Способ обнаружения объемных изменений в пределах наблюдаемого ограниченного пространства независимо от места возникновения этих изменений в пределах этого пространства.


 


Владельцы патента RU 2614134:

Ярошевич Александр Петрович (RU)

Способ обнаружения объемных изменений в пределах наблюдаемого ограниченного пространства независимо от места возникновения этих изменений в пределах наблюдаемого ограниченного пространства относится к радиотехнике и может быть использован в устройствах охранной и противопожарной сигнализации. Способ состоит, во-первых, в формировании в наблюдаемом ограниченном разделом сред пространстве изотропного по стационарным или нестационарным изменениям в условиях распространения акустической волны в пределах этого ограниченного разделом сред пространства акустического поля; во-вторых, в измерении амплитудных, частотных и фазовых параметров этого поля в одной или нескольких произвольных точках наблюдаемого пространства. По изменению этих параметров оцениваются количественные показатели в изменениях в условиях распространения акустической волны в наблюдаемом пространстве, по которым оцениваются уже количественные показатели объемных изменений независимо от места их локализации в пределах наблюдаемого пространства. 10 з.п. ф-лы.

 

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано для обнаружения различного рода объемных изменений в наблюдаемом пространстве, а также для обнаружения несанкционированного доступа в помещение, преимущественно при разработке систем охранной и противопожарной сигнализации.

Известны способ и устройство, использующее акустический зондирующий сигнал, описанные в патенте RU 2342708, МПК G08B 13/00, 26.10.2007, способ заключается в излучении акустического сигнала, приеме и совместной обработке излученного и принятого сигналов, в котором о несанкционированном проникновении судят по изменениям параметров их взаимной связи, причем излучение и прием акустических сигналов проводят по разные стороны охраняемого помещения, внутри него и снаружи, формируют взаимно-корреляционную функцию излученного и принятого сигналов, а о несанкционированном проникновении судят по изменению величины максимума взаимно-корреляционной функции. Устройство содержит последовательно соединенные генератор, усилитель, акустический излучатель, а также последовательно соединенные акустический приемник, усилитель, причем акустический излучатель и акустический приемник акустически связаны через преграду в виде дверей, окон, стен и т.п., коррелятор, первый вход которого соединен с выходом генератора, второй вход соединен с выходом усилителя. Выход коррелятора подключен к входу блока формирования сигнала тревоги. Устройство работает следующим образом. Акустический излучатель 3, получая сигнал с генератора через усилитель, непрерывно излучает сигнал в охраняемой зоне. Приемник находится вне охраняемой зоны, но в пределах слышимости излучателя. Сигнал с приемника через усилитель поступает на первый вход коррелятора. На второй вход коррелятора сигнал поступает с генератора сигнала. Таким образом, в каждый момент времени коррелятор формирует взаимно-корреляционную функцию двух сигналов. Сигнал с коррелятора подается на блок формирования сигнала тревоги. В случае сохранения в целости элементов помещения и закрытого состояния окон, дверей максимум взаимно-корреляционной функции будет принимать определенное значение, его изменения будут происходить в допустимых пределах. Соответственно формирователь сигнала тревоги формирует извещение о нормальном состоянии охраняемого объекта. При несанкционированном проникновении в охраняемое помещение вследствие открывания окна, двери, либо разрушения целостности стен, потолков, максимум взаимно-корреляционной функции существенно увеличивается, поскольку увеличивается акустическая связь между акустическим излучателем и акустическим приемником и выходит за пределы допустимого. Соответственно формирователь сигнала тревоги формирует извещение о тревоге.

К существенным недостаткам данного устройства относится, во-первых, то, что описанный выше способ и устройство опирается в своей работе на эффект увеличения акустической связи между акустическим излучателем и акустическим приемником и фиксирует соответственно существенное увеличение максимума взаимно-корреляционной функции. Из этого следует, что устройство использует принцип изменения (в данном случае увеличения) коэффициента связи между помещением, где установлен акустический излучатель, и помещением, где установлен акустический приемник. Таким способом можно фиксировать только открывание двери, окна, разрушение стены и тому подобное непосредственно в перегородке, разделяющей помещение с акустическим излучателем и помещение с акустическим приемником. Нарушения в неприлегающих перегородках, а также изменения один датчик - геркон в двери между помещениями. Во-вторых, существенным недостатком является установка акустического приемника в другом по отношению к охраняемому помещении, в котором могут происходить санкционированные перемещения, открывания дверей, окон и тому подобное. Это легко может привести к значительным изменениям уровня сигнала на акустическом приемнике рассматриваемого устройства, тем самым вызывая ложное срабатывание всего устройства.

В патенте RU 2342707, МПК G08B 13/00, 26.10.2007 описан способ обнаружения несанкционированного проникновения в помещение, основанный на регистрации изменения параметров акустического сигнала, распространяемого внутри охраняемого помещения, при этом в качестве параметра используют уменьшение амплитудно-частотной характеристики на частоте основного резонанса помещения. При этом контроль уменьшения амплитудно-частотной характеристики на частоте основного резонанса помещения, необходимый для реализации предлагаемого способа, может быть выполнен двумя известными способами, которые можно условно назвать «пассивный» и «активный».

«Пассивный». В охраняемом замкнутом объеме от внешнего источника возбуждаются колебания на различных частотах с постоянной интенсивностью внешнего воздействия на этих частотах. Диапазон частот выбран с запасом, гарантирующим попадание в него частоты основного резонанса помещения. Затем акустическим приемником формируется сигнал, пропорциональный амплитуде акустических колебаний внутри данного объема, возникших вследствие внешнего воздействия. Проводится анализ спектра этих колебаний, поиск максимума, соответствующего частоте основного резонанса, и контролируются изменения АЧХ в точке этого максимума. Если происходит уменьшение АЧХ (амплитудно-частотной характеристики) в данной точке ниже некоторого порога, тогда формируется сигнал тревоги. «Активный». В охраняемом замкнутом объеме формируют акустические автоколебания на частоте основного резонанса помещения посредством включения канала «акустический передатчик» - «замкнутый объем помещения» - «акустический приемник» в замкнутую цепь с электронным усилителем. В результате на выходе микрофона на данной частоте устанавливаются автоколебания соответствующей амплитуды. Если происходит уменьшение АЧХ помещения на частоте его основного резонанса, т.е. на частоте автоколебаний, то это автоматически приводит к соответствующему уменьшению амплитуды сигнала на выходе микрофона. Данные изменения амплитуды фиксируют и, если они превышают допускаемый порог, формируют сигнал тревоги. Поскольку автоколебания могут существовать только на резонансной частоте, то уменьшение АЧХ на частоте автоколебаний свидетельствует именно об уменьшении АЧХ на частоте основного резонанса охраняемого замкнутого объема. Реализовывать способ предлагается с помощью компьютерной обработки, присоединив акустический передатчик (динамик) и акустический приемник (микрофон) к соответствующим гнездам звуковой платы персонального компьютера, обработка осуществляется программно.

Такой способ в части распространения акустической волны аналогичен способу, описанному в патенте RU 2105321, МПК G01S 15/00, 19.06.1996, который будет рассмотрен ниже, и отличается от него только методом выбора и формирования зондирующего сигнала, являющимся для способа несущественным. Поэтому способу, описанному в патенте RU 2342707, МПК G08B 13/00, 26.10.2007, присущи все недостатки, описанные в части, относящейся к патенту RU 2105321, МПК G01S 15/00, 19.06.1996. Это объясняется тем, что, как известно из акустики, использование сигнала на частоте основного резонанса охраняемого помещения (или любого другого резонанса охраняемого помещения или не помещения) в качестве зондирующего сигнала ничего не меняет в принципах распространения акустических волн, так как эти принципы не являются параметром какой-либо «резонансности» падающей акустической волны. Аналогично, с точки зрения обработки сигнала в обоих способах фиксируется изменение условий распространения и отражения акустической волны и условий существования стационарной акустической картины, которые не зависят от принадлежности сигнала к резонансным по отношению к охраняемому помещению.

К тому же к известным и описанным выше недостаткам добавляются дополнительные недостатки, обусловленные резонансными свойствами охраняемого помещения. Рассмотрим «активный» способ. Во-первых, как известно из радиотехники, любой резонанс обусловлен добротностью контура в цепи обратной связи. Очевидно, что добротность различных помещений как контуров в реальности сильно различается. Добротность помещения с поглощающими покрытиями и подвесным потолком в сотни раз меньше добротности помещения с бетонными неоштукатуренными стенами или металлического ангара. Из радиотехники известно, что не существует генератора, способного устойчиво работать при таком разбросе добротности; обеспечить же необходимую добротность для генерации не представляется возможным. При низкой добротности (глухое помещение) устройство может не генерировать сигнал вообще или генерировать неустойчиво, а при высокой добротности (звонкое помещение) по причинам, рассматриваемым ниже, в устройстве может выполниться условие возникновения автоколебаний на нескольких частотах одновременно. Кроме того, в процессе эксплуатации помещения добротность и основная частота могут измениться (к примеру, существенная перестановка мебели или появление звукопоглощающей поверхности, например ковер), что может привести к срыву генерации и невозможности выполнения задачи по причинам, не зависящим от нормальных условий эксплуатации помещения. Во-вторых, реальные помещения не являются идеальными кубами или параллелепипедами, поэтому амплитудно-частотная характеристика такого помещения будет линейчатой, где рядом с основным и другими теоретически обоснованными резонансами будут присутствовать дополнительные резонансы, обусловленные наличием в каждом помещении четырех главных диагоналей или различными конструктивными особенностями (выступы, выступающие опоры и тому подобное), что будет приводить к перескоку генерации с одной частоты на другую с изменением амплитуды. Это безусловно приведет к ложным срабатываниям. В-третьих, из акустики известно, что при возбуждении генерации на основном резонансе в резонаторе (в данном случае в охраняемом помещении) присутствует одна стоячая волна на частоте резонанса. Очевидно, что не все поверхности при этом окажутся охваченными такой волной и в конкретных местах их можно повреждать. Например, если взять трубку, то в ней без всякого ущерба для основного резонанса (частоты и амплитуды) можно просверлить отверстия, и от этого появится только возможность возбуждать резонанс на других частотах (классический пример - флейта). В-четвертых, использование охраняемого помещения в петле обратной связи сужает область применения данного способа до одного помещения, делая невозможным охватить несколько акустически связанных помещений одним устройством, так как потери между помещениями слишком велики для возбуждения генерации на основном или ином резонансе, присущем акустически связанным помещениям.

Для «пассивного» способа недостатки также рассмотрены ниже при описании аналогичного способа в патенте RU 2105321, МПК G01S 15/00, 19.06.1996. Недостатки, связанные с использованием резонансных для охраняемого помещения частот, описаны выше в «активном» способе (за исключением пунктов, связанных с собственно возбуждением генерации на резонансной частоте охраняемого помещения). В «пассивном» способе дополнительным существенным недостатком будет девиация амплитуды сигнала во времени, связанная с тем, что геометрические размеры охраняемого помещения, определяющие резонансную длину волны, не зависят от атмосферного давления, а длина волны, распространяющейся в среде, как известно из физики, зависит от плотности этой среды. Плотность воздуха зависит от атмосферного давления, которое может в течение нескольких часов измениться на 5 и более процентов, что приведет к уходу резонансной частоты на те же 5 процентов. Это, как известно из радиотехники, является существенным для резонансных цепей. Процесс ухода резонансной частоты помещения обычно происходит медленно, но он неизбежно приведет к выходу устройства из режима штатной работы, то есть из режима излучения в охраняемое помещение именно резонансной частоты.

В патенте RU 2346237, МПК G01B 13/00, 26.10.2007 описан способ обнаружения несанкционированного проникновения в помещение, основанный на регистрации изменения параметров акустического сигнала, распространяемого внутри охраняемого помещения, при этом в охраняемом помещении акустический сигнал формируют в виде коротких импульсов, длительность которых мала по сравнению с временем затухания акустических и электрических переходных процессов, а период их следования заведомо превышает время затухания указанных переходных процессов.

Недостатком данного способа является использование эффекта Доплера для своей реализации. Как следует из описания способа, а также на приведенном в патенте RU 2346237, МПК G01B 13/00, 26.10.2007 рисунке отклика на открывание двери отчетливо видно 1) изменение периода фиксируемого сигнала при сохранении его амплитуды, 2) нарастание периода, которое составляет 1 мс за период, 3) эффективное время отклика (задержка), которое составляет 60 мс - примерная дальность работы 7-10 метров (время пролета туда и обратно). Такая картина характерна для устройств, использующих в своей работе эффект Доплера. К недостаткам данного способа соответственно следует отнести работу возможного устройства только в зоне прямой видимости в пределах диаграммы направленности, а также низкую защищенность к конвекционным потокам, низкую помехозащищенность.

Наиболее близким по технической сущности является способ, описанный в патенте RU 2105321, МПК G01S 15/00, 19.06.1996, способ обнаружения изменения положения объекта включает в себя зондирование акустическим сигналом ограниченного разделом сред пространства, прием отраженного сигнала, запоминание этого сигнала до изменения положения объекта и сравнение сигналов до изменения положения объекта и после изменения положения объекта, согласно изобретению принимают сигнал, представляющий собой линейную суперпозицию акустических волн, проходящих через точку приема, измеряют его амплитудные и фазовые характеристики, по ним определяют матрицу параметров, соответствующую положению узлов и пучностей стоячей акустической волны, запоминают эту матрицу и при изменении по меньшей мере одного из параметров матрицы судят об изменении положения объекта. Устройство для решения поставленной задачи обнаружения изменения положения объекта содержит формирователь сигнала излучения, излучатель акустического сигнала, приемник акустического сигнала, измеритель, запоминающее устройство, вычислитель рассогласования, блок принятия решений, при этом выход формирователя сигнала излучения связан с входом излучателя акустического сигнала, выход приемника акустического сигнала связан с входом измерителя, выход которого связан с входом запоминающего устройства, выход данных которого связан с первым входом данных вычислителя рассогласования, и выход измерителя связан со вторым входом данных вычислителя рассогласования, выход данных которого связан со входом блока принятия решений, согласно изобретению приемник акустического канала выполнен многоканальным с возможностью приема, по меньшей мере, двух акустических сигналов, измеритель выполнен с возможностью измерения амплитудных и фазовых характеристик сигнала, введены вычислитель матрицы состояния акустического поля и вычислитель опорной матрицы состояния акустического поля, причем выход измерителя связан с входом данных запоминающего устройства через вычислитель опорной матрицы состояния акустического поля и со вторым входом данных вычислителя рассогласования - через вычислитель матрицы состояния акустического поля.

К недостаткам этого способа и устройства относится возникновение в зоне пересечения диаграмм направленности излучателя и приемника акустического сигнала, а также в зоне их прямой видимости или в прямом канале гиперчувствительности устройства к возмущениям акустического поля, вызванным, например, естественной конвекцией, конвекцией вызванной работой нагревательных приборов, систем отопления или других устройств, сквозняком или иными причинами, вызывающими возмущение акустического поля. Эти причины могут быть не связаны с информативными изменениями акустического сигнала, вызванными изменениями в положении объектов или изменением в границах в исследуемом ограниченном разделом сред пространстве. Еще один недостаток - сильное снижение чувствительности к информативной составляющей акустического поля, вызванной возмущением на периферии исследуемого ограниченного разделом сред пространства, так как амплитуда зондирующего сигнала в прямом канале много больше, чем амплитуда зондирующего сигнала, отраженного от периферийных зон исследуемого ограниченного разделом сред пространства. Довольно часто можно наблюдать так называемый эффект обужения зоны чувствительности до размеров практически прямого канала, что существенно меньше размеров ширины диаграмм направленности излучателей и приемников акустического сигнала и может составлять от одной до десяти длин волны зондирующего сигнала соответственно в обратной зависимости от длины волны зондирующего сигнала и обычно много меньше исследуемого ограниченного разделом сред пространства.

Таким образом, для данного способа также характерна зависимость результата от диаграмм направленности излучателя и приемника, что, впрочем, является системным свойством любого устройства, измеряющего именно параметры объекта в пространстве (положение объекта в пространстве, дальность - координаты или скорость, ускорение и так далее - производные любого порядка от координат). Таким образом, для данного способа зависимость результата от измерений в пределах диаграмм направленности излучателя и приемника является системным недостатком.

Предлагаемый в данном изобретении способ обнаружения объемных изменений в пределах наблюдаемого ограниченного пространства независимо от места возникновения этих изменений и способ его осуществления направлены на измерение свойств наблюдаемого пространства независимо от свойств возмущающих факторов и места возникновения возмущения, измерение величины этих возмущений и по величине этих возмущений принятие соответствующего решения.

Способ состоит, во-первых, в формировании из одной или нескольких точек излучения в наблюдаемом ограниченном разделом сред пространстве изотропного по стационарным или нестационарным изменениям в условиях распространения акустической волны в пределах этого ограниченного разделом сред пространства акустического поля; во-вторых, в измерении амплитудных, частотных и фазовых параметров этого поля в одной или нескольких произвольных точках наблюдаемого пространства. По динамике этих параметров оцениваются количественные показатели изменений условий распространения акустической волны в наблюдаемом пространстве, по которым судят уже о количественных показателях объемных изменений независимо от места их локализации в пределах наблюдаемого пространства.

Формирование именно изотропного акустического поля для зондирования наблюдаемого пространства позволяет судить о реальных количественных изменениях в условиях распространения акустической волны в наблюдаемом пространстве, а соответственно и о величине эффективного возмущающего объема. Это означает, что один и тот же возмущающий фактор независимо от места приложения в пределах наблюдаемого пространства будет создавать в точках измерения сравнимые между собой (в смысле, в зависимости от места приложения) изменения измеряемых параметров изотропного акустического поля. Это позволяет построить устройство, которое будет одинаково реагировать на сходные возмущающие факторы, независимо от места их возникновения в пределах наблюдаемого пространства, то есть действительно объемное устройство, что может быть существенно для некоторых акустических систем и действительно важно в охранных системах.

Как известно из акустики, благодаря свойствам распространения акустического сигнала в неоднородных (в том числе ограниченных) пространствах, таким как рефракция, интерференция, отражение от границы раздела сред, происходит формирование именно изотропного акустического поля для зондирования наблюдаемого пространства. Это обеспечивает принципиальное изменение области чувствительности, которая становится тождественно равной всему ограниченному объему, независимо от пространственной сложности и конфигурации этого объема, что позволяет строить действительно объемные устройства, охватывающие несколько акустически связанных помещений без потери функциональности.

К плюсам изобретения следует отнести и тот факт, что под наблюдением оказываются также все границы раздела наблюдаемого пространства, так как они являются неотъемлемой частью наблюдаемого пространства и естественно участвуют в формировании изотропного акустического поля; собственно, на границы раздела наблюдаемого пространства сформировавшееся изотропное акустическое поле и опирается. Иными словами, если будут изменены или повреждены поверхности, на которые опирается изотропное акустическое поле, устройство, построенное с использованием описываемого способа, зафиксирует этот возмущающий фактор, например, для акустически связанных помещений возмущающим фактором также будет открывание дверей, окон, разрушение полов, стен, потолков и иных элементов конструкции помещения.

Все это вместе значительно расширяет область применения и повышает функциональность устройств, построенных в соответствии с описываемым способом.

Задача, решаемая изобретением, - формирование равномерно распределенной по всему наблюдаемому пространству области чувствительности как к стационарным, так и к нестационарным возмущающим факторам; достижение независимости чувствительности от места возникновения возмущающего фактора в пределах наблюдаемого пространства, в том числе и от дальности до излучающей и приемной стороны устройства; снижение зависимости от акустических свойств возмущающего фактора. В целом это приводит к увеличению помехозащищенности, снижению вероятности ошибки, то есть к повышению качества обнаружения возмущающего фактора в пределах наблюдаемого пространства, а также к достижению увеличения функциональности устройств, построенных в соответствии с описываемым способом.

Технический результат для предложенного в заявляемом изобретении способа заключается в увеличении достоверности получаемых о наблюдаемом ограниченном пространстве данных, снижение вероятности ошибки, в результате повышение качества и эффективности способа обнаружения возмущающего фактора в пределах наблюдаемого пространства.

Возможны разные способы формирования изотропного акустического поля и обработки его измеряемых характеристик для решения поставленной задачи. В заявляемом изобретении подробно рассматривается несколько способов. Первый способ - использование для формирования изотропного акустического поля разнесенных в пределах наблюдаемого пространства излучателей акустического сигнала. Второй способ - измерение параметров акустического поля разнесенными в пределах наблюдаемого пространства приемниками акустического сигнала устройства. Третий способ - использование для формирования изотропного акустического поля различных акустических систем, которые формируют необходимые для решения задачи диаграммы направленности излучающей и приемной стороны устройства. Четвертый способ - формирование нестационарно изотропного акустического поля.

Рассмотрим первый и второй способы вместе, так как они используют один и тот же механизм формирования изотропного акустического поля. Как известно из акустики, при формировании или измерении параметров акустического поля в разнесенных в пределах наблюдаемого пространства точках формируется количество прямых акустических каналов между излучающей и приемной стороной, соответствующее количеству использующихся излучающей и принимающей стороной устройства, что приводит к размыванию прямого канала по всему ограниченному наблюдаемому пространству, прямой канал перестает быть ведущим и в результате формируется равномерно распределенное по всему ограниченному наблюдаемому пространству акустическое поле, обеспечивающее равномерность чувствительности к одинаковым возмущающим объемным факторам по всему наблюдаемому пространству.

Рассмотрим третий способ. В качестве акустических систем излучающей и приемной стороны устройства используются акустические системы, формирующие необходимые для решения задачи диаграммы направленности излучающей и приемной стороны устройства, такие как акустические улитки, сферы (полусферы), раструбы, различные акустические экраны, устанавливаемые перед элементами излучающей или элементами приемной стороны устройства, различные отражающие или поглощающие подстилающие поверхности, располагаемые под или в ближней зоне от элементов излучающей или элементов приемной стороны устройства или иные акустические системы, рассеивающие основной лепесток диаграммы направленности, тем самым снижающие уровень зондирующего сигнала в основном лепестке этой акустической системы. Использование таких акустических систем несколько затруднено тем, что у них соответственно повышается уровень зондирующего сигнала в боковых лепестках, что затрудняет отслеживание возникновения прямого канала, однако использование таких акустических систем вполне возможно. Как известно из акустики, существуют акустические системы, которые фокусируют, сужают основной лепесток диаграммы направленности, увеличивая уровень зондирующего сигнала в нем и снижая в боковых лепестках. Использование таких акустических систем более удобно, так как значительно проще отследить направление основного лепестка диаграммы направленности. Рассмотрим формирование изотропного акустического поля на примере простейшей резонансной акустической системы - трубка, длина которой кратна четверти длины падающей или излучаемой акустической волны. Такая резонансная система относится к акустическим системам, сужающим основной лепесток диаграммы направленности, увеличивая уровень сигнала в нем. Как известно из акустики, достаточно обеспечить разнос или ортогональность осей излучающей и принимающей акустических систем, чтобы уровень зондирующего сигнала в прямом канале был соизмерим с остальной частью наблюдаемого ограниченного пространства, что достаточно для формирования изотропного акустического поля, обеспечивающего нормальную работу устройства в соответствии со способом, заявляемым в изобретении. Необходимо заметить, что использование резонансных акустических систем тоже затруднено из-за зависимости резонансной частоты от скорости звука, однако использование возможно, так как, как известно из акустики, акустическая волна - продольная, поэтому свойство направленности такого излучателя практически не изменится.

Наиболее просто первые три способа осуществляются при зондировании ограниченного объема монохроматическим акустическим сигналом, в этом случае аппаратная функция упрощается.

Изотропное акустическое поле в наблюдаемом ограниченном пространстве будет представлять собой равномерно распределенное по всему наблюдаемому пространству стационарное акустическое поле, то есть стоячую волну, а при выполнении условия изотропности - амплитуды пиков такой стоячей волны будут соизмеримы между собой и равномерно распределены по наблюдаемому ограниченному пространству. Можно использовать и более сложный немонохроматический акустический сигнал, для которого один или несколько его параметров есть сложная функция времени или пространства. В этом случае обработка принимаемого сигнала значительно усложняется, но повышается устойчивость к помехам и соответственно увеличивается качество обнаружения изменений во всем ограниченном объеме. В том числе как частный случай немонохроматического сигнала может использоваться импульсный сигнал. Излучающая и приемная сторона устройства могут представлять собой систему из элементарных акустических систем, что позволит проводить векторный анализ состояния изотропного акустического поля.

Рассмотрим четвертый способ, в котором формируется нестационарно изотропное акустическое поле. Данный способ предполагает формирование акустического поля, которое изотропно не в каждый момент своего существования. Наиболее просто этот способ осуществляется излучением в ограниченное наблюдаемое пространство синусоидального акустического сигнала с полной амплитудно-импульсной модуляцией периодическим прямоугольным импульсом. Можно строить устройства с различной скважностью модулирующего сигнала, но для использования преимуществ изотропного акустического поля в данном устройстве необходимо, чтобы интервал времени, когда амплитуда излучаемого сигнала равна нулю, был больше, чем время, необходимое для формирования акустического прямого канала между излучающей и приемной стороной устройства, которое равно минимально времени пролета между излучающей и приемной стороной устройства соответственно. Таким образом, область чувствительности становится равномерно распределенной по всему наблюдаемому пространству, когда влияние прямого канала сведено к минимуму, в этом устройстве такое состояние достигается, когда в прямом канале излучаемый акустический сигнал после окончания импульса тоже уже закончится, это время соответствует времени пролета между излучающей и приемной стороной устройства. Следовательно, измерение характеристик акустического поля и последующая обработка сигнала может происходить не в непрерывном режиме, а в течение времени после окончания очередного импульса за вычетом времени пролета, до начала следующего импульса с добавлением времени пролета, таким образом эффективное время измерения, когда акустическое поле изотропно по объемным возмущающим факторам, равно периоду модулирующего сигнала за вычетом длительности импульса модулирующего сигнала, но со сдвигом на величину времени пролета акустического сигнала от излучающей до приемной стороны устройства.

Следует отметить, что для решения задачи формирования изотропного акустического поля могут использоваться и другие формы модуляции, например частотная или фазовая или другие модулирующие сигналы, например непериодический импульсный сигнал с адаптивно к внешним условиям меняющейся скважностью и амплитудой, или импульсный сигнал с неполной амплитудной модуляцией, или непрямоугольный модулирующий сигнал, но принцип формирования изотропного акустического поля будет тот же, - это подавление влияния прямого канала на измеряемые параметры акустического поля или размывание прямого канала по всему наблюдаемому ограниченному пространству.

Необходимо заметить, что рассмотренные выше способы формирования изотропного акустического поля не противоречат одно другому, поэтому все эти способы могут применяться одновременно в рамках одного устройства, реализующего предлагаемый в изобретении способ или в разных комбинациях в рамках одного устройства. Устройство, реализующее предлагаемый в изобретении способ, содержит формирователь зондирующего сигнала, пространственную систему разнесенных излучателей сигнала, акустические системы, формирующие диаграмму направленности, элементов системы излучателей сигнала, пространственную систему разнесенных приемников сигнала, акустические системы, формирующие диаграмму направленности, элементов системы приема сигнала, вычислитель параметров (в том числе векторных) изотропного акустического поля, блок сравнения вычисленных параметров с опорными параметрами, блок принятия решения о наличии или отсутствии объемных возмущающих факторов, блок принятия решения согласно выполняемой функции.

1. Способ обнаружения стационарных и нестационарных объемных изменений в пределах наблюдаемого ограниченного пространства независимо от места возникновения этих изменений в пределах наблюдаемого ограниченного пространства, заключающийся в том, что зондируется акустическим сигналом ограниченное разделом сред пространство, принимается отраженный сигнал, запоминается этот сигнала до изменения положения объекта и сравниваются сигналы до изменения положения объекта и после изменения положения объекта, отличающийся тем, что формируется в наблюдаемом ограниченном разделом сред пространстве изотропного по стационарным или нестационарным изменениям в условиях распространения акустической волны в пределах этого ограниченного разделом сред пространства акустическое поле, проводится измерение амплитудных, частотных и фазовых параметров этого поля в одной или нескольких произвольных точках наблюдаемого пространства и по изменению этих параметров судят о количественных показателях в изменениях в условиях распространения акустической волны в наблюдаемом пространстве, по которым судят уже о количественных показателях объемных изменений независимо от места их локализации в пределах наблюдаемого пространства, а именно формирование равномерно распределенной по всему наблюдаемому пространству области чувствительности как к стационарным, так и к нестационарным возмущающим факторам, формирование условий независимости чувствительности от места возникновения возмущающего фактора в пределах наблюдаемого пространства в том числе и от дальности до приемной и излучающей стороны, в том числе независимости чувствительности от акустических свойств возмущающего фактора, увеличение помехозащищенности, снижение вероятности ошибки, то есть повышение качества обнаружения возмущающего фактора в пределах наблюдаемого пространства, а также увеличения функциональности устройств, построенных в соответствии с описываемым способом.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что используется для формирования изотропного акустического поля разнесенных в пределах наблюдаемого пространства излучателей акустического сигнала, заключающийся в формировании количества прямых акустических каналов между излучающей стороной и приемной, соответствующего количеству использующихся излучающих модулей устройства, что приводит к размыванию прямого канала по всему ограниченному наблюдаемому пространству, прямой канал перестает быть ведущим и в результате формируется равномерно распределенное по всему ограниченному наблюдаемому пространству акустическое поле, обеспечивающее равномерность чувствительности к одинаковым возмущающим объемным факторам по всему наблюдаемому пространству.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что используется для формирования изотропного акустического поля разнесенных в пределах наблюдаемого пространства приемников акустического сигнала устройства, заключающийся в формировании количества прямых акустических каналов между приемной стороной и излучающей, соответствующего количеству использующихся принимающих модулей устройства, что приводит к размыванию прямого канала по всему ограниченному наблюдаемому пространству, прямой канал перестает быть ведущим и в результате формируется равномерно распределенное по всему ограниченному наблюдаемому пространству акустическое поле, обеспечивающее равномерность чувствительности к одинаковым возмущающим объемным факторам по всему наблюдаемому пространству.

4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что используется для формирования изотропного акустического поля различных акустических систем, которые формируют необходимые для решения задачи диаграммы направленности излучающей и приемной стороной устройства, заключающийся в использовании в качестве акустических систем излучающей и приемной стороны устройства акустических систем, формирующих необходимые для решения задачи диаграммы направленности излучающей и приемной стороны устройства.

5. Способ по п.4, отличающийся тем, что для формирования изотропного акустического поля используются акустические системы, рассеивающие основной лепесток диаграммы направленности, тем самым снижающие уровень сигнала в основном лепестке диаграммы направленности излучающей и приемной стороны устройства.

6. Способ по п.4, отличающийся тем, что для формирования изотропного акустического поля используются акустические системы, фокусирующие основной лепесток диаграммы направленности, тем самым повышающие уровень сигнала в основном лепестке диаграммы направленности с сужением ее ширины, излучающей и приемной стороны устройства.

7. Способ по п.6, отличающийся тем, что для формирования изотропного акустического поля используются резонансные акустические системы, фокусирующие основной лепесток диаграммы направленности, тем самым повышающие уровень сигнала в основном лепестке диаграммы направленности с сужением ее ширины, излучающей и приемной стороны устройства.

8. Способ по п.1, отличающийся тем, что используется формирование нестационарно изотропного акустического поля, заключающийся в формировании акустического поля, которое изотропно не в каждый момент своего существования, а когда влияние прямого канала сведено к минимуму, соответственно тогда область чувствительности становится равномерно распределенной по всему наблюдаемому пространству, поэтому измерение характеристик акустического поля и последующая обработка сигнала может происходить не в непрерывном режиме, а в течение некоторого времени, пока акустическое поле изотропно.

9. Способ по п.8, отличающийся тем, что для формирования нестационарно изотропного акустического поля применяется излучение в ограниченное наблюдаемое пространство синусоидального акустического сигнала с полной амплитудно-импульсной модуляцией периодическим прямоугольным импульсом.

10. Способ по п.8, отличающийся тем, что для формирования нестационарно изотропного акустического поля применяется излучение в ограниченное наблюдаемое пространство синусоидального акустического сигнала амплитудно-модулированного непериодическим импульсным сигналом с адаптивно к внешним условиям меняющейся скважностью и амплитудой.

11. Способ по п.10, отличающийся тем, что для формирования нестационарно изотропного акустического поля применяется излучение в ограниченное наблюдаемое пространство зондирующего акустического сигнала амплитудно-модулированного непериодическим импульсным сигналом с адаптивно к внешним условиям меняющейся частотой или фазой этого зондирующего акустического сигнала.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области гидроакустики. Антенна содержит пьезоэлектрические стержневые преобразователи, установленные в герметичный корпус, общую пластину, изготовленную из эластичного полимерного материала с глухими отверстиями глубиной 0,2-0,3 от наружного диаметра герметичного корпуса пьезоэлектрического стержневого преобразователя.

Одноканальная гидроакустическая антенна с осесимметричной характеристикой направленности относится к гидроакустической технике и может быть использована в качестве приемоизлучающей антенны эхолота.

Имитатор эхосигналов эхолота относится к гидроакустической технике и может быть использован на этапе отладки программно-аппаратных средств при разработке эхолотов, проверки их работоспособности в процессе производства и эксплуатации на носителях.

Способ обработки гидролокационной информации гидролокатора относится к гидроакустическим системам обнаружения и определения местоположения целей и может быть использован в гидролокаторе с диаграммоформирующим устройством статического веера ДН ЛФАР.

Изобретение относится к области гидроакустики и может быть использовано для построения систем автоматической и автоматизированной классификации морских объектов, применительно к гидролокационным станциям ближнего действия.

Изобретения относятся к области акустических измерений и касаются акустооптического кабеля. Кабель включает в себя несколько секций волоконно-оптических акустооптических сенсоров.

Изобретение относится к области дорожного строительства, а именно к системам безопасности мостов. Технический результат - обеспечение защиты моста со стороны акватории и контроль ситуации на мостах большой протяженности.

Изобретение относится к области подводной навигации, а более точно к определению местоположения подводного объекта посредством гидроакустической навигационной системы.

Изобретение относится к гидроакустике, в частности к пассивно-активным акустическим устройствам для обнаружения утечек газа из газопроводов и технических систем добычи углеводородов, для локализации и исследований природных источников газов под водой, а также для количественной оценки объемов выходящих в области дна газов.

Использование: настоящее изобретение относится к области гидролокации и предназначено для использования в станциях освещения ближней обстановки при измерении параметров обнаруженного объекта.

Изобретение относится к области гидрографии, в частности к способам и техническим средствам определения поправок к глубинам, измеренным однолучевым эхолотом при съемке рельефа дна акватории. Технический результат: упрощение процесса определения данных поправок по сравнению с аналогом за счет того, что для их определения используются только лишь измеренные гидроакустическим путем глубины погружения заборной части заявленного устройства в процессе ее погружения до заданного горизонта и подъема до поверхности воды, а также используются новые формульные зависимости. Кроме того, в заявленном способе и устройстве по сравнению с прототипом обеспечивается расширение их функциональных возможностей путем определения геодезических координат мест измерения глубин погружения приемоизлучающей гидроакустической антенной с требуемой точностью в процессе определения данных поправок, а следовательно, обеспечивается создание на акватории съемки рельефа дна опорных гидрографических пунктов для калибровки эхолотов на акватории съемки с целью обеспечения единства измерений. Заявленное устройство снабжено приемником спутниковой радионавигационной системы типа GPS, антенна которого закреплена на верхнем конце базы, морской интегрированной малогабаритной навигационной системой типа «КАМА», закрепленной в кардановом подвесе, вычислительным блоком определения искомых геодезических координат мест измерения глубин погружения заборной части заявленного устройства. 2 н.п. ф-лы, 2 ил.
Наверх