Устройство для обнаружения и классификации объектов по акустической жесткости

 

Изобретение относится к акустическим локационным системам. Цель изобретения - повышение надежности классификации объектов. В водную среду с помощью двухрезонансного преобразователя излучается зондирующий импульс в виде суммы высокочастотной амплитудно-модулированной и низкочастотной с частотой модуляции волн. Отразившись от зондируемого объекта, сигналы принимаются тем же преобразователем и через коммутатор прием/передача подаются на входы селективных усилителей, настроенных соответственно на частоты модуляции и несущей. После усиления, детектирования и ограничения преобразованные сигналы поступают на входы фазового детектора. Поскольку при отражении фаза отраженной волны на несущей частоте зависит от соотношения акустических жесткостей объекта и среды распространения, а фаза огибающей от этого соотношения не зависит, то полярность импульса на выходе фазового детектора будет зависеть от жесткости отражающего объекта, что с помощью осциллографа позволяет производить классификацию. 2 ил.

Изобретение относится к акустическим локационным системам и может быть использовано в локационных системах для обнаружения и классификации объектов по акустической жесткости.

Известен способ различение эхосигналов от отражающих тел с различной акустической жесткостью при подводной эхолокации и устройство для осуществления способа. Принцип действия устройства заключается в том, что по направлению к объекту излучают две связанные по фазе волны с частотами f₁ и f₂ = 2f₁. Эхосигналы принимают раздельными приемниками. Сигналы с частотой f₁ поступают на вход удвоителя частоты. В результате удвоения частоты происходит удвоение фазового сдвига, обусловленного отражением от объекта. Сигналы с выхода удвоителя частоты и с выхода второго приемника поступают на вход фазового детектора, где происходит измерение фазового сдвига между ними. Измеренный фазовый сдвиг характеризует акустическую жесткость отражающего объекта.

Недостатком прототипа является низкая надежность классификации объектов.

Низкая надежность классификации объектов по акустической жесткости обусловлена невозможностью однозначного отнесения обнаруженного объекта к одному из классов в случае нелинейной фазо-частотной характеристики коэффициента отражения, что имеет место у объектов со сложной внутренней структурой и конечными волновыми размерами. В таком случае фазовые набеги, возникающие при отражении у волн с частотами f₁ и f₂, существенно различаются в силу конечного разнесения частот (f₂/f₁ = 2). Чем больше различие в величинах сдвига фаз, тем ниже надежность классификации, поскольку используемый в прототипе способ классификации применим только к объектам с линейной фазо-частотной характеристикой, т. е. фазовый сдвиг имеет одну и ту ж величину для всех отраженных волн.

Целью изобретения является повышение надежности классификации объектов по акустической жесткости.

Цель достигается тем, что в устройство, содержащее излучающий тракт, соединенный с индикатором, второй вход которого соединен с приемным трактом, содержащим первый избирательный усилитель, амплитудный детектор и последовательно соединенные второй избирательный усилитель, первый усилитель-ограничитель и фазовый детектор, на второй вход которого нагружен второй усилитель-ограничитель, и антенну, введены в излучающий тракт синхронизатор и соединенный с ним генератор радиоимпульсов с амплитудно-модулированным (АМ) заполнением, к высокочастотному выходу которого последовательно подключены первый усилитель мощности, первый режекторный фильтр, сумматор мощности и коммутатор прием/излучение, нагруженный на обратимую двухрезонансную антенну, к низкочастотному выходу генератора последовательно подключены второй усилитель мощности и второй режекторный фильтр, нагруженный на второй вход сумматора мощности; в приемном тракте амплитудный детектор включен между первым избирательным усилителем и вторым усилителем-ограничителем, входы первого и второго избирательных усилителей соединены с вторым входом коммутатора.

Работа устройства основана на излучении в сторону отражающего объекта одновременно низкочастотной волны с частотой F и высокочастотной амплитудно-модулированной волны V(t, x) = V_m [1 + m cos (2π Ft - 2π Fx/C_o)] · cos (2π f_ot - 2π f_ox/C_o), где F - частота модуляции; f_о - несущая частота (частота заполнения); m - коэффициент модуляции, где fo >> F. Известно, что при отражении волны от объекта с акустическим импендансом Z₂, находящегося в среде с акустическим импедансом Z для которого Z₂ < Z₁, наблюдается сдвиг фазы на 180^о. Если Z₂ > Z₁, то сдвига фазы не происходит. При отражении AM волны сдвиг фазы испытывает только высокочастотное заполнение, в то время как огибающая не претерпевает фазовых сдвигов при любых соотношениях Z₁ и Z₂. Появление или отсутствие разности фаз величиной 180^о (или близкой к этому значению) между низкочастотным эхосигналом и огибающей высокочастотного AM эхосигнала указывает на характер акустической жесткости отражающего объекта.

На фиг. 1 показана структурная схема устройства; на фиг. 2 - эпюры напряжений, поясняющие его работу.

Устройство для обнаружения и классификации объектов по акустической жесткости состоит из последовательно соединенных синхронизатора 1, генератора 2 радиоимпульсов с амплитудно-модулированным заполнением, усилителя 3 мощности, режекторного фильтра 4, сумматора 5 мощности, коммутатора 6 и обратимой двухрезонансной антенны 7. Между низкочастотным выходом генератора 2 радиоимпульсов и вторым входом коммутатора 6 включены последовательно усилитель 8 мощности и режекторный фильтр 9. К второму выходу коммутатора 6 подсоединены последовательно соединенные избирательный усилитель 10, усилитель-ограничитель 11, фазовый детектор 12 и индикатор 13, засинхронизованный от синхронизатора 1. Между коммутатором 6 и вторым входом фазового детектора 12 включены последовательно соединенные избирательный усилитель 14, амплитудный детектор 15 и усилитель-ограничитель 16.

Работает схема следующим образом. Синхронизатор 1 коротким импульсом U₁ запускает развертку индикатора 13 и генератор 2 радиоимпульсов, вырабатывающий одновременно радиоимпульсы с амплитудно-модулированным заполнением U₃ и низкочастотным немодулированным заполнением U₂. Сигнал U₃ усиливается усилителем 3 мощности и через режекторный фильтр 4, предназначенный для устранения взаимного влияния каналов, усиливающих низкочастотный и AM сигналы, подается на сумматор 5 мощности. В сумматоре 5 низкочастотный и AM сигналы сводятся в одну шину и через коммутатор 6 прием/излучение поступают на обратимую двухрезонансную антенну 7, которая излучает их в среду. С низкочастотного выхода генератора 2 радиоимпульсов радиоимпульсы с низкочастотным заполнением U₂ поступают на усилитель 8 мощности и после усиления подаются через режекторный фильтр 9 на сумматор 5 мощности. Режекторные фильтры 9 и 4, обеспечивающие развязку по выходу усилителей 8 и 3, настроены соответственно на среднюю частоту AM сигнала f_o и частоту модуляции F, где f_o >> F. Отразившиеся от объекта акустические волны принимаются антенной 7, преобразуются в электрические сигналы и, пройдя коммутатор 6, поступают на входы избирательных усилителей 10 и 14, настроенных на частоты F и f_oсоответственно. Если акустический импеданс среды распространения Z₁меньше акустического импеданса отражающего объекта Z₂, то отражение происходит без изменения фазы низкочастотной и AM волн. Если Z₁ > Z₂, то фазы обеих волн изменяются на 180^о, но при этом фаза огибающей AM не изменится при любых сочетаниях Z₁ и Z₂. После усилителя 10 сигнал низкой частоты U₄ ограничивается по амплитуде в усилителе-ограничителе 11 и поступает на вход фазового детектора 12. После избирательного усилителя 14 AM сигналы U₅ детектируются в амплитудном детекторе 15, полученные низкочастотные сигналы U₆ с частотой F ограничиваются по амплитуде в усилителе-ограничителе 16 и подаются на второй вход фазового детектора 12. На выходе фазового детектора 12 вырабатываются импульсы положительной полярности, если Z₂ > Z₁, или отрицательной полярности, если Z₁ > Z₂, которые подаются на индикатор 13. (56) Патент ФРГ N 2006152, кл. G 01 S 15/00, опубл. 1977.

Формула изобретения

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОБНАРУЖЕНИЯ И КЛАССИФИКАЦИИ ОБЪЕКТОВ ПО АКУСТИЧЕСКОЙ ЖЕСТКОСТИ, содержащее излучающий тракт, соединенный с индикатором, второй вход которого соединен с приемным трактом, содержащим первый избирательный усилитель, амплитудный детектор и последовательно соединенные второй избирательный усилитель, первый усилитель-ограничитель и фазовый детектор, на второй вход которого нагружен второй усилитель-ограничитель, и антенну, отличающееся тем, что, с целью повышения надежности классификации объектов, излучающий тракт выполнен в виде синхронизатора, соединенного с ним генератора радиоимпульсов с амплитудно-модулированным заполнением, к высокочастотному выходу которого последовательно подключены первый усилитель мощности, первый режекторный фильтр, сумматор мощности и коммутатор прием/излучение, обратимая двухрезонансная антенна, к низкочастотному выходу генератора последовательно подключены второй усилитель мощности, второй режекторный фильтр и второй вход сумматора мощности, в приемном тракте амплитудный детектор включен между первым избирательным усилителем и вторым усилителем-ограничителем, входы первого и второго избирательных усилителей соединены с вторым выходом коммутатора.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2