Способ определения расстояния до дна и устройство для его осуществления

 

Использование: в гидроакустических навигационных приборах. Сущность изобретения: регулируемую временную задержку излученного сигнала находят по минимуму сравнения с единичным значением дополнительном функции, обратно пропорциональной половине значения взаимно корреляционной функции от центрированных квадратов сигналов задержанного излученного и отраженного.1 з. п. ф-лы, 1ил.

Изобретение относится к области гидроакустики, в частности к гидроакустическим навигационным приборам.

Известны способ и устройство для определения расстояния до дна с помощью корреляционною эхолота с постоянной задержкой. По своей технической сущности указанные решения являются наиболее близким аналогом предлагаемых способа и устройства определения расстояния до дна с регулируемой временной задержкой.

Его недостатком является относительно малая точность.

Сущность изобретения заключается в том, что вычисляют коэффициент взаимно корреляционной функции от центрированных квадратов сигналов задержанного излученного и отраженного, кроме того, дополнительно вычисляют функцию, обратно пропорциональную половине вычисленного значения взаимно корреляционной функции, а искомую регулируемую временную задержку находят по минимуму сравнения дополнительно вычисленной функции с единичным значением.

Поставленная цель достигается тем, что коэффициент взаимно корреляционной функции вычисляется от центрированных квадратов задержанного излученного и отраженного сигналов, дополнительно вычисляется функция, обратно пропорциональная половине вычисленного значения коэффициента взаимно корреляционной функции, и по минимуму ее сравнения с единичным значением находят регулируемую временную задержку.

Квадратичное выпрямление излученного X(t ) и принятого сигналов Y(t) дает Z(t) X²(t), M(t) Y²(X). После центрирования Z(t) и M(t) получим: где средние значения Z(t) и M(t).

Значение взаимно корреляционной функции центрированных квадратов задержанного излученного X и отраженного Y сигналов Расстояние до дна определяется по выражению: где С скорость звука в воде, τ регулируемая временная задержка.

Известно, что крутизна взаимно корреляционной функции (ВКФ) в районе максимума недостаточно велика, чтобы обеспечить высокую точность определения t,, а значит и расстояния D. Для оценки повышения точности заявленного технического решения рассмотрим типичную для известного технического решения форму взаимно корреляционной функции вида: ρ_xy(τ) = cos2πfτ = cosωτ, (3) где f частота сигнала,
τ величина задержки на распространение сигнала до дна и обратно.

Дополнительная функция, равная половине отношения функции (1), равна:

Сравнение (4) с единичным значением дает функцию В(σ)
1/ρ²_xy-1 = B(τ) (5)
по минимуму которой находят τ.

Проанализируем выражение (5) по сравнению с (3)



Выражение (8) больше единицы, что подтверждает у В (t) крутизну ВКФ большую, чем у известного технического решения. На чертеже изображено устройство, реализующее способ, где обозначено: 1 генератор, 2 излучатель, 3 интегратор, 4 умножитель, 5 блок регулируемой временной задержки, 6 - экстремальный регулятор, 7 индикатор, 8 приемник, 9 усилитель, 10 - дополнительно внесенный блок деления, 11 дополнительно внесенный сумматор, 12 дополнительно внесенный первый квадратичный детектор, 13 дополнительно внесенный второй квадратичный детектор.

Устройство определения расстояния до дна состоит из генератора 1, соединенного с излучателем 2, из интегратора 3, подключенного через умножитель 4 к выходу блока 5 регулируемой временной задержки, второй вход которого соединен со вторым выходом экстремального 6 регулятора, при этом первый выход последнего подключен к индикатору 7, из приемника 8, соединенного с усилителем 9, кроме того, выход интегратора 3 подключен через последовательно соединенные дополнительно внесенные блок 10 деления и сумматор11 к входу экстремального 6 регулятора, кроме того, на второй вход дополнительно внесенного 11 сумматора подано отрицательное единичное напряжение, кроме того, выход генератора 1 и вход излучателя 2 соединены через дополнительно внесенный первый 12 квадратичный выпрямитель с входом блока 5 регулируемой временной задержки, причем выход усилителя соединен через дополнительно внесенный второй квадратичный 13 выпрямитель со вторым входом умножителя 4.

Устройство работает следующим образом.

Генератор 1 передает сигнал в излучатель 2 для излучения в сторону дна и, кроме того, сигнал поступает через дополнительно внесенный квадратичный 12 детектор в блок 5 регулируемой временной задержки в виде процесса (t ), с выхода данного блока задержанный на величину t временной задержки процесс (t) попадает в умножитель 4, на второй вход которого поступает принятый приемником 8, усиленный и прошедший дополнительно внесенный квадратичный 13 детектор процесс вида ). Результат произведений интегрируется (подавляется высокочастотная составляющая произведения) и поступает в дополнительно внесенный блок 10 деления, где реализуется формирование отношения вида (4). Последующее преобразование в дополнительно внесенном сумматоре 11 предназначено для приведения значения искомого минимума процесса к нулевому уровню, в результате с сумматора 11 на вход экстремального 6 регулятора поступает процесс вида В(τ) (5). Последний управляет блоком 5 регулируемой временной задержки. Значение t в момент минимума входного В(t) процесса поступает на индикатор 7, шкала которого проградуирована в единицах расстояния Д до дна.

Элементы устройства известны из научно-технической и справочной литературы.

А. Л. Простаков. Электронный ключ к океану. Л. Судостроение, 1986, с. 15-16.

Формула изобретения

1. Способ определения расстояния до дна, содержащий излучение сигнала в сторону дна, прием отраженного сигнала и определение расстояния до дна путем умножения половины скорости распространения звука в воде на значение регулируемой временной задержки излученного сигнала в момент ее равенства значению времени распространения сигнала до дна и обратно, отличающийся тем, что вычисляют коэффициент взаимно корреляционной функции от центрированных квадратов сигналов задержанного излученного и отраженного, кроме этого дополнительно вычисляют функцию, обратно пропорциональную половине вычисленного значения коэффициента взаимно корреляционной функции, а искомую регулируемую временную задержку находят по минимуму сравнения дополнительно вычисленной функции с единичным значением.

2. Устройство определения расстояния до дна, состоящее из генератора, соединенного с излучателем, интегратора, подключенного через умножитель с выходом блока регулируемой временной задержки, второй вход которого соединен со вторым выходом экстремального peгулятора, при этом первый выход последнего подключен к индикатору, а также приемника, соединенного с усилителем, отличающееся тем, что выход интегратора подключен через последовательно соединенные дополнительно внесенные блок деления и сумматор с входом экстремального регулятора, кроме того на второй вход дополнительно внесенного сумматора подключен источник отрицательного единичного напряжения, кроме того выход генератора и вход излучателя соединены через дополнительно внесенный первый квадратичный выпрямитель с входом блока регулируемой временной задержки, причем выход усилителя соединен через дополнительно внесенный второй квадратичный выпрямитель со вторым входом умножителя.

РИСУНКИ

Рисунок 1