Способ определения координат объектов и устройство для его осуществления

 

Изобретение относится к гидромеханизации и предназначено для определения координат объектов, скрытых на небольшой глубине под морским дном. Цель изобретения - повышение скорости определения координат земляных объектов. С помощью двух устройств 12 и 13 излучения сигналов формируют два узких пучка акустических волн с различными частотами накачки, которые вследствие нелинейности воды образуют низкочастотную волну разностных частот, легко проницающих в заиленное дно. Генератор 17 сигналов накачки формирует последовательность ортогональных подимпульсов, которые с помощью управляемых регистров сдвига 15 и 16, переключателей 14 и тактовых ключей 19 преобразуются на выходе устройств 12 и 13 в систему акустических лучей с различными углами отклонения, что позволяет за один зондирующий импульс просканировать заданный сектор пространства. Поскольку каждому зондирующему подимпульсу соответствует малый телесный угол сканирования из-за узости лучей частот накачки, то разрешение сигналов по углу производят путем приема отраженных сигналов малонаправленным гидрофоном 24 и после усиления в блоке 25 разделяют с помощью согласованных фильтров 26. Дальность до объектов определяют путем измерения времени задержки отраженных сигналов по отношению к зондирующим. Полученная информация отображается на экране многоканального двигателя 27. 2 с. и 2 з. п. ф-лы. 5 ил.

Изобретение относится к гидролокации и предназначено для определения координат объектов, скрытых на небольшой глубине под морским дном, океанографических исследований и морской навигации. Цель изобретения повышение скорости определения координат заиленных объектов путем сокращения времени обзора заданного углового сектора пространства. На фиг. 1 показан принцип определения координат скрытых в морском дне объектов; на фиг. 2 приведена структурная электрическая схема устройства, реализующая заявленный способ; на фиг. 3 5 структурные схемы отдельных блоков устройства. На фиг. 1 5 принята следующая система обозначений: 1 поверхность дна; 2 скрытые в дне объекты; 3 корабль; 4 передающая антенная система; 5 7 различные положения лучей сигналов накачки; 8 приемная антенна сигналов разностной частоты; 9 характеристика направленности приемной антенны; 10 - излучающий тракт; 11 приемный тракт; 12 первое устройство излучения сигналов; 13 второе устройство излучения сигналов; 14 переключатель; 15 - первый управляемый регистр сдвига; 16 второй управляемый регистр сдвига; 17 генератор сигналов накачки; 18 тактовый генератор; 19 ключи; 20 узел стробирования; 21 цифроаналоговый преобразователь /ЦАП/; 22 постоянное запоминающее устройство /ПЗУ/; 23 устройство управления сканированием; 24 - гидрофон; 25 предварительный усилитель; 26 согласованные фильтры; 27 - дисплей; 28 счетчик импульсов; 29 -счетчик импульсов; 30 генератор тактовых импульсов; 31 делитель частоты; 32 делитель частоты; 33 - формирователь импульсов; 34 RS-триггер; 35 постоянное запоминающее устройство /ПЗУ/; 36 оперативные запоминающие устройства /ОЗУ/; 37 D- триггеры; 38 программируемый счетчик; 39 генератор тактовых импульсов; 40 двоичный счетчик; 41- первый двоичный сумматор кодов; 42 второй двоичный сумматор кодов; 43 постоянное запоминающее устройство; 44 постоянное запоминающее устройство. Cпособ определения координат объектов заключается в следующем. Для определения углового положения объектов используется зондирующий сигнал в виде последовательности подимпульсов, представляющих ансамбль ортогональных зондирующих сигналов, которые с помощью параметрической антенны излучаются в различных угловых направлениях в пределах заданного сектора. Для излучения первого подимпульса формируют два высоконаправленных луча 5 звуковой энергии одновременно на двух различных частотах накачки, озвучивают этими лучами общий участок водной среды. За счет нелинейности среды в ней возникает акустическая энергия с третьей частотой, равной разности первой и второй частот накачки. При излучении второго подимпульса изменяют положение сканируемых лучей накачки на угол, больший чем отношение углового раскрыва сектора к числу подимпульсов (см. поз. 6 на черт. 1), при изучении последнего подимпульса характеристика направленности излучателя сигналов накачки занимает поз. 7 (черт. 1). Отраженные от скрытых объектов 2 сигналы разностной частоты принимают антенной 8. Далее эхосигналы от скрытых объектов 2 усиливают и разделяют в множестве М согласованных фильтров, каждый из которых согласован с одним из ортогональных сигналов. Тем самым разделяют эхосигналы от объектов, различающихся по угловому положению. Разделенные сигналы отображаются на многоканальном дисплее, каждый канал которого соответствует одному из угловых направлений сектора обзора. Дальность до объектов определяется по времени задержки между зондирующим импульсом и принятым эхосигналом. Устройство, реализующее способ определения координат объектов, работает следующим образом. В момент появления запускающего импульса в устройстве 23 управления сканированием начинает работать излучающий тракт 10. С этого момента времени по правой шине с устройства 23 цифровой линейно нарастающий код поступает на адресные шины генератора 17 и ПЗУ 22. Генератор 17 генерирует следующие друг за другом ортогональные подимпульсы (ортогональность обеспечивается, например, различием в частоте заполнения). На выходе ПЗУ 22 вырабатывается цифровой код последовательности огибающих подимпульсов, который преобразуется в аналоговую форму в ПАП 21. Последовательность огибающих подимпульсов через узел 20 стробирования поступает на сигнальные входы ключей 19. На входы управления этих ключей через переключатели 14 с отводом регистров 15 и 16 поступают подимпульсы с заполнением типа меандр (сигналы накачки). На выходах ключей амплитуда сигналов накачки изменяется по закону огибающих и они поступают далее на входы устройств излучения 12 и 13, где они фильтруются (выделяется первая гармоника) и излучаются. Направление излучения определяется задержкой сигналов между отводами регистров 15 и 16. а задержка, в свою очередь, пропорциональна числу разрядов между этими отводами. Число разрядов программно изменяют с помощью цифрового кода, подаваемого со второй шины устройства 23 на шины управления регистров 15 и 16. Таким образом, направление излучения, отсчитываемое от нормали к плоскости расположения элементов устройств 12 и 13 излучения, определяется указанным кодом, зафиксированным на шинах управления регистров 15 и 16 в течение времени излучения подимпульса. После излучения всех М подимпульсов происходит прием эхосигналов приемным трактом 11. Сигналы, принимаемые гидрофоном 24, усиливаются блоком 25 и далее поступают на множество объединенных по входам согласованных фильтров 26. Для ортогональных сигналов, представляющих собой радиоимпульсы различных частот с амплитудной модуляцией, множество фильтров представляют собой гребенку М узкополосных фильтров, настроенных на частоты радиоимпульсов, с включенными на их выходах детекторами огибающей. С выходов фильтров 26 видеосигналы М каналов поступают на входы дисплея 27 и отображаются, например, в яркостной форме на его экране. Запуск развертки производится по срезу строба излучения, поступающего с устройства 23 на вход синхронизации дисплея 27. Этот строб поступает также на вход управления узла 20 стробирования. Его длительность равна суммарной длительности М подимпульсов и поэтому после излучения М-го импульса на выходе узла 20 устанавливается запирающий для ключей 19 уровень напряжения, что исключает паразитное излучение вне пределов зондирующего сигнала. Устройство 23 управления сканированием (фиг. 3) работает следующим образом. Генератор 30 тактовых импульсов вырабатывает последовательность прямоугольных импульсов с частотой Fo, которая в делителе частоты 31 делится в I раз до величины Fck Fo/1 и далее в делителе 32 частоты делится до величины Fзап Fскз. Одновременно импульсы с генератора 30 поступают на счетный вход двоичного счетчика 28, имеющего коэффициент счета K I М, где М число ортогональных сигналов и одновременно число направлений излучения. На выходе счетчика 28 формируется линейно нарастающий двоичный код, который периодически повторяется, изменяясь от нуля до Кс 1М 1. Этот код по первой шине устройства 23 подается на адресные шины генератора 17 сигналов накачки и ПЗУ 32 огибающей сигналов накачки и обеспечивает формирование М ортогональных сигналов накачки. Длительность зондирующего импульса равна Тз Кс/Fо, а длительность одного импульса Tз I/Fo. Импульсы с выхода делителя 32 частоты поступают на формирователь 33, на выходе которого формируются короткие запускающие импульсы в момент прихода переднего фронта входных импульсов. Период следования зондирующих импульсов Тзап IKs/Fo и может изменяться путем изменения коэффициента деления Кз делителя 32, не нарушая синхронности работы всей системы. Цикл излучения начинается с момента появления на выходе делителя 32 переднего фронта импульса. В этот момент на выходе формирователя 33 формируется короткий запускающий импульс, поступающий на вход R триггера 34, устанавливая его в нулевое состояние. Начиная с этого момента счетчики 28 и 29 запускаются и на выходе счетчика 28 формируется последовательность линейно нарастающих кодов для генератора 17 сигналов накачки и ПЗУ 22 огибающей сигналов накачки, а на шине данных ПЗУ 35 формируется кодовая последовательность для управления регистрами 15, 16. После излучения М подимпульсов на выходе первого разряда данных ПЗУ 35 появится логический "О", который поступает на вход S-триггера 34 и перебрасывает его в единичное состояние. Уровень логической "1" с его выхода поступает на входы сброса счетчиков 28, 29, сбрасывая их в нулевое состояние и запрещая счет импульсов. При формировании очередного запускающего импульса описанный процесс повторяется. На выходе триггера 34 формируется стробимпульс, который с устройства 23 поступает на вход управления узла 20 стробирования. Работа управляемых регистров сдвига (фиг. 4) осуществляется следующим образом. Программируемый счетчик 38 работает в режиме обратного счета, т.е. при появлении импульса на выходе переноса по нулю в счетчик заносится текущий код Кi направления i с информационной шины. По переднему фронту каждого тактового импульса следующего с периодом Tr, этот код уменьшается на единицу. При приходе импульса с номером Ki на выходе счетчика устанавливается нулевой код и импульс переноса опять заносит код Ki в счетчик. Следовательно, код на выходе счетчика циклически изменяется от Кi до нуля. Этот код поступает на адресные шины ОЗУ 361 36N и определяет в каждом ОЗУ адрес активной ячейки памяти. Число возможных активных ячеек памяти равно величине кода Ki. В момент установки очередного кода на шине адреса ОЗУ 361 на его входе "чтение-запись" устанавливается логическая "1". которая устанавливает режим чтения и из выбранной ячейки информация считывается и фиксируется в буферном D-триггере 371. По заданному фронту тактового импульса ОЗУ переходит а режим "Запись" и текущая информация по входам ОЗУ записывается в ту же ячейку памяти. Таким образом, из каждой очередной ячейки памяти ОЗУ информация вначале считывается, а затем в нее записывается текущая информация. Время между смежными обращениями к одной и той же ячейке памяти пропорционально коэффициенту счета Кi счетчика 38. Поэтому на выходе ОЗУ, а значит и на выходе D-триггера в некоторый момент времени появится та информация, которая была записана в ОЗУ Кi тактов назад, т.е. узел, состоящий из ОЗУ 361 и D-триггера 371 представляет собой Кi разрядный регистр сдвига, тактируемый импульсами с периодом Tr. Включение последовательно N таких узлов образует последовательный регистр сдвига с N отводами. Угловое направление i излучения i-го импульса связано с кодом Кi зависимостью где с скорость звука в воде; do расстояние между смежными преобразователями в устройствах излучения 12 и 13. Генератор сигналов накачки (черт. 5) работает следующим образом. Генератор 39 тактовых импульсов вырабатывает прямоугольные импульсы с частотой fгти fcp2р. где fcp (fн1+fн2)/2 - средняя частота формируемых колебаний частот fн1 и fн2 накачки. Эти импульсы поступают на вход Р разрядного двоичного счетчика 40 с максимальной емкостью L=. На выходе двоичного счетчика 40 образуется двоичный Р - разрядный код, значения которого изменяются по пилообразному закону. Этот код поступает на первые входы двоичных сумматоров 41, 42 кодов по модулю L. В момент t1 начала формирования зондирующего импульса на адресную шину генератора 17 сигналов накачки начинает поступать с первой шины устройства 23 управления сканирования линейно нарастающий двоичный код с максимальным значением I М 1, где I число отсчетов фазы в одном подимпульсе. Этот код является адресным для первого 43 и второго 44 постоянных запоминающих устройств. В ПЗУ 43, 44 последовательно опрашиваются с n 0 до n I М-1 ячеек памяти и на выходах ПЗУ формируются изменяющиеся двоичные Р разрядные коды, задающие законы 1(t) и 2(t) изменения фазы модулирующих сигналов, представленные по модулю числа 2p. В двоичных сумматорах 41, 42 осуществляется сложение по модулю L кодов с выхода счетчика 40 и отсчетов фаз модулирующих колебаний 6 выходов ПЗУ 43 и 44 соответственно 1(t) и 2(t). На выходах сумматоров 41, 42 образуются коды полной фазы колебаний сигналов накачки Старшие разряды этих кодов образуют отсчеты колебаний с формой типа меандр сигналов накачки с угловой модуляцией. Частота колебаний определяется как производная фазы, поэтому для сигналов первого канала излучения и второго канала излучения закон изменения частоты противоположный. Формирование М ортогональных подимпульсов заканчивается в момент времени, когда на адресную шину генератора 17 перестанут поступать значения линейно нарастающего двоичного кода. В следующем цикле излучения описанный процесс формирования сигналов накачки повторяется.

Формула изобретения

1. Способ определения координат объектов, заключающийся в том, что формируют два высоконаправленных луча звуковой энергии одновременно на двух различных частотах накачки, ориентируют эти лучи к поверхности дна, озвучивают этими лучами общий участок среды, сканируют эти лучи в заданном угловом секторе, принимают отраженную звуковую энергию с частотой, равной разности первой и второй частот, усиливают эхосигналы и отображают обработанные сигналы на дисплее, определяют дальность до объекта по временной задержке между зондирующим импульсом и принятым эхосигналом, отличающийся тем, что, с целью повышения скорости определения координат заиленных объектов путем сокращения времени обзора заданного углового сектора пространства, сканируют упомянутые лучи в заданном угловом секторе в течение одного зондирующего импульса, для чего последний формируют в виде последовательности, состоящей из более чем двух подимпульсов, обладающих свойством взаимной ортогональности, при излучении очередного подимпульса изменяют положение сканируемых лучей на угол не меньше отношения углового раскрыва сектора к числу подимпульсов, при приеме разделяют эхосигналы от объектов, различающихся по угловому положению, используя свойства взаимной ортогональности подимпульсов, и определяют угловое положение объектов по номеру канала разделения, в котором наблюдается максимальный отклик. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что зондирующий импульс формируют в виде последовательности радиоимпульсов различных частот с амплитудной модуляцией, обеспечивающей минимальный уровень внеполосного излучения каждого из радиоимпульсов. 3. Устройство для определения координат объектов, состоящее из излучающего тракта, содержащего первое и второе устройства излучения сигналов, каждое из которых имеет N входов, 2N переключателей, два последовательных регистра сдвига с N отводами каждый, генератор сигналов накачки, первый выход которого подключен к сигнальному входу первого регистра, а второй выход к сигнальному входу второго регистра, тактовый генератор, выход которого подключен к тактовым входам первого и второго регистров, и приемного тракта, состоящего из гидрофона с подключенным к его выходу предварительным усилителем и дисплея, отличающееся тем, что, с целью повышения скорости определения координат заиленных объектов путем сокращения времени обзора заданного углового сектора пространства, в него дополнительно введены 2N ключей, входы управления которых подключены к выходу одноименных по номеру переключателей, выходы первых N ключей подключены к одноименным входам первого устройства излучения, а входы второй группы из N ключей к одноименным входам второго устройства излучения, последовательно включенные постоянное запоминающее устройство (ПЗУ), цифроаналоговый преобразователь (ЦАП), узел стробирования, выход которого подключен к сигнальным входам всех 2N ключей, устройство управления сканированием, выход строба излучения которого подключен к входу управления узла стробирования и входу синхронизации дисплея, первая шина к адресным шинам генератора сигналов накачки и ПЗУ, вторая шина к шинам управления регистров сдвига, а выход сигнала переключения полусекторов к входам управления всех 2N переключателей, первый и второй входы К-го переключателя из первой группы N переключателей подключены соответственно к К-му и N (K-1)-му отводам первого регистра, а входы переключателей второй группы аналогичным образом подключены к отводам второго регистра, множество М согласованных фильтров подимпульсов, входы которых объединены и подключены к выходу предварительного усилителя, а выходы к сигнальным входам дисплея. 4. Устройство по п. 3, отличающееся тем, что устройство управления сканированием содержит первый и второй счетчики импульсов, генератор тактовых импульсов (ГТИ), последовательно включенный первый делитель частоты, второй делитель частоты, формирователь коротких импульсов, RS-триггер и постоянное запоминающее устройство, выход ГТИ подключен к входам первого счетчика и первого делителя частоты, выход которого подключен к входу второго счетчика, выход формирователя коротких импульсов подключен к входу R-триггера, вход S которого подключен к первому выходу ПЗУ, а выход к входам сброса первого и второго счетчиков и одновременно является выходом строба излучения устройства управления сканированием, выходная шина второго счетчика подключена к адресной шине ПЗУ, выходная шина первого счетчика является первой шиной, второй выход ПЗУ выходом переключения полусекторов, а выходная шина ПЗУ второй шиной устройства управления сканированием. 5. Устройство по п. 3, отличающееся тем, что регистры сдвига выполнены управляемыми, каждый из них содержит N оперативных запоминающих устройств (ОЗУ), N D-триггеров и программируемый счетчик, причем выход К-го ОЗУ подключен к входу данных К-го D-триггера, выход которого подключен к входу (К+1)-го O3У и одновременно является (K+l)-м отводом регистра, адресные входы всех ОЗУ подключены к выходам программируемого счетчика, входы "Чтение-запись" ОЗУ, тактовые входы D-триггеров и вход обратного счета программируемого счетчика соединены вместе и являются тактовым входом регистра сдвига, вход первого ОЗУ является входом и одновременно первым отводом регистра сдвига, информационная шина программируемого счетчика является шиной управления регистра сдвига, выход переноса по нулю счетчика соединен с его входом предварительной записи (предустановки). 6. Устройство по п. 5, отличающееся тем, что генератор сигналов накачки содержит соединенные последовательно генератор импульсов, двоичный счетчик и первый двоичный сумматор кодов по модулю L, выход старшего разряда которого является первым выходом генератора сигналов накачки, второй двоичный сумматор по модулю L, выход старшего разряда которого является вторым выходом генератора сигналов накачки, а первый вход соединен с выходом двоичного счетчика, два ПЗУ, адресные входы которых соединены вместе и являются адресной шиной генератора сигналов накачки, выход первого ПЗУ подключен к второму входу первого двоичного сумматора, выход второго ПЗУ подключен к второму входу второго двоичного сумматора.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5

MM4A Досрочное прекращение действия патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе

Номер и год публикации бюллетеня: 29-2000

Извещение опубликовано: 20.10.2000        




 

Похожие патенты:

Изобретение относится к акустическим приборам активной локации и предназначено для лоцирования объекта и газонасыщенных областей

Изобретение относится к гидролокации

Изобретение относится к акустическим приборам активной локации

Изобретение относится к акустическим приборам активной локации и предназначено для определения и регистрации информации об амплитуде и фазе отраженных от лоцируемых объектов эхосигналов

Изобретение относится к гидролокации и может использоваться в гидролокаторах, предназначенных преимущественно для картографирования морского дна

Изобретение относится к акустическим приборам активной локации и предназначено для локации дна, объектов в водной среде и донных осадках

Изобретение относится к области гидроакустики, ультразвуковой дефектоскопии, медицине, рыболокации, а также к акустическим локационным системам, предназначенным для обнаружения объектов, расположенных в различных средах, и классификации этих объектов по их акустическому сопротивлению

Изобретение относится к области гидроакустической техники и может быть использован для поиска промысловых скоплений крабов по их шумовому полю, а также для обнаружения немаркированных (утерянных и браконьерских) порядков крабовых ловушек

Изобретение относится к области гидроакустики и может быть применено для обнаружения подводных объектов, движущихся с малой радиальной скоростью в контролируемой акватории: подводных пловцов, морских животных, крупных рыб

Изобретение относится к импульсным радиолокационным системам и к измерениям, выполняемым с их помощью, и может быть использовано в метеорологических радиолокаторах, радиолокационных станциях кругового обзора и дистанционного зондирования, а также в гидролокационных системах

Изобретение относится к области гидроакустики и может быть использовано в подводных аппаратах (ПА) для обеспечения навигационной безопасности их мореплавания и всплытия на поверхность моря, в частности

Изобретение относится к медицинской технике, а именно к устройству и способу ультразвуковой визуализации

Изобретение относится к области гидроакустики и может быть использовано для гидроакустических исследований объектов шумоизлучения в натурном водоеме
Наверх