Система для определения колебаний водной поверхности



Система для определения колебаний водной поверхности
Система для определения колебаний водной поверхности
Система для определения колебаний водной поверхности
Система для определения колебаний водной поверхности
Система для определения колебаний водной поверхности

 


Владельцы патента RU 2451955:

Открытое акционерное общество "Авангард" (RU)

Предлагаемая система относится к сейсмической и акустической разведке районов, покрытых водой, а именно к системам предупреждения о волнах цунами. Система содержит приемники 1.i (i=1, 2,..., n) колебаний атмосферного давления (микробарографы), схему 2 сравнения, систему 3 оповещения, блок 4 памяти, корреляторы 5 и 6, пункт контроля 7 и дифференциаторы 8.1 и 8.2. Каждый коррелятор 5 (6) содержит перемножитель 5.1 (6.1), фильтр 5.2 (6.2) нижних частот, усилитель 5.3 (6.3) и регулируемую линию задержки 5.4 (6.4). Система 3 оповещения содержит преобразователи 3.1 и 3.2 аналог-код, ключи 3.3 и 3.4, формирователь 3.5 модулирующего кода, задающий генератор 3.6, фазовый манипулятор 3.7, усилитель 3.8 мощности и передающую антенну 3.9. Пункт 7 контроля содержит приемную антенну 7.1, усилитель 7.2 высокой частоты, гетеродины 7.3 и 7.11, смесители 7.4 и 7.12, усилители 7.5 и 7.13 промежуточной частоты, перемножители 7.6, 7.7 и 7.15, узкополосный фильтр 7.8, фильтры 7.9 и 7.16 нижних частот, блок 7.10 регистрации и анализа, пороговый блок 7.17 и ключ 7.18. Технический результат - повышение избирательности и помехоустойчивости приемника, а также точности измерения угловых координат α1 и α2 эпицентра цунами. 6 ил.

 

Предлагаемая система относится к сейсмической и акустической разведке районов, покрытых водой, а именно к системам предупреждения о волнах цунами, возникающих вследствие подъема или опускания значительных водных масс океана.

Известны способы и системы для определения возникновения волн цунами (авт.свид. СССР №№568.922, 769.455, 877.326, 1.070.497, 1.584.585, 1.676.651, 1.721.563, 1.765.693; патенты РФ №№2.030.789, 2.034.312, 2.041.476, 2.066.468, 2.068.185, 2.093.861, 2.097.792, 2.168.747, 2.190.255, 2.201.599, 2.240.570, 2.288.487, 2.319.984, 2.350.986; Бреховских Л.М. О цунами и наблюдениях над сверхдальним распространением звука в океане. - Бюлл. Совета по сейсмологии АН СССР, 1956, №2, с.8-11; Дыхан Б.Д. и др. Первая регистрация цунами в океане (цунами 23.02.80 у Южных Курильских островов). Доклады АН, т.257, №5, 1981, с.1088-1092; Дикарев В.И. Безопасность, защита и спасение человека. СПб., 2007, с.135-163 и другие).

Из известных систем наиболее близкой к предлагаемой является «Система для определения колебаний водной поверхности» (патент РФ №2.319.984, G01V 1/38, 2006), которая и выбрана в качестве прототипа.

Указанная система обеспечивает прогноз распространения волн цунами за счет получения информации о начальном смещении поверхности океана, но не позволяет достоверно определять колебания водной поверхности. Она содержит микробарографы, разнесенные на фиксированные расстояния вдоль береговой линии. Микробарографы подключены через схему сравнения к системе оповещения. Дополнительно система снабжена блоком памяти, пунктом контроля и двумя корреляторами.

Колебания атмосферного давления от эпицентра ЭЦ цунами принимаются двумя парами микробарографов 1.i (i=1, 2,…, n). Причем микробарографы разнесены на фиксированное расстояние d (измерительная база). Две пары крайних микробарографов разнесены на фиксированное расстояние nd, где n - количество микробарографов.

Колебания атмосферного давления (звуковые сигналы) с выходов крайних микробарографов поступают на два коррелятора 5 (6), каждый из которых состоит из перемножителя 5.1 (6.1), фильтра 5.2 (6.2) нижних частот, экстремального регулятора 5.3 (6.3) и регулируемой линии задержки 5.4 (6.4). Получаемая на выходе коррелятора 5 (6) взаимно-корреляционная функция R1(τ) [R2(τ)] имеет максимум при значении введенного регулируемого запаздывания

,

где t1, t2 - время прохождения звуковым сигналом расстояний от эпицентра ЭЦ цунами до первого 1.1 и второго 1.2 крайних микробарографов;

t3, t4 - время прохождения звуковым сигналом расстояний от эпицентра ЭЦ цунами до второй пары крайних микробарографов 1.n и 1.n-1 соответственно.

Максимальные значения R1(τ) и R2(τ) поддерживаются с помощью экстремальных регуляторов 5.3 и 6.3, воздействующих на блоки 5.4 и 6.4 регулируемой задержки соответственно. Шкалы блоков 5.4 и 6.4 регулируемой задержки градуируются непосредственно в значениях угловых координат эпицентра ЭЦ цунами

,

где с - скорость распространения звуковой волн;

τ1, τ2 - введенные в соответствующие каналы задержки звуковых сигналов, соответствующих максимуму корреляционных функций R1(τ) и R2(τ) (фиг.5).

Для точного измерения координат α1 и α2 эпицентра ЭЦ цунами необходимо возможно точнее определить значения регулируемых запаздываний τ1 и τ2, соответствующие максимуму корреляционных функций R1(τ) и R2(τ).

Однако в области максимума корреляционные функции R1(τ) и R2(τ) имеют очень малую крутизну и изменяются незначительно при изменениях τ (фиг.5). Гораздо более благоприятными для поиска максимума являются формы производных от корреляционных функции и . В точках τ=0 производные имеют значительную крутизну и, кроме того, меняют знак в зависимости от положения относительно точки τ=0.

Таким образом, поиск максимума корреляционных функций R1(τ) и R2(τ) (максимальный принцип - экстремальная задача) заменяется минимальным принципом измерения - стабилизации нулевого значения регулируемой величины τ. Этот принцип позволяет значительно повысить точность и чувствительность измерения угловых координат α1 и α2 эпицентра ЭЦ цунами.

Кроме того, в приемнике пункта 7 контроля одно и то же значение промежуточной частоты wup может быть получено в результате приема сигналов на двух частотах wc и wз, т.е.

и .

Следовательно, если частоту настройки wc принять за основной канал приема, то наряду с ним будет иметь место зеркальный канал приема, частота wз которого отличается от частоты wc на 2wup и расположена симметрично (зеркально) относительно частоты wг гетеродина (фиг.3). Преобразование по зеркальному каналу приема происходит с тем же коэффициентом преобразования Кпр, что и по основному каналу. Поэтому он наиболее существенно влияет на избирательность и помехоустойчивость приемника.

Кроме зеркального существуют и другие дополнительные (комбинационные) каналы приема. В общем виде любой комбинационный канал приема имеет место при выполнении условия:

,

где wкi - частота i-го комбинационного канала приема;

m, n, i - целые положительные числа.

Наиболее вредными комбинационными каналами приема являются каналы, образующиеся при взаимодействии первой гармоники частоты сигнала с гармониками частоты гетеродина малого порядка (второй, третьей и т.д.), так как чувствительность приемника по этим каналам близка к чувствительности основного канала. Так, двум комбинационным каналам при m=1 и n=2 соответствуют частоты:

и ,

где 2wг - вторая гармоника частоты гетеродина.

Наличие ложных сигналов (помех), принимаемых по зеркальному и комбинационным каналам, приводит к снижению избирательности и помехоустойчивости приемника, что также снижает точность измерения угловых координат α1 и α2 эпицентра ЭЦ цунами.

Технической задачей изобретения является повышение избирательности и помехоустойчивости приемника, а также точности измерения угловых координат α1 и α2 эпицентра ЭЦ цунами путем подавления ложных сигналов (помех), принимаемых по дополнительным каналам, и использования производных корреляционных функций.

Поставленная задача решается тем, что система для определения колебаний водной поверхности, содержащая, в соответствии с ближайшим аналогом, микробарографы, расположенные в виде разветвленной системы вдоль береговой линии и подключенные через схему сравнения к системе оповещения, блок памяти, выход которого подключен ко второму входу схемы сравнения, пункт контроля и два коррелятора, каждый из которых состоит из последовательно включенных перемножителя, второй вход которого через регулируемую линию задержки, второй выход которой является выходом коррелятора, соединен с выходом одного из крайних микробарографов, и фильтра нижних частот, при этом система оповещения выполнена в виде последовательно подключенных к выходу схемы сравнения первого ключа, второй вход которого через первый преобразователь аналог-код соединен с выходом первого коррелятора, формирователя модулирующего кода, третий вход которого соединен с выходом схемы сравнения, фазового манипулятора, второй вход которого соединен с выходом задающего генератора, усилителя мощности и передающей антенны, последовательно подключенных к выходу второго коррелятора второго преобразователя аналог-код и второго ключа, второй вход которого соединен с выходом схемы сравнения, а выход подключен ко второму входу формирователя модулирующего кода, пункт контроля выполнен в виде последовательно включенных приемной антенны, усилителя высокой частоты, первого смесителя, второй вход которого соединен с выходом первого гетеродина, и первого усилителя промежуточной частоты, последовательно включенных первого переменожителя, второй вход которого соединен с выходом первого фильтра нижних частот, узкополосного фильтра, второго перемножителя, первого фильтра нижних частот и блока регистрации и анализа, микробарографы разнесены на фиксированное расстояние d, две пары крайних микробарографов разнесены на фиксированное расстояние nd, где n - количество микробарографов, отличается от ближайшего аналога тем, что она снабжена двумя дифференциалами, двумя усилителями, вторым гетеродином, вторым смесителем, вторым усилителем промежуточной частоты, третьим перемножителем, вторым фильтром нижних частот, пороговым блоком и третьим ключом, причем первый вход перемножителя каждого коррелятора через дифференциатор соединен с выходом другого крайнего микробарографа, выход фильтра нижних частот каждого коррелятора через усилитель подключен ко второму входу регулируемой задержки, к выходу усилителя высокой частоты пункта контроля последовательно подключены второй смеситель, второй вход которого соединен с выходом второго гетеродина, второй усилитель промежуточной частоты, третий перемножитель, второй вход которого соединен с выходом первого усилителя промежуточной частоты, второй фильтр нижних частот, пороговый блок и третий ключ, второй вход которого соединен с выходом первого усилителя промежуточной частоты, а выход подключен ко вторым входам первого и второго перемножителей, частоты wг1 и wг2 первого и второго гетеродинов разнесены на удвоенное значение промежуточной частоты

и выбраны симметричными относительно несущей частоты wc основного канала приема

.

Структурная схема системы для определения колебаний водной поверхности представлена на фиг.1. Структурная схема пункта контроля представлена на фиг.2. Частотные диаграммы, иллюстрирующие образование дополнительных каналов приема, изображены на фиг.3 и 4. Вид корреляционных функций и их производных показан на фиг.5. Временные диаграммы, поясняющие работу системы, изображены на фиг.6.

Система содержит приемники 1.i (i=1, 2,…, n) колебаний атмосферного давления (микробарографы), расположенные в виде разветвленной системы вдоль береговой линии и подключенные через схему 2 сравнения к системе 3 оповещения, пункт контроля 7, два коррелятора 5 и 6, каждый из которых состоит из последовательно подключенных через дифференциатор 8.1 (8.2) к одному из крайних микробарографов 1.1 (1.n), перемножитель 5.1 (6.1), второй вход которого через регулируемую линию задержки 5.4 (6.4) соединен с выходом другого крайнего микробарографа 1.2 (1.n-1), фильтра 5.2 (6.2) нижних частот, усилителя 5.3 (6.3) и регулируемой линии задержки 5.4 (6.4), второй выход которой является выходом коррелятора 5 (6).

Система 3 оповещения выполнена в виде последовательно подключенных к выходу схемы 2 сравнения первого ключа 3.3, второй вход которого через первый преобразователь 3.1 аналог-код соединен с выходом первого коррелятора 5, формирователь 3.5 модулирующего кода, третий вход которого соединен с выходом схемы 2 сравнения, фазового манипулятора 3.7, второй вход которого соединен с выходом задающего генератора 3.6, усилителя 3.8 мощности и передающей антенны 3.9, последовательно подключенных к выходу второго коррелятора 6 второго преобразователя 3.2 аналог-код и второго ключа 3.4, второй вход которого соединен с выходом схемы 2 сравнения, а выход подключен к второму входу формирователя 3.5 модулирующего кода.

Пункт 7 контроля выполнен в виде последовательно включенных приемной антенны 7.1, усилителя 7.2 высокой частоты, первого смесителя 7.4, второй вход которого соединен с выходом первого гетеродина 7.3, первого усилителя 7.5 промежуточной частоты, третьего ключа 7.18, первого перемножителя 7.6, второй вход которого соединен с выходом первого фильтра 7.9 нижних частот, узкополосного фильтра 7.8, второго перемножителя 7.7, второй вход которого соединен с выходом ключа 7.18, первого фильтра 7.9 нижних частот и блока 7.10 регистрации и анализа, последовательно подключенных к выходу усилителя 7.2 высокой частоты второго смесителя 7.12, второй вход которого соединен с выходом второго гетеродина 7.11, второго усилителя 7.13 промежуточной частоты, третьего перемножителя 7.15, второй вход которого соединен с выходом первого усилителя 7.5 промежуточной частоты, второго фильтра 7.16 нижних частот и порогового блока 7.17, выход которого соединен со вторым входом ключа 7.18.

Микробарографы разнесены на фиксированные расстояния d (измерительная база), две пары крайних микробарографов 1.1 и 1.2, 1.n и 1.n-1 разнесены на фиксированное расстояние nd, где n - количество микробарографов.

Последовательно соединенные перемножитель 7.15 и фильтр 7.16 нижних частот образуют коррелятор 7.14.

Частота wг1 и wг2 первого 7.3 и второго 7.11 гетеродинов разнесены на удвоенное значение промежуточной частоты

и выбраны симметричными относительно несущей частоты Wс основного канала приема

.

Предлагаемая система работает следующим образом.

Принцип определения колебаний водной поверхности заключается в следующем.

Период волн цунами заключен в интервале от 2 до 200 мин, длина волны составляет от нескольких десятков до 300-400 км при высоте волн 1-2 м. Начальное возвышение поверхности океана в очаге зарождения волн цунами не превышает нескольких метров и зарегистрировать их распространение практически невозможно.

Однако в момент зарождения цунами область акватории радиусом R поднимается на высоту h над поверхностью океана - с частотами 0,001-0,5 Гц, что вызывает изменение атмосферного давления, которое можно зарегистрировать на расстоянии от очага цунами не менее 5 длин волн цунами, что определяется отношением последнего к шуму.

На больших по сравнению с радиусом R расстояниях эта система эквивалентна движению помещенной в жесткий экран мембраны, приводящему на расстоянии 1>>R к изменению атмосферного давления

где V0 - скорость подъема водной массы;

α - угол между вектором точки наблюдения и вертикалью (азимут);

ρ - удельное давление;

с - скорость звука в атмосфере;

λ и к - соответственно длина волны и вектор излучения волны;

l1 - функция Бесселя первого порядка.

Собственные частоты колебаний системы лежат в пределах 0,001-0,5 Гц. Подставляя в формулу (1) ρ≈1,29*10-3 г/см3, с=330 м/с, w=0,1 Гц, 1=1000 км, α=π/2, πR2≈500 км2, получим для изменения давления ≈10-3÷10-4 бар.

Чувствительность современных микробарографов значительно превосходит указанный интервал давлений, а частотный диапазон их позволяет регистрировать изменение давления с частотами собственных колебаний очага цунами.

Скорость распространения колебаний давления в атмосфере в среднем в два раза превышает скорость волн цунами. Поэтому на расстояниях порядка 1000 км разность времени прихода звукового импульса и гидродинамической волны составляет примерно 30 мин и может быть использована для предупреждения о возникновении дальних цунами.

Колебания атмосферного давления от эпицентра ЭЦ цунами принимаются двумя парами микробарографов 1.i (i=1, 2,…, n). Причем микробарографы разнесены на фиксированное расстояние d (измерительная база). Две пары крайних микробарографов разнесены на фиксированное расстояние nd, где n - количество микробарографов.

Колебания атмосферного давления (звуковые сигналы) с выходов крайних микробарографов поступают на два коррелятора 5 и 6, каждый из которых состоит из перемножителя 5.1 (6.1), фильтра 5.2 (6.2) нижних частот, усилителя 5.3 (6.3) и регулируемой линии задержки 5.4 (6.4). Получаемое на выходе перемножителя 5.1 (6.1) напряжение пропускается через фильтр 5.2 (6.2) нижних частот, на выходе которого формируется производная взаимно-корреляционной функции . Усилитель 5.3 (6.3), предназначенный для поддержания нулевого значения производной корреляционной функции и подключенный к выходу фильтра 5.2 (6.2) нижних частот, воздействует на управляющий вход регулируемой линии задержки 5.4 (6.4) и поддерживает вводимую ею задержку τ равной нулю (τ=0), что соответствует минимальному значению производной корреляционной функции (фиг.5) шкалы регулируемых линий задержки 5.4 и 6.4 градуируются непосредственно в значениях угловых координат эпицентра цунами ЭЦ.

где τ1=t1-t2, τ2=t3-t4,

t1, t2 - время прохождения звуковым сигналом расстояний от эпицентра ЭЦ цунами до первого 1.1 и второго 1.2 крайних микробарографов;

t3, t4 - время прохождения звуковым сигналом расстояний от эпицентра ЭЦ цунами до второй пары крайних микробарографов 1.n и 1.n-1 соответственно.

Измеренные значения α1 и α2 в преобразователях 3.1 и 3.2 преобразуются в цифровые коды.

Осредненные зарегистрированные колебания атмосферного давления по группе приемников (микробарографов) определяют момент прихода первого экстремума выделенного сигнала, сравниваются в схеме 2 сравнения с эталонным сигналом, поступающим из блока 4 памяти. По результатам сравнения формируется постоянное напряжение, которое поступает на управляющие входы ключей 3.3 и 3.4, открывая их. В исходном состоянии ключи 3.3 и 3.4 всегда закрыты.

Значения азимутов α1 и α2 в цифровой форме с выходов преобразователей 3.1 и 3.2 аналог-код через открытые ключи 3.3 и 3.4 соответственно поступают на входы формирователя 3.5 модулирующего кода, где формируется модулирующий код M(t) (цифровое сообщение) (фиг.6, а), который поступает на первый вход фазового манипулятора 3.7, на второй вход которого подается высокочастотное колебание с выхода задающего генератора 3.6 (фиг.6, б)

, 0≤t≤Tc,

где Uc, wc, φс, Тc - амплитуда, несущая частота, начальная фаза и длительность высокочастотного колебания.

На выходе фазового манипулятора 3.7 образуется сложный сигнал с фазовой манипуляцией (ФМн) (фиг.6, в)

, 0≤t≤Tc,

где φк(t)={0, π} - манипулируемая составляющая фазы, отображающая закон фазовой манипуляции в соответствии с модулирующим кодом M(t) (фиг.6, а), причем φк(t)=const при Кτэ<t<(к+1)τэ и может изменяться скачком при t=Кτэ, т.е. на границах между элементарными посылками (К=1, 2,…, N-1);

τэ, N - длительность и количество элементарных посылок, из которых составлен сигнал длительностью Тсc=N·τэ), который после усиления в усилителе 3.8 мощности излучается передающей антенной 3.9 в эфир, улавливается приемной антенной 7.1 пункта 7 контроля и через усилитель 7.2 высокой частоты поступает на первые входы первого 7.4 и второго 7.12 смесителей. На вторые входы смесителей 7.4 и 7.12 подаются напряжения первого 7.3 и второго 7.11 гетеродинов соответственно:

,

.

Причем частоты wг1 и wг2 первого 7.3 и второго 7.11 гетеродинов разнесены на удвоенное значение промежуточной частоты

и выбраны симметричными относительно несущей частоты Wс основного канала приема (фиг.4)

.

Это обстоятельство приводит к удвоению числа дополнительных каналов приема, но создает благоприятные условия для их подавления путем корреляционной обработки канальных напряжений.

На выходе смесителей 7.4 и 7.12 образуются напряжения комбинационных частот. Усилителями 7.5 и 7.13 выделяются напряжения промежуточной частоты

,

, 0≤t≤Tc,

где ;

;

- промежуточная (разностная) частота;

;

Напряжения uup1(t) и uup2(t) с выходов усилителей 7.5 и 7.13 промежуточной частоты поступают на два входа коррелятора 7.14 соответственно, состоящего из перемножителя 7.15 и фильтра 7.16 нижних частот.

На выходе коррелятора 7.14 образуется корреляционная функция R(τ), которая сравнивается с пороговым уровнем Uпор в пороговом блоке 7.17. Пороговое напряжение Uпор превышается только при максимальном значении корреляционной функции R(τ). Так как канальные напряжения uup1(t) и uup2(t) промежуточной частоты образуются одним и тем же сложным ФМн-сигналом u1(t) (фиг.6, в), принимаемым по двум каналам на одной и той же несущей частоте wc, то между указанными канальными напряжениями существует сильная корреляционная связь. Корреляционная функция R(τ) достигает максимального значения, которое превышает пороговый уровень Uпор в пороговом блоке 7.17.

Следует также отметить, что корреляционная функция R(τ) сложных ФМн-сигналов обладает замечательным свойством: она имеет ярко выраженный главный лепесток и сравнительно низкий уровень боковых лепестков.

При превышении порогового уровня Uпор в пороговом блоке 7.17 формируется постоянное напряжение, которое поступает на управляющий вход ключа 7.18, открывая его. В исходном состоянии ключ 7.18 всегда открыт.

При этом напряжение uup1(t) промежуточной частоты (фиг.6, г) с выхода усилителя 7.5 промежуточной частоты через открытый ключ 7.18 поступает на первые входы перемножителей 7.6 и 7.7. На второй вход перемножителя 7.7 подается опорное напряжение с выхода узкополосного фильтра 7.8 (фиг.6, д)

.

На выходе перемножителя 7.7 образуется низкочастотное напряжение (фиг.6, е)

,

где ;

пропорциональное модулирующему коду M(t) (фиг.6, а), которое выделяется фильтром 7.9 нижних частот и подается на второй вход перемножителя 7.6. На выходе последнего образуется гармоническое колебание

,

где U0=2U2,

которое используется в качестве опорного напряжения, выделяется узкополосным фильтром 7.8 и подается на второй вход перемножителя 7.7.

Низкочастотное напряжение uн(t) поступает на вход блока 7.10 регистрации и анализа, где определяется эпицентр ЭЦ цунами.

Перемножители 7.6 и 7.7, узкополосный фильтр 7.8 и фильтр 7.9 нижних частот образуют демодулятор ФМн-сигналов, который свободен от явления «обратной работы», что повышает достоверность выделения аналога модулирующего кода M(t) из принимемого ФМн-сигнала.

Следует отметить, что известным схемам Пистолькорса А.А., Сифорова В.И., Травина Г.А., Костаса Д.Ф., которые также выделяют опорное напряжение, необходимое для синхронного детектирования ФМн-сигналов, непосредственно из самого принимаемого ФМн-сигнала, присуще явление «обратной работы», которое ограничивает возможности этих устройств.

Описанная выше работа пункта 7 контроля соответствует случаю приема полезных ФМн-сигналов по основному каналу на частоте wс (фиг.4).

Если ложный сигнал (помеха) поступает по первому зеркальному каналу на частоте wз1

, 0≤t≤Tз1,

то на выходах первого 7.4 и второго 7.12 смесителей образуются следующие напряжения соответственно:

,

0≤t≤Тз1,

где ;

;

- промежуточная частота;

- утроенная промежуточная частота;

; .

Однако только напряжение uup3(t) попадает в полосу пропускания усилителя 7.5 промежуточной частоты и поступает на первый вход коррелятора 7.14. Выходное напряжение коррелятора 7.14 в этом случае равно нулю. Ключ 7.18 не открывается и ложный сигнал (помеха), принимаемый по первому зеркальному каналу на частоте wз1, подавляется.

Если ложный сигнал (помеха) поступает по второму зеркальному каналу на частоте wз2

, 0≤t≤Тз2,

то на выходах первого 7.4 и второго 7.12 смесителей образуются следующие напряжения соответственно:

,

, 0≤t≤Tз2

где ;

;

- промежуточная частота;

- утроенная промежуточная частота;

; .

Однако только напряжение uup6(t) попадает в полосу пропускания усилителя 7.13 промежуточной частоты и поступает на второй вход коррелятора 7.14, выходное напряжение коррелятора 7.14 в этом случае также равно нулю. Ключ 7.18 не открывается и ложный сигнал (помеха), принимаемый по второму зеркальному каналу на частоте wз2, подавляется.

По аналогичной причине подавляются и ложные сигналы (помехи), принимаемые по первому комбинационному каналу на частоте wк1 или по любому другому комбинационному каналу.

Если ложные сигналы (помехи) одновременно поступают по первому и второму зеркальным каналам на частотах wз1 и wз2:

, 0≤t≤Tз1,

, 0≤t≤Тз2,

то на выходах первого 7.4 и второго 7.12 смесителей образуются следующие напряжения:

,

0≤t≤Тз1,

,

, 0≤t≤Тз2

Напряжения uup3(t) и uup6(t) в этом случае попадают в полосы пропускания усилителей 7.5 и 7.13 промежуточной частоты и поступают на два входа коррелятора 7.14 соответственно. Но ключ 7.18 в этом случае не открывается. Это объясняется тем, что разные ложные сигналы (помехи) uз1(t) и uз2(t) принимаются на разных частотах wз1 и wз2. Поэтому между канальными напряжениями uup3(t) и uup6(t) промежуточной частоты существует слабая корреляционная связь. Кроме того, следует отметить, что корреляционная функция R(τ) ложных сигналов (помех) не имеет ярко выраженного главного лепестка, как это имеет место у сложных ФМн-сигналов. Выходное напряжение коррелятора 7.14 в этом случае не превышает порогового уровня Uпор в пороговом блоке 7.17, ключ 7.18 не открывается и ложные сигналы (помехи), принимаемые одновременно по первому и второму зеркальным каналам на частотах wз1 и wз2, подавляются.

По аналогичной причине подавляются и ложные сигналы (помехи), принимаемые одновременно по двум другим комбинационным или другим каналам.

Эффективность предлагаемой системы можно оценить, сравнив резерв времени между цунамигенным процессом и приходом разрушительной волны к побережью. Так, на расстояниях порядка 1000 км от эпицентра время движения волны цунами порядка 100 мин, сейсмического возмущения ~5 мин, звукового возмущения по подводному каналу ~10 мин и по атмосферному каналу ~50 мин, что достаточно для обеспечения мер по безопасности живой силы и техники.

Система позволяет также повысить достоверность прогноза за счет получения информации о начальном смещении поверхности океана, определения эпицентра ЭЦ цунами и использования сложных сигналов с фазовой манипуляцией для передачи тревожной информации на пункт контроля.

Сложные сигналы с фазовой манипуляцией открывают новые возможности в технике передачи тревожных дискретных сообщений от микробарографов, расположенных в виде разветвленной системы вдоль береговой линии, на пункт контроля. Указанные сигналы позволяют применять новый вид селекции - структурную селекцию. Это значит, что появляется новая возможность разделять сложные ФМн-сигналы, действующие в одной и той же полосе частот и в одни и те же промежутки времени.

С точки зрения обнаружения сложные ФМн-сигналы обладают высокой энергетической и структурной скрытностью.

Энергетическая скрытность данных сигналов обусловлена их высокой сжимаемостью во времени и по спектру при оптимальной обработке, что позволяет снизить мгновенную излучаемую мощность. Вследствие этого сложный ФМн-сигнал в точке приема может оказаться замаскированным шумами и помехами. Причем энергия сложного ФМн-сигнала отнюдь не мала, она просто распределена по частотно-временной области так, что в каждой точке этой области мощность сигнала меньше мощности шумов и помех.

Структурная скрытность сложных ФМн-сигналов обусловлена большим разнообразием их форм и значительными диапазонами изменений параметров, что затрудняет оптимальную или хотя бы квазиоптимальную обработку сложных ФМн-сигналов априорно неизвестной структуры с целью повышения чувствительности приемника.

Таким образом, предлагаемая система по сравнению с прототипом и другими техническими решениями аналогичного назначения обеспечивает повышение избирательности, помехоустойчивости и точности измерения угловых координат α1 и α2 эпицентра ЭЦ цунами. Это достигается подавлением ложных сигналов (помех), принимаемых по зеркальным и комбинационным каналам, и использованием производных корреляционных функций.

Метод измерения угловых координат α1 и α2 эпицентра ЭЦ цунами по минимуму производных корреляционных функций (прохождению через нуль), наряду с высокой точностью и чувствительностью, обладает еще одним весьма существенным преимуществом нулевого метода, а именно: амплитуда входных сигналов и ее флуктуация не оказывают влияния на результат измерений.

Для подавления ложных сигналов (помех), принимаемых по зеркальным и комбинационным каналам, используется корреляционная обработка канальных напряжений промежуточной частоты и замечательное свойство корреляционной функции R(τ) сложных ФМн-сигналов, которая имеет ярко выраженный главный лепесток и низкий уровень боковых лепестков.

Система для определения колебаний водной поверхности, содержащая микробарографы, расположенные в виде разветвленной системы вдоль береговой линии и подключенные через схему сравнения к системе оповещения, блок памяти, выход которого подключен ко второму входу схемы сравнения, пункт контроля и два коррелятора, каждый из которых состоит из последовательно включенных перемножителя, второй вход которого через регулируемую линию задержки, второй выход которой является выходом коррелятора, соединен с выходом одного из крайних микробарографов, и фильтра нижних частот, при этом система оповещения выполнена в виде последовательно подключенных к выходу схемы сравнения первого ключа, второй вход которого через первый преобразователь аналог-код соединен с выходом первого коррелятора, формирователя модулирующего кода, третий вход которого соединен с выходом схемы сравнения, фазового манипулятора, второй вход которого соединен с выходом задающего генератора, усилителя мощности и передающей антенны, последовательно подключенных к выходу второго коррелятора второго преобразователя аналог-код и второго ключа, второй вход которого соединен с выходом схемы сравнения, а выход подключен ко второму входу формирователя модулирующего кода, пункт контроля выполнен в виде последовательно включенных приемной антенны, усилителя высокой частоты, первого смесителя, второй вход которого соединен с выходом первого гетеродина, и первого усилителя промежуточной частоты, последовательно включенных первого перемножителя, второй вход которого соединен с выходом первого фильтра нижних частот, узкополосного фильтра, второго перемножителя, первого фильтра нижних частот и блока регистрации и анализа, микробарографы разнесены на фиксированное расстояние d, две пары крайних микробарографов разнесены на фиксированное расстояние nd, где n - количество микробарографов, отличающаяся тем, что она снабжена двумя дифференциалами, двумя усилителями, вторым гетеродином, вторым смесителем, вторым усилителем промежуточной частоты, третьим перемножителем, вторым фильтром нижних частот, пороговым блоком и третьим ключом, причем первый вход перемножителя каждого коррелятора через дифференциатор соединен с выходом другого крайнего микробарографа, выход фильтра нижних частот каждого коррелятора через усилитель подключен ко второму входу регулируемой задержки, к выходу усилителя высокой частоты пункта контроля последовательно подключены второй смеситель, второй вход которого соединен с выходом второго гетеродина, второй усилитель промежуточной частоты, третий перемножитель, второй вход которого соединен с выходом первого усилителя промежуточной частоты, второй фильтр нижних частот, пороговый блок и третий ключ, второй вход которого соединен с выходом первого усилителя промежуточной частоты, а выход подключен ко вторым входам первого и второго перемножителей, частоты wг1 и wг2 первого и второго гетеродинов разнесены на удвоенное значение промежуточной частоты
wг2-wг1=2wup
и выбраны симметричными относительно несущей частоты wс основного канала приема
wс-wг1=wг2-wс=wup.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области сейсмологии и инженерной сейсмологии, а именно к способам оценки интенсивности сотрясений с учетом сейсмической обстановки района и свойств грунтов, слагающих площадку строительства.

Изобретение относится к области контроля геодеформационных процессов и может быть использовано при разработке месторождений нефти и газа. .

Изобретение относится к устройствам, предназначенным для измерения гидрохимических и гидрофизических параметров. .

Изобретение относится к области геохимической разведки и может быть использовано для прогноза залежей углеводорода. .

Изобретение относится к сейсмологии, в частности к дистанционному зондированию Земли космическими средствами, и может найти применение при создании национальных систем контроля геофизических полей Земли.

Изобретение относится к области сейсмологии и может быть использовано при прогнозировании землетрясений. .

Изобретение относится к геохимическим методам поисков месторождений, основанных на исследовании распределения атомарных форм ртути в природных водах. .
Изобретение относится к области нефтегазовой геологии и может быть использовано при поиске углеводородов. .

Изобретение относится к области геофизики и может быть использовано для определения ускорения силы тяжести в море на надводных и подводных объектах. .

Изобретение относится к области геофизики и может быть использовано при создании сети сейсмологических наблюдений. .

Изобретение относится к области геофизики и может быть использовано при морской сейсморазведке. .

Изобретение относится к геофизике, а более конкретно к способам обнаружения возможности наступления катастрофических явлений преимущественно на море и может быть использовано при решении следующих фундаментальных задач:изучение строения земной коры в акваториях мирового океана, исследование совокупности проявления геофизических полей в зонах тектонических разломов непосредственно на дне океана, исследование состояния морской среды в придонной зоне и ее взаимодействие с тектоническими процессами, геофизический мониторинг сложных гидротехнических сооружений, оперативная оценка сейсмического и гидродинамического состояния районов и прогноза возможных сейсмических и экологических последствий, а также при заблаговременным оповещении о землетрясениях и цунами.

Изобретение относится к области геофизики и может быть использовано при проведении морских сейсморазведочных работ. .

Изобретение относится к донным устройствам для сейсмических наблюдений в акваториях морей и океанов. .

Изобретение относится к области геофизики и невзрывной сейсморазведочной техники и может быть использовано для поиска полезных ископаемых, в частности на нефть и газ.

Изобретение относится к области сейсмических исследований. .

Изобретение относится к области геофизики и может быть использовано при организации мер безопасности объектов прибрежного базирования, располагаемых в сейсмически активных районах океана.

Изобретение относится к области сейсморазведки и может быть использовано для изучения геологического строения среды с целью обнаружения месторождений нефти, газа и других полезных ископаемых.
Изобретение относится к геофизике и может быть использовано для контроля сейсмических процессов в процессе поиска и разведки нефтяных и газовых подводных месторождений.

Изобретение относится к области сейсмологии, а именно к способам определения предвестника цунами, а более конкретно к способам регистрации преимущественно акустических сигналов, предвестников цунами
Наверх