой подключен к выходу.схемы вре менной селекции, а выход — к второму входу формирователя упреждения, выход первого блока ..:задержки колов являет ся цифровым выходом устройства.

1111117, Изобретение относится к раэведоч ной геофизике и может быть использовано в апп ратуре, предназначенной для сейсмоакустических исследований структурных и литологических особенностей донных отложений на акваториях. 5

Известно устройство для определения моментов прихода акустических сигналов, содержащее приемник акустических сигналов, пороговое устройство и блок автоматического управ- 10 ления порогом 11.

Недостатком известного устройства является отсутствие в нем временной селекции акустических сигналов, н результате чего порог автоматически выставляется по мешающим сигналам, отраженным от поверхности воды, корпуса судна, и реверберационным помехам, уровень которых намного превышает амплитуду отраженного.от дна сигнала, особенно при малых коэффициентах отражения от грунта дна.

Известна также аппаратура для определения коэффициента отражения от морского дна, содержащая аналогоцифровой преобразователь, блок управ- . ления и синхронизации, схему временной селекции, пороговую схему и фильтр отраженного от дна сигнала, ныход которого через усилитель соединен с входом аналого-цифрового пре- 30 образонателя (23, Недостатками данной аппаратуры являются необходимость непрерывного ручного слежения эа уроннем шумов и упреждением временного окна в про- З5 цессе работы, большая вероятность ошибочного приема отраженных от дна сигналон, особенно в случае дейст- вия коротких импульсных помех, так как фиксированный, задаваемый вруч- 40 ную порог срабатывания не связан с уровнем помех, предшествующих принимаемому отраженному сигналу. В случае, если величина укаэанного пороra велика (значительно превышает 45, уронень шумов), то возможен пропуск отраженного сигнала при уменьшении его амплитуды, вызванном изменением глубины или изменением коэффициента отражения .данного Грунта. Если нели-,щ чича nopara близка к уровню шумов, то возможно црежденременное ложное срабатынание пороговой схемы при флуктуациях шума мни действии коротких импульсных помех. Кроме того, в устройстве отсутствует оптимизация процесса устаноьки ширины упреждающего окна, так как, если устаноьить малую ширину упреждающего окна, то возможна потеря отраженного от дна сигнала при резком уменьшении глуби- 9 ны нодоема. Если установить ширину упреждающего временного окна на максимально возможную скорость изменения глубины водоема, то теряется сусл временной селекции, так как 5 на схему выделения. отраженного от дна сигнала будут воздействовать по-! мехи и хвост иэлученного сигнала н течение большого нременного интервала, что снижает отношение сигнал/ шум и повышает вероятность сбоев аппаратуры, Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство для определения моментов прихода отраженных от дна сигналов, содержащее блок управления, формироват ел ь упреждени я, схему вре мен н ой селекции и формирователь йремени аналиэа шума, соединенные последовательно, пороговую схему и аналогоцифровой преобразователь, сигнальный выход которого является входом устройства, выход соединен с сигнальным входом пороговой схемы, а управляющий вход — с вторым входом схемы вре,менной селекции и с вторым выходом блока. управления, первый вход которого является управляющим входом устройства t31 .

Недостатком устройства является большая вероятность ошибочного приема импульсных эхо-сигналов, отраженных от дна водоемов при действии ко-. ротких импульсных помех, амплитуда которых превышает уровень шумов в водной среде и амплитуду самого отраженного от дна сигнала. В этом случае при анализе шума выбираются пики (максимальные амплитуды) коротких импульсных помех и по ним устанавливаются пороги для обнаружения отраженных от дна сигналов, что приведет к пропуску эхо-сигнала.

Цель изобретения — повышение помехоустойчивости устройства путем снижения вероятности ошибочного приема импульсных эхо-сигналов, отраженных от дна водоема при действии коротких импульсных помех.

Указанная цель достигается тем, что н устройство для обнаружения импульсных эхо-сигналов, отраженных or дна водоема, включающее блок управления, формирователь упреждения, схему временной селекции и формирователь временй айаяиза шумов, соединенные иосжедовательно, пороговую схему и аналого-щи4ровой преобразователь, оигианьнйй вход которого. является входом устройства, выход соединен с сигнальным входом пороговой схемы, а управляющий вход — с вторым входом схемы временной селекции н с вторым выходом блока управления, первый вход которого является управляющим входом устройства, дополнительно введены цифровой согласованный фильтр, два блока задержки кодов, два селектора, преобразователь код-напряжение, схема определения сбоен и схема логического анализа, причем выход последней является управляющим выходом устll111l7 ройства и соединен с вторым входом блока управления, а первый и второй входы - с выходами соответствующих селекторов, вход первого селектора соединен с входом первого и выходом второго блоков задержки кодов, сигнальный вход последнего подключен к выходу аналого-цифрового преобразова»еля и сигнальному входу цифрового согласованного фильтра, выход которо го соединен с входами второго селек- 1О тора и преобразователя код-напряжение, выход последнего является аналоговым выходом устройства, вход формирователя времени анализа шумов через управляющий вход пороговой схемы ñoå- 15 динен с первым управляющим входом цифрового согласованного фильтра, а выход — с третьим входом блока управления, первый выход которого соеди .нен с управляющими входами Broporo блока задержки кодов и обоих селекто-, ров, с вторым управляющим входом цифрового согласованного фильтра и с первым входом схемы определения сбоев, второй вход которой подключен к выходу 5. схемы временной селекции, а выход— к второму. входу формирователя упреждения, выход первого блока задержки кодов является цифровым выходом устройства.

На чертеже представлена структур-. ная схема устройства для обнаружения импульсных эхо-сигналов, отраженных от дна водоема.

Устройство обнаружения импульсных эхо-сигналов содержит блок 1 управле-35 ния, формирователь 2 упреждения, схему. 3 временной селекции, формирователь 4 времени анализа шума, пороговую схему 5, аналого-цифровой преобразователь 6, цифровой согласован- 40 ный фильтр 7, первый блок 8 задержки кодов, второй блок 9 задержки кодов, первый и второй селекторы 10. и 11„ преобразователь 12 код-напряжение,схему 13 определения сбоев и схему 45

14 логического анализа.

Первый выход блока 1 управления через формирователь 2 упреждения и схему .3 временной селекции подключен к управляющему входу пороговой схемы 5 и к входу формирователя 4 времени анализа шума, выход последней подключен к третьему входу блока 1 управления, второй выход которого соединен с вторым входом схемы 3 времен.— ной селекции и управляющим входом аналого-цифрового преобразователя 6.

Выход последнего через сигнальный вход второго блока 9 задержки кодов подключен к входам первого блока 8 задержки кодов и первого селектора 60

10, а через сигнальный вход цифрового согласованного фильтра 7 — к входам второго селектора 11 и Преобразователя 12 код-напряжение, а также к сигнальному входу пороговой схемы 65

5, Управляющие входы второго блока 9 задержки кодов,. цифрового согласован" ного фильтра 7 и первый вход схемы

l3 определения сбоев подключенные к первому выходу блока 1 управления, второй вход которого соединен с выходом схемы 14 логического анализа.

Первый и второй входы последней подключены к выходам соответствующих селекторов 10 и 11. Вход аналогоцифрового преобразователя б является входом устройства, третий вход блока

1 управления янляется управляющим входом устройства, выходы перного блока 8 задержки кодов и преобразователя 12 код-напряжение являются цифровым и аналоговым выходами устройства соответственно, а выход схемы 14 логического анализа является управляющим выходом устройства.

Устройство обнаружения импульсных эхо-сигналов, отраженных or дна водоема, работает следующим образом.

Командный импульс от внешнего устройства, совпадающий по нремени с созданием зондирующего сигнала в водной среде, через управляющий вход устройства поступает в блок 1 управления, где по его переднему фронту формируются команда начальной установки и импульсы запуска схемы 3 временной селекции, аналого-цифрового преобразователя б и второго блока 9 задержки кодов ° По команде начальной установки все элементы памяти устройства приводятся в исходное состояние. По импульсам запуска схема 3 временной селекции начинает формирование временных интервалов t>öc — задержки до приема излученного сигнала и задержки до приема отраженного сйгнала. По окончании каждого временного интервала в схеме формируются соответ ст вующи е . импульсы Use c u U c c

Аналоговый сигнал от внешнего устройства подается на вход аналогоцифрового преобразователя б, где по каждому импульсу запуска проиэводится выборка и преобразование текущего значения амплитуды входного сиг-. нала в цифровые коды, которые поступают через сигнальные входы в пороговую схему 5, циФровой согласованный фильтр 7 и в второй блок 9 задержки кодов.

В пороговой схеме 5 по импульсу

И д», поступающему со схемы 3 временной селекции, производится сравнение цифровых кодов текущих значений амплитуд входного сигнала с предварительно заданным кодом порога, при пренышеиии которого формируется команда на разрешение работь цифро-. вого согласованного фильтра 7. По этой команде последний переходит в режим записи импульсной характеристики, длительность которой 4» определяетсядлительностью участка излу1111117 с 6 ченного сигнала, используемого для согласованной фильтрации. По окончании записи импульсной характеристики цифровой согласованный. фильтр 7 пере10

По импульсу У х, который формируется в схеме 3 временной селекции и подается в формирователь 4 времени анализа шума, в последнем вырабатывается импульс Uag длительностью

tzz . Импульс U« c формИрователя 4 времени анализа шума подается на блок

1 управления, который разрешает работу первого и второго селекторон

10 и 11, где за время „ определяются максимальные значения огибающих сигналов, которые в это время представляют чистый шум. По окончании импульса U>z блок 1 управления переводит селекторы 10 и 11 в режим сравнения текущих значений амплитуд входных сигналов с порогами, значе- 60 ния которых пропорциональны максималь. ным значениям огибающих входных сигналов, найденных за время.tqg причем значения этих порогов в первом

10 и в втором селекторах 11 различ- у ходит в режим фильтрации входных сигналов. При этом знерги я коротких импульсных помех при

Во втором блоке 9 задержки кодов импульс запуска, который разрешает работу этого блока, и цифровые коды задерживаются на время 1, равное длительности импульсной характеристики цифрового согласованного фильтра

7 щ . Задержанные импульсы запуска и коды с второго блока 9 задержки кодов подаются на первый блок 8 задержки кодов и первый селектор 10.

Блоки 8 и 9 задержки кодов выполнены по принципу сдвиговых регистров, в которых предусмотрена регулировка н ремени з адержки кодов путем выбора необходимого числа элементов хранения кодов. Второй блок 9 задержки кодов необходим для компенсации в прямом канале задержки цифрового согласованного фильтра 7, а в первом .блоке 8 задержки кодов время задержки задается равным длительности

g>pонта излученного сигнала, что дает возможность анализировать передний 40 фронт отраженного сигнала после формирования команды об обнаружении сигнала. ны, так как они определены по разным входным сигналам, в первом селекторе 10 — по з.адержанному, а во втором селекторе 11 — по отфильтрованному сигналам. Прн превышении порога в каждом из селекторов 10 и 11 вырабатывается импульс превышения порога, который через схему 14 логического анализа передается в блок 1 управления, где вырабатывается команда соответствующего селектора в режим поиска максимума входного сигнала, При определении максимума в каждом иэ селекторов.10 и 11 вырабатываются сигналы максимумов и передаются на схему 14 логического анализа, которая работает следующим образом. Сигналы, приходящие от первого селектора 10 не воспринимаются схемой до прихода сигнала от второго селектора

11, по которому в схеме 14 логического анализа формируется временной интернал t щ — время ожидания сигнала от первого селектора 10. После этого по первому приходящему сигналу от первого селектора 10 в схеме логического анализа вырабатывается ко-.

Манда об обнаружении сигнала, бтра- 3 женного от дна водоема, которая посту пает в блок 1 управления и выдается на ннешние устройства через управляющий выход, В случае, если за время 1 от первого селектора 10 не пришел сигнал максимум на схему 14 логического анализа, то последняя по окончании временного интервала t вырабатывает команду об обнаружении сигнала.

Блок 1 управления по укаэанной команде вырабатывает импульс формирователя 2 упреждения и импульс останова схемы 3 временной селекции, в

Р,у которой в это время формируется временной интервал t . В формирователе 2 упреждения вйрабатывается временной интервал t«t и подается на схему 3 временной селекции, где он используется для формирования временного интервала и импульса задержки до приема отраженного сигнала Upped .

Импульс задержки до приема отраженного сигнала П формируется по окончании временного интервала, длительность которого найдена в предыдущем цикле. работы устройства. Если рассматривать i-й цикл работы . устройства, то в-этом цикле импульс

U q вырабатывается по . .окончании временного интервала," и далее фор" мируется временной ййтервал t, время до момента вступления отраженного сигнала. По окончании формирования t от этого временного интервала отйимается значение временного интервала ур ., вырабатываемого формирователем упреждения. Получен1111117

УарпА щщисУ Ь @У

Кара&

Составитель Н.Журавлева

Техред М.Тепер. Корректор О,Луговая

Редактор N.Håäîëóæåíêî

I. Заказ 6305/37 . Тираж 7 10 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

1 13035, Москва; Ж-35, Раущская наб., д. 4/5

Филиал ППП Патент, г. ужгород, ул. Проектная, 4 ная разность t, = t, - фл, - используется в (i+1) -м цикле работы устройства для Формирования импульса

U . Если сигнал в i-HQM цикле работы устройства пришел раньше окончания временного интервала слз,,, то в этом случае формируется временной интервал t - максимальное время ожидания отраженного сигнала. По окончании указанного интервала вырабатывается импульс П„а, который пос- 10 тупает на схему 13 определения сбоевл где из него вырабатывается команда Сбой . Эта команда поступает на формирователь 2 упреждения, в котором вырабатывается временной интер- 15 вал дС и подается на схему временной селекции 3, где значение д вычитается из временного интервала

1 л тем самим формируется временной интервал С1 = tjoe — ь, используемый для вйработки импульса Uq, при следующем зондировании. Если и при следующем зондировании происходит сбой устройства, то формирование вре л менного интервала а производится

1+ Л аналогичным образом, т. е.

t — at. Такой способ изменения временного интервала t позволяет использовать постоянное оптимально вы" бранное упреждение t y

В данном устройстве с помощью цифровой согласованной фильтрации обеспечивается максимальное соотношение сигнал/шум на выходе фильтра. ( Анализ цифровых кодов на выходе фильтра в отсутствии полезного сигнала позволяет оптимальным образом определить порог для обнаружения импульс- . ных эхо-сигналов, отраженных от дна водоема, что снижает вероятность ошибочного приема. Кроме того, логический анализ команд об обнаружении первым и вторым селекторами дополнительно снижает вероятность ошибочного приема. Введение в устройство двух блоков задержки кодов позволяет анализировать отражение от дна сигналы после формирования команда об обнаруже" нии сигнала без потери информативности, е