Имитатор сигналов гидролокатора бокового обзора

 

ИМИТАТОР СИГНАЛОВ ГИДРОЛОКАТОРА БОКОВОГО ОБЗОРА, содержащий последовательно соединенные генератор тактовых импульсов, делитель частоты и первый генератор пилообразного напряжения, последовательно соединенные генератор шума и узкополосный фильтр, а также второй генератор пилообразного напряжения, вход которого соединен с выходом генератора тактовых импульсов, и сумматор, выход которого является выходом имитатора , отличающийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей имитатора путем имитации сигналов тенеграфического изображения протяженных искусственных и естественных объектов, в него введены пороговый блок, два формирователя селектирующего импульса кадра , два масштабных усилителя, два генератора опорных колебаний, последовательно соединенные первый ключ и первый двухпороговый компаратор и последовательно соединенные второй ключ и второй двухпороговый кoмпapa тор, причем выход узкополосного филь тра соединен через пороговый блок с первым входом сумматора, выходы первого и второго двухпороговых компараторов соединеНБЬ соответственно с вторым и третьим входами сумматора, выход первого генератора пилообраз ного напряжения соединен через первый и второй формирователи селекти (О рующего импульса кадра с управляющими входами соответственно первого и второго ключей и через первый и второй масштабные усилители - соответственно с первым и вторым опорными входами первого двухпорогового компаратора, выход второго генерато ра пилообразного напряжения соединен Од с входами первого и второго ключей, ю ч а выходы первого и второго генераторов опорных колебаний соединены соотСРд ветственно с первым и вторым опорными входами второго двухпорогового компаратора.

СОЮЭ СОВЕТСНИХ

СОЦИЮИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (51)4 6 01 $7/40

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

flO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ABTOPCKOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ! !

1

1 б (21) 3479124/24-09 (22) 30.07.82 (46) 30.08.85. Бюл. В 32 (72) А. Н. Яковлев, Ю. А. Панченко, N. А. Кремнев и Л. Ф. Корлякова (7}) Новосибирский электротехнический институт (53) 621.396.96(088.8) (56) Пагент США У 3783172, кл. G 09 В 9/00, 1974. (54)(57) имитАтоР сигнАлов гидРолокАТОРА БОКОВОГО ОБЗОРА, содержащий последовательно соединенные генератор тактовых импульсов, делитель частоты и первый генератор пилообразного напряжения, последовательно соединенные генератор шума и узкополосный фильтр, а также второй генератор пилообразного напряжения, вход которого соединен с выходом генератора тактовых импульсов, и сумматор, выход которого является выходом имитатора, отличающийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей имитатора путем имитации сигналов тенеграфического изображения протяженных искусственных и естественных объектов, в него введены пороговый блок, два формиро„„Я0„„1176276 вателя . селектирующего импульса кадра, два масштабных усилителя, два генератора опорных колебаний, после" довательно соединенные первый ключ и первый двухпороговый компаратор и последовательно соединенные второй ключ и второй двухпороговый компара тор, причем выход узкополосного филь . тра соединен через пороговый блок с первым входом сумматора, выходы первого и второго двухпороговых компараторов соединенььсоответственно с вторым и третьим входами сумматора, выход первого генератора пилообразного напряжения соединен через первый и второй формирователи селектирующего импульса кадра с управляющими входами соответственно первого и второго ключей и через первый и второй масштабные усилители — соот- ветственно с первым и вторым опорными входами первого двухпорогового компаратора, выход второго генератора пилообразного напряжения соединен с входами первого и второго ключей, а. выходы первого и второго генераторов опорных колебаний соединены соответственно с первым и вторым опорными входами второго двухпорогового компаратора.

1176276

T-=n ° Т к с

Ьх

-VT к к

45

Изобретение относится к радиотех нике и может использоваться для ими. тации гидролокационных сигналов, а также изображений на экране индика тора гидролокационного тренажера.

Цель изобретения — расширение функциональных возможностей путем имитации сигналов тенеграфического изображения протяженных искусственных и естественных объектов. 10

На фиг. 1 представлена структурная электрическая схема предложенного имитатора; на фиг. 2 — времен,ные диаграммы, поясняющие его работу, на фиг. 3 — временные д1иаграммы, по- 15 ясняющие работу двухпорогового компаратора; на фиг. 4 — имитируемые сигналы.и формируемое ими тенеграфическое изображение дна и объектов лоции.

Имитатор содержит генератор 1 20 тактовых импульсов, делитель 2 частоты, первый и второй генераторы

3 и 4 пилообразного напряжения, генератор 5 шума, узкополосный фильтр

6, пороговый блок 7, сумматор 8, 25 первый формирователь 9 селектирующего импульса кадра, первый ключ 10, первый двухпороговый компаратор 11, масштабные усилители 12 и 13, второй формирователь 14 селектирующего импульса кадра, второй ключ 15, второй двухпороговый компаратор 16, генераторы 17 и )8 опорных колебаний.

Имитатор работает следующим образом.

Генератор 1 тактовых импульсов, предназначенный для синхронизации работы всего имитатора, формирует периодическую последовательность коротких прямоугольных импульсов U (t) (фиг. 2 а) с периодом следования Т равным периоду следования (повторения) зондирующих импульсов гидролокатора бокового обзора (ГБО)

Т = М/С, где С вЂ” скорость звука в воде, принимаемая в расчетах обычно равной 1500 м/с;

D — дальность действия ГБО,м(ввиду малой скорости распростра-50 нения звука в воде по сравнению со скоростью распространения электромагнитных ков лебаний в атмосфере 3 .10 м/с) значение периода следования 55 тактовых импульсов для ГБО намного превосходит соответствующее значение для . РЛС и находится в пределах от десятых долей секунд до единиц секунд (при D = 150 м, Тс

0,2 с).

Импульсная Ilo следовательность

U1(t) c cToToH F = 1/Tc поступает с выхода генератора 1 на вход делителя 2 частоты, который формирует последовательность U () (фиг, 2 б), частота F следования импульсов в которой уменьшается в п раз (1

= F(n), а период Т соответственно увеличивается вп раз

Значение и определяет число имитируемых зондирований дна ГБО, иначе число строк в растре (кадре ) имитируемого тенеграфического изображения.

Так как при боковом ..обзоре луч антенны гидролокатора направлен перпендикулярно направлению носителя, то зона обзора представляет собой полосу шириной D, параллельную траектории судна †носите, и, следовательно1 производится растровый об зор дна в прямоугольной системе координат — наклонная (или горизонтальная ) дальность (х) и путевая цальность (у). За период Т„ носитель перемещается на расстояние. где V — скорость носителя, устанавливаемая обычно так, чтобы за период Т следования зон дирующего импульса перемещение носителя происходило на величину ду, численно равную размеру элемента разрешения локатора в на— правлении курса (ось у)

Следовательно, величины Тк и и характеризующие протяженность обследований полосы дна, определяют размер растрового изображения (иначе . кадра.) исследуемого пространства в направлении курса.

Генератор 3, запускаемый импуль— сами U> (t) с выхода делителя 2 час- тоты, формирует линейно изменяющееся

1 т.е. пилообразное напряжение U> (t) ,(фиг. 2 в). Это напряжение поступает на входы блоков 9, 12, 13 и 14.

276 4 нии (донную реверберацию ). Совокупность из и строк имитирует растровое

I двухградационное ("0" и "1") изображение зондирующей поверхности (поз !9 на фиг. 4 ). Посредством указанных регулировок можно задать структуру чередования "0"t и » )" (т.е. »»зашумленности ) растра и, следовательно, структуру имитируемой донной поверхности (илистая, песчаная, каменистая и т.п.).

Блоки 9-13 предназначены для генерации пачки видеоимпульсов с постоянной либо с изменяющейся по линейному закону длительностью для имитации сигналов ГБО н тракте формирования тенеграфического изображения искусственных протяженных донных и придонных объектов (поз. 20 на фиг. 4 ).

Формирователь 9 селектирующего импульса кадра предназначен для зада . ния протяженности указанной пачки к видеоимпульсов и ее задержки t З.к т.е. расположения на интервале 0, Тк, и реализуется, например, в виде двухпорогового компаратора— типового сдвоенного компаратора, состоящего из двух однопороговых компараторов. Напряжение )! .(t) поступает на неинвертирующий вход первого компаратора и инвертирующий вход второго компаратора (т е. инверсно) через реэистивные делители R .и R

На инвертирующий вход первого компаратора и неинвертирующий вход второго компаратора заведены опорные напряжения !)о „и U р > соответственно через свои резистивные делители. Каждое из этих напряжений снимается со среднего вывода соответствующего потенциометра, подКлюченного к источнику питания. В результате на выходе формирователя 9 формируется

45 напряжение У5(»-) (фиг. 2 и), равное и tt уровню 1 всякий раз, когда входное напряжение U>„(t) = U>(t) находится

MezCa7 порогами U >> и U > 2 (r ° 2 s ) т.е.

3 )176

Второй генератор 4 пилообразного напряжения, запускаемый импульсами

U„(t) с выхода генератора 1 тактовых импульсов, формирует линейно изменяющееся напряжение U+(t) (фиг. 2 г) с периодом повторения Тс. Оно посту— пает на входы ключей 10 и 15.

Генератор 5 шума формирует на выходе нормальный широкополосный ("белый") шум U<(t) (фиг. 2 д) кото- )0

> рый, пройдя через узкополосный фильтр

6, соответственно ограничивается по ширине, спектра (иначе, "окрашиIt 1 ваетсй ). В результате этого колебание U<(t) (фиг. 2 e) на выходе уз- )5 кополосного фильтра 6 представляет собой амплитудно-модулированное колебание со случайной и медленно изменяющейся амплитудой, т.е. огибающей

Скорость изменения огибающей (интер- 20 вал корреляции ) прямопропорционально зависит от полосы пропускания фильтра, которая может регулироваться изменением активного сопротивления фильтра, например, с помощью перемен-25 ного резистора, подключенного параллельно выходу узкополосного фильтра.

В пороговом блоке 7 напряжение U<(t) подвергается пороговой обработке, т.е. сравнивается с порогом U

В результате формируется напряжение

U>(t) (фиг. 2 ж), равное уровню "1" всякий раз, если разность напряжений

U< (t) — Н„положительна, т. е..

I/ ((6() 0" „,,» () (»,) () сб

50 где

55 Ц =))».() о щ ц () () р

О.1 ог 1! я п.2 о.1 ()о,г. А

Пороговый блок 7, реализуется в виде компаратора на базе операционного усилителя, на инвертирующий вход которого заведено пороговое (опорное ) напряжение U а на неин— и вертирующий вход, являющийся входом порогового блока, поступает напряжение И (й), с выхода узкополосного фильтра 6. Напряжение U0, подводимое со среднего вывода потенциометра, подключенного крайними выводами к источнику питания Е п)»т может регулироваться. Таким образом, блоки 5-7 формиру.— ют случайное чередование коротких импульсов в каждой посылке (строке), что имитирует отражение зондирующего сигнала от дна в обратном направлеСередина и ширина окна дискриминации и, следовательно, величины 1176276

35 где

Входное напряжение U<„(t) = U<< (t) сравнивается с этими порогами, . и на 45 выходе двухпорогового компаратора 11 формируется напряжение U (t), равное 1" когда входное на1.ряжение находится между порогами U (t) и

Ц„,(t) (фиг. 3 б).

Таким образом, выходное напряжение

U„ (t) представляет собой пачку из

m импульсов прямоугольной формы с изменяющимися задержкой t (где

31

1,2,...,m = 1, m) относительно 55 начала каждого из периодов Т и длительност ю 1g, . При этом начальные величины t и С определяются напря3. 1 И.1

С и регулируются соответственfc но напряжениями U о и U0 с помощью о, I потенциометров.

Импульс U>(t) подается на управляющий вход аналогового ключа 10 и открывает его на время С . НапряжеК ние U+(t) с входа ключа, поступающее с второго генератора 4 пилообразного напряжения, проходит на его выход только в течение времени Г„, т.е. в виде U„ (t) (фиг. 2 к), и поступает далее на вход двухпорогового компаратора 11.

Двухпороговый компаратор 11 пред- 15 назначен для выработки за время С, пачки из ш видеоимпульсов прямоугольной формы. Он реализуется. аналогично блоку 9. Однако на первый и второй пороговые входы (соответственно под- 20 ключенные через резисторы R„ R,), инвертирующий вход первого компаратора 11 и неинвертирующий вход второго компаратора 16 подаются не только свои постоянные опорные напря- 25 жения U0 и U 0 2, как это было в фор

I ( мирователе 9, .но и линейно изменяющиеся напряжения U,„„(t) и U0<(t) (фиг. 3 а) с периодом Т . В результате пороговые значения изменяются 30 во времени по линейному закону (фиг. З,а), а именно при К = К имеем: жениями Ц4 и U0> а последующие а,1 приращения от импульса к импульсу— амплитудами пилообразных напряжений

U „(t) H Uy (t) поступающих c BbI ходов масштабных усилителей 12 и 13.

На вход каждого из масштабных усилителей 12 и 13 подается линейно изменяющееся напряжение U (t) с вы3 хода первого генератора 3 пилообразного напряжения. Первый масштабный

t усилитель 12, реализуемый в виде дифференциального усилителя, формирует на первом выходе пилообразное нарастающее напряжение, а на втором выходе — пилообразное убывающее (инвертированное ) напряжение. Оба выхода подключены к потенциометру, со среднего вывода которого снимается выходное напряжение 00 „(). АмI плитуда (масштаб 1 и знак приращений (нарастание или убывание ) этого напряжения задаются движком потенциометра.

Аналогично выполнен и работает масштабный усилитель 13, на выходе которого формируется линейно изменяющееся напряжение Vo (С).

Таким образом, блоки 9-13 вырабатывают пачку видеоимпульсов,.имитирующих сигналы (в ГБО ) от зоны акустической тени за искусственным протяженным объектом локации, формирующие на регистраторе ГБО тенеграфическое изображение в простейшем случае в виде параллеллограмма— для донных протяженных объектов простых геометрических форм (круговых и эллиптических цилиндров, брусков, плит, призм и т.п. ) или в более общем случае в виде четырехугольника с относительно прямолинейными границами — для придонных объектов указанных .форм, когда один из концов объекта отстоит от дна, например, в случае полузатонувших при лесосплаве бревен. Применительно к тенеграфическому изображению ука занных объектов (поз. 20 на фиг. 4) опорные напряжения U0,1 и U о 2 формирователе 9 определяют смещение и размер изображения по оси у (т.е. по кадру ), что характеризует путевую дальность и протяженность объекта в направлении курса носителя ГБО, опорные напряжения U0 „ и U 0 в компараторе 11 определяют смещение и протяженность изображения по оси х

) 176276 (т.е. по строке ), что характеризует наклонную дальность объекта и его поперечные размеры, и, наконец, напряжения Uz<(t) и UO.>() — углы наклона о(и непараллельность ближней и дальней границ изобра>хения, определяющие соответственно ракурс объекта и угол наклона придонного объекта к плоскости дна.

Блоки 14-18 вырабатывают пачку видеоимпульсов для имитации сигналов тенеграфического изображения естественных донных объектов или локальных неоднородностей дна (поз. 2) на фиг. 4 ).

Работа блоков 14-16 аналогична работе соответствующих блоков 9-11 ввиду их идентичности. Отличие лишь в том, что на первый и второй пороговые входы двухпорогового компаратора 16 подаются нелинейно изменяющиеся напряжения с генераторов 17 и 18 опорных колебаний. Как отмечалось, в простейшем случае это могут быть|низкочастотные КС-генераторы гармонических колебаний. Параметры этих колебаний — частота и амплитуда, могут быть установлены с помощью регулируемых частотозадающих резис торов и потенциометров на выходе генератора. Эти параметры определяют законы изменения параметров t . и

3. а потому могут быть получены пачки видеоимпульсов, имитирующие

5 тенеграфические изображения различной заданной конфигурации. В более общем случае в качестве блоков 16 и

17 могут быть использованы низкочастотные генераторы случайного процесса

)О (шума ), что еще более расширяет функциональные воэможности блоков 1418.

Сигналы с выходов порогового блока 7 и двухпороговых компараторов ll

)5 и 16 поступают соответственно на первый, второй и третий входы сумматора 8. Регулирующий сигнал U>(t) (фиг. 4 а) объединяет поступающие сигналы и имитирует сигналы ГБО в тракте

20 формирования гидролокационного тенеграфического изображения дна, протяженных искусственных и естественных объектов или локальных неоднородностей дна (фиг. 4 б).

25 Все потенциометры, входящие в состав отдельных блоков и предназначенные для первоначальной установки заданных параметров имитируемых сигналов, для удобства регулировки и

5)) расширения некоторых функциональных возмо>хностей имитатора могут быть объединены на пульте (управления).

1176276

1176276 жУ) а (1 !!

Ров. 4

Составитель В ° Калмыков

Редактор К. Волощук Техред Ж.Кастелевич Корректор И. Муска

Заказ 5356/46 Тираж 748 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб,, д. 4/5

Филиал ППП "Патент", г, Ужгород, ул. Проектная, 4