Способ классификации эхосигналов для систем охранной сигнализации водного района

 

Изобретение относится к области гидролоЦационных систем и может быть использовано для охраны водного района, а также регистрации прохождения различных объектов через водозаборные системы промышленных предприятий и электростанций. Цель изобретения - повышение достоверное™ классификации эхосигналов для систем охранной сигнализации водного района. Поставленная цель достигается тем, что излучают приемоизлучающим устройством горизонтальной поверхности воды сигналы на частотах fi и 2f/i. Принимают эхосигналы. Определяют фазовые инварианты коэффициента отражения Ф 2 tp - pi, где р и pi - фазовые сдвиги при отражении от объекта на частотах fi и 2f|. Дополнительно находят модель фазового вектора М / cos fcdrf + / sin Od , оо где гдлительность импульса, и по результатам анализа фазового инварианта и модуля фазового вектора принимают решение на включение охраны сигнализации. Схема реализации технического решения содержит формирователь сигналов 1, двухканальный усилитель мощности 2, коммутатор 3, приемоизлучающие устройства 4.1. 4.2,...4л, предварительные усилители 5.1, 5.2,...5п. блоки фазовой обработки 6.1. 6.2...6п, блок принятия решения 7. 5 ил. Ё

СОЮЗ СОВЕТСКИХ сОциАЛистических

РЕСПУБЛИК у:>з Q 01 $15/88

ГЦСУДАРСТВЕ1+ЮЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ПАТЕНТУ

1, (21) 4947754/22 (22) 18.03.91 (4Ц) 30.08.93. Бюл. № 32 (71) Ленинградский кораблестроительный институт (72} Н.Н.Горохов, В,Л.Ефименко, B,Ï.Êàâoкин и Д.К.Сергеев (73) Н.Н. орохов, В.Л.Ефименко, B.Ï.Êàâoкин и Д.К.Сергеев (56) Патент Великобритании ¹ 2021893, кл. 6 01 $9/62, 1979.

Патент ФРГ № 2006152, кл. 6 01 S 9/66, 1977. (54) СПОСОБ КЛАССИФИКАЦИИ ЗХОСИГНАЛОВ ДЛЯ СИСТЕМ ОХРАННОЙ СИГНАЛИЗАЦИИ ВОДНОГО РАЙОНА (57) Изобретение относится к области гидролокационных систем и может быть использовано для охраны водного района, а также регистрации прохождения различных объектов .через водозаборные системы промышленных предприятий и электростанций, Цель изобретения — повышение достоверности классификации зхосигналов для систем охранной сигнализации водного

Изобретение относится к области техники гидролокационных систем и может быть использовано для охраны водного района, а также для регистрации прохождения различных объектов через водозаборные системы промышленных предприятий и электростанций.

Целью изобретения является повышение достоверности классификации эхосигналов для систем охранной сигнализации водного района.

„„5LJ„„1838803 АЗ района. Поставленная цель достигается тем. что излучают приемоиэлучающим устройством горизонтальной поверхности воды сигналы на частотах fl и 24, Принимают зхосигналы. Определяют фаэовые инварианты коэффициента отражения Ф = 2 p1 щ, где р> и ф — фазовые сдвиги при отражении от обьекта на частотах fl и 211. Дополнительно находят модель фазового вектора

Х Х

М = ((сов Ф d х) + (f sin Ф д r j о о

- где х-длительность импульса, и по результатам анализа фазового инварианта и модуля фазового вектора принимают решение на включение охраны сигнализации. Схема реализации технического решения содержит формирователь сигналов 1, двухканальный усилитель мощности 2, коммутатор 3, приемоизлучающие устройства 4.1, 4.2,...4n, предварительные усилители 5.1, 5.2,...5n, блоки фазовой обработки 6.1, 6.2...6ll, блок принятия решения 7. 5 ил.

На фиг. 1, 2, 3 приведены частотные характеристики фазового инварианта и модуля фазового вектора коэффициента отражения от бревна, металлического предмета, звукорассеивающего слоя, соответственно; на фиг.4 — схема постановки системы; на фиг.5 "устройство реализации заявляемого способа.

Известно, что для гидролокационной системы, использующей в качестве канала обработки амплитудный обнаружитель, параметром, который характеризует отражаю18:18803 щий объект, является его эквивалентный радиус либо эффективная поверхность рассеяния, По амплитуде отраженного сигнала с достаточной достоверностью нельзя сказать какой предмет вошел в охраняемую зону, бревно, металлический предмет, кусок льда, пловец или отражение произошло от звукорассеивающего слоя, При отражении от объекта происходит не только изменение амплитуды сигнала, но и фазы величина которой зависит от волнового сопротивления (фв ) отражателя. Определив фазы отраженного сигнала, можно идентифицировать объект. В первые способ оценки акустического импеданса был предложен в техническом решении, где излучается двухчастотный сигйал с частотами заполнения f< и 2f>, тогда эхосигнал можно записать в виде

Sq =А1 соз 2mf> t — — ) +p>

2 х

С.)

2х1

Sz =Az @os 2 х2 f t — ) +pa

Св ) где 51; 32 — аналитические выражения гармонических составляющих сигнала, А1 и А — амплитуды сигнала на частотах f> и 2f>.

Переходя к каадратурным компонентам сигналов 51* и Sz*, выделяя аргументы гармонических функций, получаем ф = 2 Jt F< (t — < ) + p1, 2х

Св ф =2 ж2 ft(t — — + re

2r

Св 1

Линейная комбинация фазовых аргументов гармонических составляющих имеет вид (временной множитель здесь опущен)

Ф=2ф1 — Q =2P> - .

Фазовый инвариант реверберации в фиксированный момент времени распределен равномерно, т.е. в интервале от - л до

zt может принимать любые значения с равной вероятностью. В пределах длительности импульса фазовый инвариант реверберации будет менять свои значения, а фазовый инвариант объектов искусственного происхождения будет практически постоянным.

Для тоге, чтобы определить модуль фазового вектора M необходимо проинтегрировать случайные величины

10

6.2„... 6.я, блока принятия решения 7, Блок формирования сигналов l служит для формирования двух сигналов стандартной посылки с жестко связанными по фазе частотами заполнения fg и 2f>.

Двухканальный-усилитель мощности 2 служит для усиления сигналов до требуемых значений и состоит из двух обычных усилителей мощности, широко применяемых в гидроакустических системах.

Коммутатор 3 служит для подключения группы из ПИУ(4,1, 4,2;„.4.п) либо к выходам усилителя мощности 2, в режиме излучения, либо ко входам приемных усилителей (5.1, 5.2,...5.nj в режиме приема, Коммутатор может выполняться в простейшем случае на реле либо же на тиристорах или других полупроводниковых элементах. Приемоизлучающие устройства 4,1, 4.2,...4.п представляют собой гидроакустические антенны мозаичного типа, состоящие иэ элементов с резонансной частотой fq и из элементов с резонансной частотой 2f>. Предварительные усилители 5 1, 5.2,...5,п служат для усиления сигналов, являются известными устройствами, широко применяемыми в технике, Блоки фазовой обработки 6.1, 6,2...,6.п служат для определения фазового инварианта коэффициента отражения Ф в каждом из каналов и модуля фазового вектора М, В качестве блока фаэовой обработки может быть использовано устройство, реализующее способ.

Блок принятия решения 7 служит для представления и обработки полученной информации (фазового инварианта и модуля х х

М = (3 сов Фох) +(J з пФдх) о о

Модуль фазового вектора случайной величины с равномерным распределением (в случае реверберации) будет стремиться к нулю, модуль фазового вектора обьектов искусственного происхождения за счет постоянства фазового инварианта в пределах длительности импульса будет отличаться от

0 (фиг,2 описания). Jlo величине фазового инварианта и модуля фазового вектора можно классифицировать объект.

На фиг.4 представлена схема постановки системы, На фиг.5 представлена структурная схема устройства конкретной реализации эаявляемого способа, Устройство состоит из формирователя сигналов 1, двухканального усилителя. мощности. 2, коммутатора 3, приемо-излучающих устройств (ПИУ) 4.1, 4.2,...4n предварительных усилителей 5.1, 5.2„..5я блоков фазовой обработки 6,1, 1838803 фазового вектора). 8 качестве блока принятия решения может быть использоваться

3ВМ, отображение может производиться различными способами, обычно кодируют сигналы цветом, каждому циклу наблюдения соответствует одна строка на дисплее.

Работа устройства, реализующего способ, заключается в следующем: блок формирования сигналов 1 формирует посылки с частотами заполнения f> и 2f>, происходит усиление двухканальным усилителем 2, через коммутатор 3 сигналы поступают на группу из ПИУ (4 1, 4.2,...4.n), происходит излучение сигнал-а, отраженные от противоположного берега сигналы поступают на

ПИУ, преобразуются в электрические сигналы, через коммутатор 3 поступают на входы приемных усилителей 5.1, 5.2....,5.п, усили-. ваются и подаются на блоки фазовой обработки 6;1, 6.2,...6.п, где производится определение фазового инварианта коэффициента отражения Ф и модуля фазового вектора M. Полученная информация поступает в блок nðèíÿòèÿ решения. Модуль фазового вектора донной и поверхностной ревербераций будет близок к О, при появлении объекта в зоне реагирования устройства в одном или нескольких каналах изменится модуль фазового вектор, по величине которОго можно, с учетом характеристик фазового инварианта, судить о происхождении объекта.

Данный способ классификации эхосигналов для систем охранной сигнализации водного района имеет следующие преимущества:

1. За счет использования в качестве информативных параметров фазового инвврианта и модуля фазового вектора возможна классификация отражающего тела по его

5 волновому сопротивлению с высокой достоверностью.

2. За счет использования модуля фазового вектора возможно применение систем в мелководных районах, в условиях значи10 тельной реверберационной помехи.

Формула.изобретения

Способ классификации эхосигналов для систем охранной сигнализации водного

15 райойа, основанный на излучении каждым приемоизлучающим устройством горизонтальной поверхности воды сигналов ва частотахх f> и 2 f t, приеме эхосигналов, определении фазового инварианта коэффи20 циента отражения Ф -2 р1 - щг,где р1 и ф — фазовые сдвиги при отражении от объекта на частотах f1 и 2ft, отличающийся тем, что, с целью повышения достоверно- сти классификации, находят модуль фазово25 го вектора х х

M = (j соз Ф(1х) +(f э п Фдх)2 о о

30 где х- длительность импульса. и по результатам анализа фазового инварианта и модуля фазового вектора принимают решение на включение охранной сигнализации.

1838803

Фг2

1838803

1838803 .

Составитель А.Зарубин

Редактор Г.Берсенева Техред М.Моргентал Корректор M.AHäðóøåíêo

Заказ 2925 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101