[go: up one dir, main page]

RU193838U1 - HYDROACOUSTIC DEVICE FOR MEASURING DISPLACEMENT OF A POWER AREA REGARDING THE BOTTOM - Google Patents

HYDROACOUSTIC DEVICE FOR MEASURING DISPLACEMENT OF A POWER AREA REGARDING THE BOTTOM Download PDF

Info

Publication number
RU193838U1
RU193838U1 RU2019126053U RU2019126053U RU193838U1 RU 193838 U1 RU193838 U1 RU 193838U1 RU 2019126053 U RU2019126053 U RU 2019126053U RU 2019126053 U RU2019126053 U RU 2019126053U RU 193838 U1 RU193838 U1 RU 193838U1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
hydrophones
integrated circuit
receiving
analog
displacement
Prior art date
Application number
RU2019126053U
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Юрий Владимирович Барсуков
Константин Петрович Львов
Original Assignee
Акционерное Общество "Концерн "Океанприбор"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Акционерное Общество "Концерн "Океанприбор" filed Critical Акционерное Общество "Концерн "Океанприбор"
Priority to RU2019126053U priority Critical patent/RU193838U1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU193838U1 publication Critical patent/RU193838U1/en

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01SRADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S15/00Systems using the reflection or reradiation of acoustic waves, e.g. sonar systems
    • G01S15/02Systems using the reflection or reradiation of acoustic waves, e.g. sonar systems using reflection of acoustic waves
    • G01S15/50Systems of measurement, based on relative movement of the target
    • G01S15/58Velocity or trajectory determination systems; Sense-of-movement determination systems

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Acoustics & Sound (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Measurement Of Velocity Or Position Using Acoustic Or Ultrasonic Waves (AREA)

Abstract

Полезная модель относится к области гидроакустической техники, в частности к гидроакустическим навигационным устройствам, и может быть использовано для удержания плавсредства в точке и позиционирования при выполнения миссий различными подводными аппаратами, подводными лодками, при работе с дрейфующих льдов и т.п. Задачей полезной модели является точное измерение смещения плавсредства посредством антенной решетки приемных гидрофонов при максимальном использовании отечественных интегральных схем операционных усилителей, аналого-цифровых преобразователей, программируемых логических интегральных схем и схем цифровой обработки сигналов.Для решения поставленной задачи в гидроакустическом устройстве измерения смещения плавсредства относительно дна используется приемная плоская квадратная эквидистантная антенная решетка гидрофонов и отечественные интегральные схемы. 3 ил.The utility model relates to the field of hydroacoustic technology, in particular to hydroacoustic navigation devices, and can be used to hold the craft at a point and position during missions by various submarines, submarines, when working with drifting ice, etc. The objective of the utility model is to accurately measure the displacement of the watercraft using the antenna array of the receiving hydrophones with the maximum use of domestic integrated circuits of operational amplifiers, analog-to-digital converters, programmable logic integrated circuits, and digital signal processing circuits. receiving flat square equidistant antenna array of hydrophones and domestic Tween integrated circuits. 3 ill.

Description

Полезная модель относится к области гидроакустической техники, в частности к гидроакустическим навигационным устройствам, и может быть использовано для удержания плавсредства в точке и позиционирования при выполнения миссий различными подводными аппаратами, подводными лодками, при работе с дрейфующих льдов и т.п.The utility model relates to the field of hydroacoustic technology, in particular to hydroacoustic navigation devices, and can be used to hold the craft at a point and position during missions by various submarines, submarines, when working with drifting ice, etc.

Известно построение подобных гидроакустических устройств с донными маяками-ответчиками (ДМО) для удержания плавсредства в точке и позиционирования. Устройства состоят из частей - несколько ДМО, установленных на дне судном-постановщиком и запросно-приемная часть, размещаемая на плавсредстве. Связь между частями посредством гидроакустического канала связи. Основные технические характеристики приведены, например, в [1, 6].It is known to build such sonar devices with bottom beacons transponders (DMO) to keep the craft at a point and positioning. The devices consist of parts - several DMOs installed at the bottom of the vessel by the director and the interrogation and reception part placed on the ship. Communication between parts by means of a hydroacoustic communication channel. The main technical characteristics are given, for example, in [1, 6].

Основным недостатком указанных устройств является необходимость постановки на дно ДМО.The main disadvantage of these devices is the need to put on the bottom of the DMO.

От указанного недостатка свободны устройства с приемными плоскими квадратными эквидистантными антенными решетками (АР) гидрофонов при использовании излучателя штатного судового эхолота, обеспечивающего нормальное падение звука на дно. Подобное построение имели устройства «Пласт», «Пласт-2», «Клен», «Гранат» и эксплуатировавшиеся на научно-исследовательских судах. Устройства предназначены для измерения в горизонтальной плоскости различных корреляционных характеристик эхосигналов от дна и изменчивости амплитуды эхосигналов от дна на апертуре АР, получение генерального рельефа дна и других океанологических измерений, а также поиска и разведки железомарганцевых конкреций («Гранат»). Основные характеристики устройств - 64…256 гидрофонов АР, относительно низкие рабочие частоты 1…30 кГц [2].Devices with receiving flat square equidistant antenna arrays (AR) of hydrophones when using the emitter of a standard marine echo sounder, ensuring a normal sound fall to the bottom, are free from this drawback. The devices “Plast”, “Plast-2”, “Maple”, “Pomegranate” and operated on research vessels had a similar construction. The devices are intended for measuring in the horizontal plane various correlation characteristics of echo signals from the bottom and the variability of the amplitude of echo signals from the bottom at the aperture of the AR, obtaining the general relief of the bottom and other oceanological measurements, as well as the search and exploration of ferromanganese nodules ("Garnet"). The main characteristics of the devices are 64 ... 256 AP hydrophones, relatively low operating frequencies of 1 ... 30 kHz [2].

Недостатком указанных устройств являются громоздкость составных частей (размеры АР «Пласт-2» 3×3 м, «Гранат» 4.2×4.2 м), наличие лебедки для погружения АР, обработка эхосигналов от дна на судовой ЭВМ не в реальном масштабе времени, а также энергоемкость и большая стоимость, что связано с ориентацией на океанские глубины до 6000 м, крупнотоннажные суда, т.е. экспериментальный, научно-исследовательский характер устройств.The disadvantage of these devices is the bulkiness of the components (the dimensions of the Plast-2 3 × 3 m, the Grenade 4.2 × 4.2 m), the presence of a winch for immersing the AR, the processing of echo signals from the bottom on a ship computer not in real time, and energy intensity and high cost, which is associated with orientation to ocean depths of up to 6000 m, large vessels, i.e. experimental, research nature of devices.

К подобным устройствам с корреляционной обработкой эхосигналов от дна на апертуре АР относятся компактные гидроакустические корреляционные измерители скорости (лаги) плавсредства. Корреляционный лаг фирмы RD Instruments использует для излучения 7 гидрофонов и приема эхосигналов от дна плоскую АР из 8 гидрофонов с неэквидистантным расположением. Рабочая частота 22 кГц. Конструктивно гидрофоны и электронные компоненты размещены в цилиндрическом корпусе диаметром 46 см [3].Such devices with correlation processing of echo signals from the bottom at the aperture of the AR include compact hydroacoustic correlation speed meters (logs) of a watercraft. The RD Instruments correlation lag uses a flat AR of 8 hydrophones with a non-equidistant arrangement for emitting 7 hydrophones and receiving echo signals from the bottom. Operating frequency 22 kHz. Structurally, hydrophones and electronic components are placed in a cylindrical body with a diameter of 46 cm [3].

Наиболее близким аналогом к предлагаемой полезной модели является компактное устройство корреляционного лага COVELIA фирм Н Scientific Ltd и Chelsea Technologies, которое предназначено для размещения на подводных аппаратах и подводных лодках. Рабочая частота 60 кГц, заполнение импульсов излучения фазоманипулированным кодом. Скорость измеряется одномерной корреляционной обработкой эхосигналов от дна на апертуре АР. АР плоская размером 330×220×70 мм имеет излучающие и с неэквидистантным расположением приемные гидрофоны. В устройстве используются операционные усилители (ОУ), аналого-цифровые преобразователи (АЦП), программируемая логическая интегральная схема (ПЛИС) и интегральная схема (ИС) цифровой обработки сигналов (ЦОС). Электроника выполнена на 4-х печатных платах, размещенных в цилиндрическом корпусе диаметром 100 мм, длиной 230 мм, электропитание - аккумуляторная батарея на 24 в емкостью 3.0 Ah. Корреляционная обработка эхосигналов от дна и выдача потребителю значений скорости в реальном масштабе времени [4, 5].The closest analogue to the proposed utility model is the compact device of the correlation lag COVELIA firms Scientific Scientific and Chelsea Technologies, which is designed for placement on submarines and submarines. Operating frequency 60 kHz, filling pulses of radiation with a phase-shifted code. The speed is measured by the one-dimensional correlation processing of the echo signals from the bottom at the AR aperture. A flat AP with a size of 330 × 220 × 70 mm has receiving hydrophones emitting and with an unequal arrangement. The device uses operational amplifiers (op amps), analog-to-digital converters (ADCs), programmable logic integrated circuit (FPGA) and integrated circuit (IC) digital signal processing (DSP). Electronics is made on 4 printed circuit boards placed in a cylindrical case with a diameter of 100 mm, 230 mm long, power supply - a 24-volt battery with a capacity of 3.0 Ah. Correlation processing of echo signals from the bottom and delivery to the consumer of speed values in real time [4, 5].

Недостатком прототипа является неэквидистантное расположение приемных гидрофонов АР, т.е. пространственная двумерная (в двух взаимно перпендикулярных направлениях) взаимная корреляция двух «срезов» акустического поля на апертуре приемных гидрофонов АР имеет неравномерную дискретность по пространству, что приводит к снижению точности измерения положения максимума взаимной корреляции и в итоге к снижению точности измерения смещения плавсредства.The disadvantage of the prototype is the non-equidistant arrangement of the receiving hydrophones AR, i.e. spatial two-dimensional (in two mutually perpendicular directions) cross-correlation of two “slices” of the acoustic field at the aperture of the receiving hydrophones of the AR has uneven spatial discreteness, which leads to a decrease in the accuracy of measuring the position of the maximum cross-correlation and, as a result, to a decrease in the accuracy of measuring the displacement of the vehicle.

Задачей полезной модели является более точное измерение смещения плавсредства посредством приемной плоской квадратной эквидистантной АР гидрофонов.The objective of the utility model is to more accurately measure the displacement of the craft by means of a receiving flat square equidistant AR of hydrophones.

Для решения поставленной задачи в гидроакустическое устройство измерения смещения плавсредства относительно дна состоящее из последовательно соединенных излучающего гидрофона, усилителя мощности, задающего генератора, а также программируемую логическую интегральную схему, соединенную с усилителем мощности, задающим генератором, а также последовательно соединенных приемные гидрофоны, операционные усилители, аналого-цифровые преобразователи, а операционные усилители, аналого-цифровые преобразователи соединены с программируемой логической интегральной схемой, последняя соединена с интегральной схемой цифровой обработки сигналов, последняя соединена с потребителем измеренного смещения плавсредства, введен новый признак, а именно: приемные гидрофоны расположены как плоская квадратная эквидистантная АР.To solve the problem in a hydroacoustic device for measuring the displacement of the boat relative to the bottom, consisting of a series-connected emitting hydrophone, a power amplifier, a master oscillator, as well as a programmable logic integrated circuit connected to a power amplifier, a master oscillator, and also series-connected receiving hydrophones, operational amplifiers, analog-to-digital converters, and operational amplifiers, analog-to-digital converters are connected to a programmable logic integrated circuit, the latter is connected to the digital signal processing integrated circuit, the latter is connected to the consumer of the measured displacement of the watercraft, a new feature has been introduced, namely: receiving hydrophones are arranged as a flat square equidistant AR.

Технический результат заключается в увеличении точности измерения смещения плавсредства относительно дна, что обеспечивается приемной плоской квадратной эквидистантной АР гидрофонов.The technical result consists in increasing the accuracy of measuring the displacement of the craft relative to the bottom, which is provided by the receiving flat square equidistant AR hydrophones.

Технический результат достигается за счет равномерной дискретности пространственной двумерной взаимной корреляции двух «срезов» акустического поля.The technical result is achieved due to the uniform discreteness of the spatial two-dimensional cross-correlation of two "slices" of the acoustic field.

Сущность полезной модели поясняется фиг. 1-3, где на фиг. 1 приведена укрупненная схема заявленного устройства (пунктиром обведены отдельные части заявленного устройства), на фиг. 2 представлено объемное и на фиг. 3 в виде изолиний изображение модуля коэффициента равномерной дискретной пространственной двумерной взаимной корреляции двух «срезов» акустического поля.The essence of the utility model is illustrated in FIG. 1-3, where in FIG. 1 shows an enlarged diagram of the claimed device (dashed circles around the individual parts of the claimed device), FIG. 2 shows volumetric and in FIG. 3 in the form of isolines, the image of the coefficient module of the uniform discrete spatial two-dimensional cross-correlation of two “slices” of the acoustic field.

Заявленное устройство (фиг. 1) содержит последовательно соединенные излучающий гидрофон 1, усилитель мощности 2, задающий генератор 3, а также программируемую логическую интегральную схему 7, соединенную с усилителем мощности 2, задающим генератором 3, а также последовательно соединенные приемная плоская квадратная эквидистантная АР гидрофонов 4, операционные усилители 5, аналого-цифровые преобразователи 6, а операционные усилители 5, аналого-цифровые преобразователи 6 соединены с программируемой логической интегральной схемой 7, которая соединена с интегральной схемой цифровой обработки сигналов 8, последняя соединена с потребителем измеренного смещения плавсредства. Излучающий гидрофон 1 и приемная плоская квадратная эквидистантная АР гидрофонов 4 - конструктивно отдельная часть устройства, а все остальные перечисленные элементы другая конструктивно отдельная часть устройства, части устройства соединены между собой многожильным кабелем.The claimed device (Fig. 1) contains a serially connected radiating hydrophone 1, a power amplifier 2, a master oscillator 3, and also a programmable logic integrated circuit 7 connected to a power amplifier 2, a master oscillator 3, as well as a series-connected receiving plane square equidistant AR hydrophones 4, operational amplifiers 5, analog-to-digital converters 6, and operational amplifiers 5, analog-to-digital converters 6 are connected to a programmable logic integrated circuit 7, which is integrated with an integrated circuit for digital signal processing 8, the latter is connected to the consumer of the measured displacement of the craft. The radiating hydrophone 1 and the receiving flat square equidistant AR of hydrophones 4 are a structurally separate part of the device, and all other listed elements are another structurally separate part of the device, parts of the device are interconnected by a multicore cable.

Возможная реализация устройства, размещенного, как пример, на плавсредстве для работы на глубинах до 500 м (районы шельфа) и имеющее 8×8=64 гидрофонов приемной плоской квадратной эквидистантной АР, следующая.A possible implementation of a device placed, as an example, on a watercraft for operation at depths of up to 500 m (shelf areas) and having 8 × 8 = 64 hydrophones of a receiving flat square equidistant AR, is as follows.

Тогда рабочая частота 50 кГц соответствует принятому выбору для судовых эхолотов с максимальной измеряемой глубиной 500 м [6]. Излучающий гидрофон 1 и 64 гидрофона приемной плоской квадратной эквидистантной АР 4 могут быть заимствованы от устройства эхолота НЭЛ-1000-3 (Санкт-Петербург, НТП «Нави-Далс»). Гидрофоны НЭЛ-1000-3 имеют следующие параметры:Then, the operating frequency of 50 kHz corresponds to the accepted choice for marine echo sounders with a maximum measured depth of 500 m [6]. The radiating hydrophone 1 and 64 of the hydrophone of the receiving flat square equidistant AR 4 can be borrowed from the device NEL-1000-3 sounder (St. Petersburg, NTP "Navi-Dals"). NEL-1000-3 hydrophones have the following parameters:

- частота F=(50±1.5) кГц;- frequency F = (50 ± 1.5) kHz;

- полоса пропускания ΔF=7.5 кГц;- bandwidth ΔF = 7.5 kHz;

- активное сопротивление Rw=(118±5)ом;- active resistance Rw = (118 ± 5) ohms;

- чувствительность в режиме излучения Sизл=(160±30)Па⋅м/В;- sensitivity in the radiation mode Ssl = (160 ± 30) Pa⋅m / V;

- ширина характеристики направленности θхн=(30±5)°;- the width of the directivity characteristic θ хн = (30 ± 5) °;

- чувствительность в режиме приема Sпр=(550±50)Мкв/Па;- sensitivity in reception mode Spr = (550 ± 50) Mkv / Pa;

- емкость 30 нФ;- capacitance 30 nF;

- диаметр 80 мм.- diameter 80 mm.

Размер приемной плоской квадратной эквидистантной АР 4 не более 750×750×100 мм при расстоянии между соседними гидрофонами 90 мм, что обеспечивает измерение смещения менее ≈90 мм.The size of the receiving flat square equidistant AR 4 is not more than 750 × 750 × 100 mm with a distance between adjacent hydrophones of 90 mm, which provides a measurement of displacement of less than ≈90 mm.

Усилитель мощности 2 может быть выполнен как ключевой резонансный мостовой усилитель на четырех биполярных транзисторах с изолированным затвором, например, КП829Г (Ульяновск, АО «ОКБ «Искра»), и согласующей схемой с излучающим гидрофоном 1 на выходе. Мощность излучения задается напряжением питания.Power amplifier 2 can be made as a key resonant bridge amplifier on four bipolar transistors with an isolated gate, for example, KP829G (Ulyanovsk, Iskra Design Bureau), and a matching circuit with a radiating hydrophone 1 at the output. The radiation power is set by the supply voltage.

Задающий генератор 3 должен тогда выдавать пилообразные напряжения, сдвинутые по фазе на 180°. Реализация - интегральные схемы контроллера широтно-импульсной модуляции, например, 1156ЕУ2А (Брянск, ЗАО «Группа кремний ЭЛ»), и две управляющие интегральные схемы (драйверы), например, 1308ЕУ (Брянск, ЗАО «Группа кремний ЭЛ»).The master oscillator 3 should then produce a sawtooth voltage phase-shifted 180 °. Implementation - integrated circuits of a pulse-width modulation controller, for example, 1156ЕУ2А (Bryansk, CJSC Silicon EL Group), and two control integrated circuits (drivers), for example, 1308EU (Bryansk, CJSC Silicon EL Group).

Операционные усилители 5 в количестве 64 и 64 аналого-цифровых преобразователя 6 могут быть выполнены на программируемых интегральных схемах серии 5400 (Москва, Зеленоград, АО «Дизайн центр «Союз»). Например, интегральная схема 5400ТР064 может быть запрограммирована на 86 различных операционных усилителей, на 6 12-ти разрядных синхронных аналого-цифровых преобразователей с максимальной частотой дискретизации 500 кГц. Интегральная схема 5400ТР045 использует те же функциональные блоки, однако их количество уменьшено. Как следствие, микросхема имеет более компактный корпус.Operational amplifiers 5 in the amount of 64 and 64 analog-to-digital converters 6 can be performed on programmable integrated circuits of the 5400 series (Moscow, Zelenograd, Soyuz Design Center JSC). For example, the 5400TP064 integrated circuit can be programmed with 86 different operational amplifiers, with 6 12-bit synchronous analog-to-digital converters with a maximum sampling frequency of 500 kHz. The 5400TP045 integrated circuit uses the same function blocks, but their number is reduced. As a result, the chip has a more compact body.

Программируемая логическая интегральная схема 7 может быть из серии 5578ТС (Воронеж, АО «Воронежский завод полупроводниковых приборов-сборка»).Programmable logic integrated circuit 7 can be from a series 5578TC (Voronezh, JSC “Voronezh semiconductor devices-assembly plant”).

В качестве интегральной схемы цифровой обработки сигналов 8 можно использовать 1892 ВМ3Т (Москва, Зеленоград, АО НПЦ «ЭЛВИС») с производительностью 240 MFlops, ядро центрального процессора является ведущим в двухпроцессорной конфигурации.As an integrated circuit for digital signal processing 8, you can use 1892 VM3T (Moscow, Zelenograd, JSC SPC ELVIS) with a capacity of 240 MFlops, the core of the central processor is the leading in a dual-processor configuration.

Излучающий гидрофон 1 и приемная плоская квадратная эквидистантная АР гидрофонов 4 конструктивно отдельная часть, все остальные перечисленные элементы как другая конструктивно отдельная часть устройства на нескольких (5…6) плат формата 6U Евромеханика размером 233×160×40 мм, например, в виде одноэтажного приборного шкафа навесного типа небольшого размера и веса.The radiating hydrophone 1 and the receiving flat square equidistant AR of hydrophones 4 are structurally separate part, all the other listed elements are like another structurally separate part of the device on several (5 ... 6) 6U boards Euromechanics 233 × 160 × 40 mm in size, for example, in the form of a one-story instrument hinged cabinet of small size and weight.

Использование интегральных схем 1156ЕУ2А, 1308ЕУ, 1892 ВМ3Т и из серий 5400, 5578ТС вписывается в концепцию создания систем обработки сигналов в гидроакустике на базе отечественной микроэлектроники.The use of integrated circuits 1156ЕУ2А, 1308ЕУ, 1892 ВМ3Т and from the 5400, 5578TC series fits into the concept of creating signal processing systems in sonar based on domestic microelectronics.

Заявленное устройство работает следующим образом.The claimed device operates as follows.

Интегральная схема цифровой обработки сигналов 8 получает от потребителя измеренного смещения плавсредства, например, навигационного комплекса, системы динамического позиционирования или информационно-управляющей системы, значение глубины и производит расчет временной диаграммы излучения и приема, коэффициента усиления, уровня излучаемой мощности. На малых и средних глубинах излучается пара импульсов. На малой глубине после приема эхосигнала излучается следующий импульс. На средних глубинах прием эхосигналов производится после окончания излучения пары импульсов. На больших глубинах излучается один импульс и прием эхосигнала после окончания излучения. Выработанные временная диаграмма излучения и приема, коэффициент усиления, уровень излучаемой мощности транслируется в программируемую логическую интегральную схему 7 и далее задающему генератору 3, усилителю мощности 2, операционным усилителям 5, аналого-цифровым преобразователям 6. Согласно временной диаграмме начинается излучение и прием. Усиленные операционными усилителями 5 и оцифрованные значения (дискретные отсчеты) аналого-цифровыми преобразователями 6 при частоте дискретизации 50*4=200 кГц принятых эхосигналов от 64 каналов приемной плоской квадратной эквидистантной АР, поступают на обработку в программируемую логическую интегральную схему 7. Получение низкочастотных квадратурных составляющих (математически сопряженных по Гильберту, типовая процедура цифровой обработки полосовых эхосигналов от дна) начинается путем умножения дискретных отсчетов принятых эхосигналов на дискретные отсчеты функций sin(2*3.14159*50000*0.005*0.001*k) и cos(2*3.14159*50000*0.005*0.001*k), k=0, 1, 2, 3 - номера отсчетов с учетом периодичности функций. Далее производится цифровая фильтрация с помощью фильтров нижних частот с полосой 0 - 1000 Гц, реализуемых фильтрами с конечной импульсной характеристикой. Выходные отсчеты фильтров нижних частот подвергаются прореживанию с коэффициентом 40, т.е. отсчеты низкочастотных квадратурных составляющих имеют темп 0.2 мс, и транслируются в интегральную схему цифровой обработки сигналов 8.The integrated circuit for digital signal processing 8 receives from the consumer the measured displacement of the watercraft, for example, a navigation complex, a dynamic positioning system or an information-control system, the depth value and calculates the timing diagram of radiation and reception, gain, level of radiated power. At shallow and medium depths, a pair of pulses are emitted. At shallow depth, the next pulse is emitted after receiving the echo signal. At medium depths, echo signals are received after the end of emission of a pair of pulses. At great depths, one pulse is emitted and the reception of the echo signal after the end of the radiation. The generated time diagram of radiation and reception, gain, emitted power level is translated into a programmable logic integrated circuit 7 and then to a master oscillator 3, power amplifier 2, operational amplifiers 5, analog-to-digital converters 6. According to the time diagram, radiation and reception begin. Amplified by operational amplifiers 5 and digitized values (discrete samples) by analog-to-digital converters 6 at a sampling frequency of 50 * 4 = 200 kHz of received echo signals from 64 channels of a receiving flat square equidistant AR, they are processed by a programmable logic integrated circuit 7. Obtaining low-frequency quadrature components (mathematically conjugated according to Hilbert, a typical procedure for digital processing of strip echoes from the bottom) begins by multiplying the discrete samples of the received echo ov for discrete samples of the functions sin (2 * 3.14159 * 50,000 * 0.005 * 0.001 * k) and cos (2 * 3.14159 * 50,000 * 0.005 * 0.001 * k), k = 0, 1, 2, 3 - numbers of samples taking into account the periodicity functions. Next, digital filtering is performed using low-pass filters with a band of 0 - 1000 Hz, implemented by filters with a finite impulse response. The output samples of the low-pass filters are decimated with a coefficient of 40, i.e. the samples of the low-frequency quadrature components have a tempo of 0.2 ms, and are translated into an integrated circuit for digital signal processing 8.

Определение коэффициента дискретной двумерной пространственной взаимной корреляции для двух «срезов» акустического поля в соседние моменты времени (КВК) производится интегральной схемой цифровой обработки сигналов 8 для приемной плоской квадратной эквидистантной АР гидрофонов согласно математическому выражению [2]The determination of the coefficient of discrete two-dimensional spatial cross-correlation for two "slices" of the acoustic field at adjacent time instants (CEC) is carried out by an integrated circuit for digital signal processing 8 for a receiving flat square equidistant AR of hydrophones according to the mathematical expression [2]

Figure 00000001
Figure 00000001

где aij и

Figure 00000002
- квадратные матрицы модулей низкочастотных квадратурных составляющих отсчетов поля для двух моментов времени, полученные от программируемой логической интегральной схемы 7, N=64 - число гидрофонов приемной плоской квадратной эквидистантной АР, m, n - сдвиг одной реализации относительно другой по осям х и у, выраженный в единицах расстояния между соседними гидрофонами 90 мм,where a ij and
Figure 00000002
- the square matrix of modules of the low-frequency quadrature components of the field samples for two time instants obtained from the programmable logic integrated circuit 7, N = 64 - the number of hydrophones of the receiving flat square equidistant AR, m, n - the shift of one implementation relative to the other along the x and y axes, expressed in units of distance between adjacent hydrophones 90 mm,

Figure 00000003
Figure 00000003

Figure 00000004
Figure 00000004

Figure 00000005
Figure 00000005

Figure 00000006
Figure 00000006

Посткорреляционная обработка (определение положения максимума модуля КВК, величин смещения и трансляция потребителю) производится интегральной схемой цифровой обработки сигналов 8. Положение максимума mm и nm модуля КВК определяется методами экстремальной корреляции, использующие алгоритмы интерполяции, например, [7]. По найденным значениям mm, nm и расстояния между соседними гидрофонами 90 мм, определяются величины смещения плавсредства Δх/2 и Δу/2, которые транслируются потребителю измеренного смещения плавсредства.Post-correlation processing (determining the maximum position of the KVK module, bias values, and translation to the consumer) is performed by the digital signal processing integrated circuit 8. The position of the maximum m m and n m of the KVK module is determined by extreme correlation methods using interpolation algorithms, for example, [7]. From the found values of m m , n m and the distance between adjacent hydrophones 90 mm, the values of the displacement of the watercraft Δх / 2 and Δу / 2 are determined, which are transmitted to the consumer of the measured displacement of the watercraft.

Для пояснения полезной модели на фиг. 2 и 3 представлены результаты полунатурного моделирования обработки согласно (1) - (5) на офисном компьютере в среде МАТЛАБа. Фиг. 2 - объемное изображение и фиг. 3 - изолинии модуля КВК r(m,n) двух «срезов» акустического поля, принятых синхронно каждый в два момента времени 8×8 приемной плоской квадратной эквидистантной АР гидрофонов. Из рассмотрения фиг. 3 видно, что смещение максимума модуля КВК по оси абсцисс Δх≈0 и по оси ординат Δу≈-20 см, но смещение плавсредства Δу/2≈-10 см.To illustrate the utility model of FIG. Figures 2 and 3 show the results of semi-natural modeling of processing according to (1) - (5) on an office computer in the MATLAB environment. FIG. 2 is a three-dimensional image and FIG. 3 - isolines of the KVK module r (m, n) of two “slices” of the acoustic field, taken synchronously at each time point at 8 × 8 of the receiving flat square equidistant AR of hydrophones. From consideration of FIG. Figure 3 shows that the shift in the maximum of the KVK module along the abscissa is Δх≈0 and along the ordinate is Δу≈-20 cm, but the shift of the craft is Δу / 2≈-10 cm.

Технический результат достигается за счет равномерной дискретности пространственной двумерной взаимной корреляции двух «срезов» акустического поля, что обеспечивается приемной плоской квадратной эквидистантной АР гидрофонов.The technical result is achieved due to the uniform discreteness of the spatial two-dimensional cross-correlation of two “slices” of the acoustic field, which is ensured by the receiving flat square equidistant AR of hydrophones.

Источники информацииInformation sources

1. Корякин Ю.А., Смирнов С.А., Яковлев Г.В. Корабельная гидроакустическая техника. Санкт-Петербург: Наука, 2004.1. Koryakin Yu.A., Smirnov S.A., Yakovlev G.V. Ship sonar equipment. St. Petersburg: Science, 2004.

2. Воловов В.И. Отражение звука от дна океана. М.: Наука, 1993.2. Volovov V.I. Reflection of sound from the bottom of the ocean. M .: Nauka, 1993.

3. G. Griffiths, S.Е. Bradley, "A correlation speed log for deep water", Sea Technology, 39(3), pp. 29-35,1998.3. G. Griffiths, S.E. Bradley, "A correlation speed log for deep water", Sea Technology, 39 (3), pp. 29-35.1998.

4. Phillips В., Robinson H., Hill M., "On the development of a correlation sonar velocity log", International Unmanned Undersea Vehicles Symposium, Naval Undersea Warfare Center, Newport, U.S.A., April 24 - 27,2000.4. Phillips B., Robinson H., Hill M., "On the development of a correlation sonar velocity log", International Unmanned Undersea Vehicles Symposium, Naval Undersea Warfare Center, Newport, U.S.A., April 24 - 27,2000.

5. Boltryk P., Hill M., Keary A., Phillips В., Robinson H., White P., "An ultrasonic transducer array for velocity measurement in underwater vehicles", Ultrasonics, 42, 2004,473-478.5. Boltryk P., Hill M., Keary A., Phillips B., Robinson H., White P., "An ultrasonic transducer array for velocity measurement in underwater vehicles", Ultrasonics, 42, 2004,473-478.

6. Богородский A.B., Яковлев Г.В., Корепин E.A., Должиков А.К. Гидроакустическая техника исследования и освоения океана. Л.: Гидрометеоиздат, 1984.6. Bogorodsky A.B., Yakovlev G.V., Korepin E.A., Dolzhikov A.K. Hydroacoustic technology for research and development of the ocean. L .: Gidrometeoizdat, 1984.

7. Баклицкий В.К., Юрьев А.Н. Корреляционно-экстремальные методы навигации. М.: Радио и связь, 1982.7. Baklitsky V.K., Yuryev A.N. Correlation-extreme navigation methods. M .: Radio and communication, 1982.

Claims (1)

Гидроакустическое устройство измерения смещения плавсредства относительно дна, содержащее последовательно соединенные излучающий гидрофон, усилитель мощности, задающий генератор, а также программируемую логическую интегральную схему, соединенную с усилителем мощности, задающим генератором, а также последовательно соединенные приемные гидрофоны, операционные усилители, аналого-цифровые преобразователи, а операционные усилители, аналого-цифровые преобразователи соединены с программируемой логической интегральной схемой, которая соединена с интегральной схемой цифровой обработки сигналов, последняя соединена с потребителем измеренного смещения плавсредства, отличающееся тем, что приемные гидрофоны расположены в виде плоской квадратной эквидистантной антенной решетки.A hydro-acoustic device for measuring the displacement of the boat relative to the bottom, containing a serially connected emitting hydrophone, a power amplifier, a master oscillator, as well as a programmable logic integrated circuit connected to a power amplifier, a master oscillator, as well as serially connected receiving hydrophones, operational amplifiers, analog-to-digital converters, and operational amplifiers, analog-to-digital converters are connected to a programmable logic integrated circuit, which connected to an integrated circuit for digital signal processing, the latter is connected to the consumer of the measured displacement of the craft, characterized in that the receiving hydrophones are arranged in the form of a flat square equidistant antenna array.
RU2019126053U 2019-08-16 2019-08-16 HYDROACOUSTIC DEVICE FOR MEASURING DISPLACEMENT OF A POWER AREA REGARDING THE BOTTOM RU193838U1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019126053U RU193838U1 (en) 2019-08-16 2019-08-16 HYDROACOUSTIC DEVICE FOR MEASURING DISPLACEMENT OF A POWER AREA REGARDING THE BOTTOM

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019126053U RU193838U1 (en) 2019-08-16 2019-08-16 HYDROACOUSTIC DEVICE FOR MEASURING DISPLACEMENT OF A POWER AREA REGARDING THE BOTTOM

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU193838U1 true RU193838U1 (en) 2019-11-18

Family

ID=68580342

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2019126053U RU193838U1 (en) 2019-08-16 2019-08-16 HYDROACOUSTIC DEVICE FOR MEASURING DISPLACEMENT OF A POWER AREA REGARDING THE BOTTOM

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU193838U1 (en)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6426918B1 (en) * 1999-08-18 2002-07-30 Airmar Technology Corporation Correlation speed sensor
WO2003071305A1 (en) * 2002-02-20 2003-08-28 Airmar Technology Corporation Ultrasonic speed sensor and correlation algorithm thereof
RU2259572C2 (en) * 2003-12-03 2005-08-27 Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный научно-исследовательский институт "Морфизприбор" Method for determination of true speed of ship at calibration of logs in hydroacoustic traverse trial line
US9594165B2 (en) * 2012-11-09 2017-03-14 Airmar Technology Corporation Speed sensor
RU2659710C1 (en) * 2017-08-17 2018-07-03 Акционерное общество "Концерн "Центральный научно-исследовательский институт "Электроприбор" Vessel speed measuring method by the doppler log

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6426918B1 (en) * 1999-08-18 2002-07-30 Airmar Technology Corporation Correlation speed sensor
WO2003071305A1 (en) * 2002-02-20 2003-08-28 Airmar Technology Corporation Ultrasonic speed sensor and correlation algorithm thereof
RU2259572C2 (en) * 2003-12-03 2005-08-27 Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный научно-исследовательский институт "Морфизприбор" Method for determination of true speed of ship at calibration of logs in hydroacoustic traverse trial line
US9594165B2 (en) * 2012-11-09 2017-03-14 Airmar Technology Corporation Speed sensor
RU2659710C1 (en) * 2017-08-17 2018-07-03 Акционерное общество "Концерн "Центральный научно-исследовательский институт "Электроприбор" Vessel speed measuring method by the doppler log

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
А.В.Богородский и др. Гидроакустическая техника исследования и освоения океана. Ленинград, Гидромеиеоиздат, 1984, стр. 41-65. *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Lurton An introduction to underwater acoustics: principles and applications
Buscombe Shallow water benthic imaging and substrate characterization using recreational-grade sidescan-sonar
US10379218B1 (en) Self-locating system and methods for multistatic active coherent sonar
US9658330B2 (en) Systems and methods for identifying and locating target objects based on echo signature characteristics
Fornshell et al. The development of SONAR as a tool in marine biological research in the twentieth century
CN108398690A (en) A kind of seabed backscatter intensity measurement method
RU136899U1 (en) AQUATORIA BOTTOM SHOOTING DEVICE
RU75061U1 (en) ACTIVE HYDROLOCATOR
RU193838U1 (en) HYDROACOUSTIC DEVICE FOR MEASURING DISPLACEMENT OF A POWER AREA REGARDING THE BOTTOM
WO2010019368A1 (en) System and method of range estimation
Spiess et al. An acoustic transponder system
RU2460088C1 (en) Method of detecting local object on background of distributed interference
RU2592741C1 (en) Hydroacoustic station for detection and location of gas leaks
Manik et al. Developing signal processing of echo sounder for measuring acoustic backscatter
RU2463624C1 (en) Hydroacoustic navigation system
RU178905U1 (en) MULTI-BEAM SCIENTIFIC ECHO SOUNDER FOR ACCOUNTING WATER BIORESOURCES
RU166051U1 (en) CORRELATION LAG
Chu et al. Multibeam sonar calibration: target localization in azimuth
RU2042283C1 (en) Process of calibration of sonar antenna under conditions of natural water basin
RU2624980C1 (en) Hydroacoustic rho-rho navigation system
RU168083U1 (en) ACOUSTIC WAVE GRAPH
Bjørnø Developments in sonar technologies and their applications
US20210173079A1 (en) Acoustic dual-frequency phased array with common beam angles
RU2850758C1 (en) Hydroacoustic system for determining the coordinates of underwater objects
RU151224U1 (en) ACTIVE ECHO-PULSE LOCATOR