Устройство для обнаружения импульсных эхо-сигналов, отраженных от дна водоема

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИХРЕСПУБЛИН еЯОа) ц 6 01 Ч 1/3 ОМИТЕТ ССС ЕНИЙ И ОТНРЦТГОСУДАРСТВЕННЫПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕ Р" )О;"дух),ИЗОБРЕП.НИ ВЩр ц К АВТОРСКОМУ ТЕЛЬСТВУ ое об(56) 1. Авторское свидетельство СССР9 247528, кл. С С 1 Ч 1/00, 1965,2. Патент США Р 3555499,кл. 340-3, опублик, 1973.3. Авторское свидетельство СССРпо заявке Р 3379880/18-25(003300),кл, О 01 Ч 1/38, 05,01.82 (прототип),(54)(57) УСТРОЙСТВО.ДЛЯ ОБНАРУЖЕНИЯИМПУЛЬСНЫХ ЭХО-СИГНАЛОВ, ОТРАЖЕННЫХОТ ДНА ВОДОЕМА, содержащее блок управления, форьирователь упреждения,схему временной селекции и формирователь времени анализа шумов, соединенные последовательно, пороговуюсхему и аналого-цифровой преобразователь, сигнальный вход которого является входом устройства, выход соединен с сигнальным входом пороговойсхемы, а управляющий вход - с вторымвходом схемы временной селекции и свторым выходом блока управления,первый вход которого является управ;.ляющим входом устройства, о т л и -ч а ю щ е е с я тем, что, с цельюповышения поМехоустойчивости устройства путем снижения вероятности ошибочного приема импульсных зхо-сигналов при действии коротких импульсныхпомех, в него введены цифровой согла, сованный Фильтр, два блока задержки кодов, два селектора, преобразователь код-напряжение, схема определения сбоев и схема логического анализа, причем выход последней является управляющим выходом устройства и соединен с вторым входом блока управления, а первый и второй входы - с выходами соответствующих селекторов, вход первого селектора соединен с входом первого и выходом второго блоков задержки кодов, сигнальный вход последнего подключен к выходу аналого-цифрового преобразователя и сигнальному входу цифрового согласованного фильтра, выход которого соединен с входами второго селектора и преобразователя код-напряжение, выход последнего является аналоговым выходом устройства, вход формирователя времени анализа шумов через управляющий вход пороговой схемы соединен с первым управляющим входом цифрового согласованного фильтра, а выход - с третьим входом блока управления, первый выход которого соединен с управляю) щимн входами второго блока задержки кодов и. обоих селекторов, с вторым управляющим входом цифрового согласо ванного Фильтра и с первым входом сх мы определения сбоев, второй вход которой подключен к выходу схемы вре менной селекции, а выход - к второму входу формирователя упреждения, выход первого блока .:задержки колов являет ся цифровым выходом устройства., Изобретение относится к раэведочной геофизике и может быть использовано в аппаратуре, предназначеннойдля сейсмоакустических исследованийструктурных и литологических особенностей донных отложений на акваториях. 5Известно устройство для определения моментов прихода акустическихсигналов, содержащее приемник акустических сигналов, пороговое устройство и блок автоматического управ Оления порогом ).11.Недостатком известного устройстваявляется отсутствие в нем временнойселекции акустических сигналов, ирезультате чего порог автоматическивыставляется по мешающим сигналам,отраженным от поверхности воды, корпуса судна, и реверберационным помехам, уровень которых намного превышает амплитуду отраженного.от .днасигнала, особенно при малых коэффициентах отражения от грунта дна.Известна также аппаратура для определения коэффициента отражения отморского дна, содержащая аналогоцифровой преобразователь, блок управ- .ления и синхронизации, схему времен"ной селекции, пороговую схему иФильтр отраженного от дна сигнала,выход которого через усилитель соединен с входом аналого-цифрового преобразователя (23,Недостатками данной аппаратуры являются необходимость непрерывногоручного слежения эа уровнем шумови упреждением временного окна в про- З 5цессе работы, большая вероятностьошибочного приема отраженных от днасигналов, особенно в случае дейст-вия коротких импульсных помех, таккак фиксированный, задаваемый вручнуюпорог срабатывания не связан суровнем помех, предшествующих принимаемому отраженному сигналу. В случае, если величина укаэанного порога велика (значительно превышает 45, уровень шумов), то возможен пропускотраженного сигнала при уменьшенииего амплитуды, вызванном изменениемглубины или изменением коэффициентаотражения .данного грунта. Если вели-,щчича порога близка к уровню шумов,то возможно преждевременное ложноесрабатывание пороговой схемы прифлуктуацияхшума нпи действии коротких импульсных помех, Кроме того, вустройстве отсутствует оптимизацияпроцесса установки ширины упреждающего окна, так как, если установитьмалую ширину упреждающего окна, товозможна потеря отраженного от днасигнала при резком уменьшении глуби- бены водоема. Если установить ширинуупреждающего временного окна на максимально возможную скорость изменения глубины водоема, то теряетсясусл временной селекции, так как 65 на схему выделения отраженного отдна сигнала будут воздействовать помехи ихвостиэлученного сигналав течение большого временного интервала, что снижает отношение сигнал/шум и повышает вероятность сбоеваппаратуры,Наиболее близким по техническойсущности к предлагаемому являетсяустройство для определения моментовприхода отраженных от дна сигналов,содержащее блок управления, формирователь упреждения, схему временнойселекции и формирователь йременианалиэа Шума, соединенные последовательно, пороговую схему и аналогоцифроВой преобразователь, сигнальныйвыход которого является входом устройства, выход соединен с сигнальнымвходом пороговой схемы, а управляющи вход - с вторым входом схемы вре,менной селекции и с вторым выходомблока управления, первый вход которого является управляющим входом устройства 31.Недостатком устройства являетсябольшая вероятность ошибочного приема импульсных эхо-сигналов, отраженных от дна водоемов при действии ко-.ротких импульсных помех, амплитудакоторых превышает уровень шумов вводной среде и амплитуду самого отраженного от дна сигнала. В этом случае при анализе шума выбираются пики(максимальные амплитуды) коротких импульсных помех и по ним устанавливаются пороги для обнаружения отраженных от дна сигналов, что приведет кпропуску эхо-сигнала.Цель изобретения - повышение помехоустойчивости устройства путем снижения вероятности ошибочного приемаимпульсных эхо-сигналов, отраженныхот дна водоема при действии короткихимпульсных помех.Указанная цель достигается тем,что в устройство для обнаружения импульсных эхо-сигналов, отраженных отдна водоема, включающее блок управления, формирователь упреждения, схему временной селекции и формирователь временй анализа шумов, соединенные иосжедовательно, пороговую схему и аналого-ща 4 ровой преобразователь, оигнаньнйй вход которого. является входом устройства, выход соединен с сигнальным входом пороговой схемы, а управляющий вход - с вторымвходом схемы временной селекции н свторым выходом блока управления, первый вход которого является управляющим входом устройства, дополнительновведены цифровой согласованный фильтр,два блока задержки кодов, два селектора, преобразователь код-напряжение,схема определения сбоев и схема логического анализа, причем выход последней является управляющимвыходом устройства и соединен с вторым входом блока управления, а первый и второй входы - с выходами соответствующих селекторов, вход первого селектора соединен с входом первого и выходом второго блоков задержки кодов, сигнальный вход последнего подключен к выходу аналого-циФрового преобразователя и сигнальному входу цифрового согласованного фильтра, выход которого соединен с входами второго селек- О тора и преобразователя код-напряжение, выход последнего является аналоговым выходом устройства, вход формирова. теля времени анализа шумов через управляющий вход пороговой схемы сое динен с первым управляющим входом цифрового согласованного Фильтра, а выход - с третьим входом блока управления, первый выход которого соеди. .нен с управляющими входами второго блока задержки кодов и обоих селекто-, ров, с вторым управляющим входом цифрового согласованного фильтра и с первым входом схемы определения сбоев, второй вход которой подключен к выходу 25. схемы временной селекции, а выход - к второму. входу формирователяупреждения, выход первого блока задержки кодов является цифровым выходом устройства.На чертеже представлена структур-. ная схема устройства для обнаружения импульсных эхо-сигналов, отраженных от дна водоема.Устройство обнаружения импульсных эхо-сигналов содержит блок 1 управления, формирователь 2 упреждения, схему 3 временной селекции, формирователь 4 времени анализа шума, поро" говую схему 5, аналого-цифровой преобразователь 6, цифровой согласован ный Фильтр 7, первый блок 8 задержки кодов, второй блок 9 задержки кодов, первый и второй селекторы 10. и 11, преобразователь 12 код-напряжение,- схему 13 определения сбоев и схему 45 14 логического анализа.Первый выход блока 1 управления через формирователь 2 упреждения и схему 3 временной селекции подключен к управляющему входу пороговой схемы 5 и к входу формирователя 4 времени анализа шума, выход последней подключен к третьему входу блока 1 управления, второй выход которого соединен с вторым входом схемы 3 времен. - ной селекции и управляющим входом аналого-цифрового преобразователя б, Выход последнего через сигнальный вход второго блока 9 задержки кодов подключен к входам первого блока 8 задержки кодов и первого селектора60 10, а через сигнальный вход цифрового согласованного фильтра 7 - к входам второго селектора 11 и Преобразователя 12 код-напряжение, а также к сигнальному входу пороговой схемы 65 5, Управляющие входы второго блока 9задержки кодов, цифрового согласован"ного Фильтра 7 и первый вход схемы13 определения сбоев подключенные кпервому выходу блока 1 управления,второй вход которого соединен с выхо.дом схемы 14 логического анализа.Первый и второй входы последней подключены к выходам соответствующихселекторов 10 и 11. Вход аналогоцифрового преобразователя б являетсявходом устройства, тоетий вход блока 1 управления является управляющим входом устройства, выходы первого блока 8 задержки кодов и преобразователя 12 код-напряжение являются цифровым и аналоговым выходами устройст" ва соответственно, а выход схемы 14 логического анализа является управляющим выходом устройства.Устройство обнаружения импульсных эхо-сигналов, отраженных от дна водоема, работает следующим образом.Командный импульс от внешнего устройства, совпадающий по времени с созданием зондирующего сигнала в водной среде, через управляющий вход устройства поступает в блок 1 управления, где по его переднему фронту формируются команда начальной установки иимпульсы запуска схемы 3 временной селекции, аналого-цифрового преобразователя б и второго блока 9 задержки кодовПо команде начальной установки все элементы памяти устройства приводятся в исходное состояние. Поимпульсам запуска схема 3 временной селекции начинает формирование временных интервалов Сц - задержки доприема излученного сигнала изадержки до приема отраженного сйгнала. По окончании каждого временного интервала в схеме формируются соответствующие.импульсы Пц и П,Аналоговый сигнал от внешнего устройства подается на вход аналогоцифрового преобразователя б, где по каждому импульсу запуска проиэводится выборка и преобразование текущего значения амплитуды входного сигнала в цифровые коды, которые посту" пают через сигнальные входы в пороговую схему 5, цифровой согласованный фильтр 7 и в второй блок 9 задержки кодов.В пороговой схеме 5 по импульсу Ид , поступающему со схемы 3 временной селекции, производится сравнение цифровых кодов текущих значений амплитуд входного сигнала с предварительно заданным кодом порога, при превышении которого формируется команда на разрешение работь цифрового согласованного фильтра 7. По этой команде последний переходит в режим записи импульсной характеристики, длительность которой 1 и определяется длительностью участка излученного сигнала, используемого длясогласованной фильтрации. По окончании записи импульсной характеристикицифровой согласованный фильтр 7 пере 10 ПО импульсу У х кОтОРый фОРми - 45 руется в схеме 3 временной селекции и подается в формирователь 4 времени анализа шума, в последнем вырабатывается импульс Пан длительностью 1 ц . Импульс У с формИрователя 4 времени анализа шума подается на блок 1 управления, который разрешает работу первого и второго селекторон 10 и 11, где за время , определяются максимальные значения огибающих сигналов, которые в это время представляют чистый шум. По окончании импульса уц блок 1 управления переводит селекторы 10 и 11 в режим сравнения текущих значений амплитуд входных сигналов с порогами, значе ния которых пропорциональны максималь ным значениям огибающих входных сигналов, найденных за время.1, причем значения этих порогов в первом 10 и в втором селекторах 11 различ- у ходит в режим фильтрации входных сигналов. При этом энергия коротких импульсных помех при с цч ., распределяется по всему интервалу 1, составляя тем самым малую долю энергиина выходе цифрового согласованногофильтра 7, Цифровые коды отфильтрованных сигналов поступают на нторойселектор 11 и в.преобразователь 12код-напряжение, в последнем производится преобразование укаэанных кодонв аналоговый сигнал, который может 15использоваться для регистрации временного акустического разреза профипя и визуального контроля.Во втором блоке 9 задержки кодовимпульс запуска, который разрешаетработу этого блока, и цифровые кодызадерживаются на время 1, равноедлительности импульсной характеристи.ки цифрового согласованного фильтра7 1 щ . Задержанные импульсы запускаи коды с второго блока 9 задержкикодов подаются на первый блок 8 задержки кодов и первый селектор 10.Блоки 8 и 9 задержки кодов выполненыпо принципу сдвиговых регистров,в которых предусмотрена регулировканремени задержки кодов путем выборанеобходимого числа элементов хранения кодов. Второй блок 9 задержки кодов необходим для компенсации в прямом канале задержки цифрового согласованного фильтра 7, а в первом .блоке 8 задержки кодов время задержкизадается равным длительностиФронта излученного сигнала, что даетвозможность анализировать передний 40фронт отраженного сигнала после формирования команды об обнаружениисигнала,ны, так как они определены по разным входным сигналам, в первом селекторе 10 - по з.адержанному, а во вто"ром селекторе 11 - по отфильтрованному сигналам. Прн превышении порогав каждом из селекторов 10 и 11 вырабатывается импульс превышения по"рога, который через схему 14 логического анализа передается в блок 1 управления, где вырабатывается командасоответствующего селектора в режимпоиска максимума входного сигнала,При определении максимума в каждомиэ селекторов 10 и 11 вырабатываютсясигналы максимумов и передаются насхему 14 логического анализа, которая работает следующим образом. Сигналы, приходящие от первого селекто"ра 10 не воспринимаются схемой доприхода сигнала от второго селектора11, по которому в схеме 14 логического анализа формируется временнойинтернал 1,ч - время ожидания сигнала от первого селектора 10, Послеэтого по первому приходящему сигналуот первого селектора 10 в схеме логического анализа вырабатывается ко-,Ьинда об обнаружении сигнала, бтраженного от дна водоема, которая поступает в блок 1 управления и выдаетсяна ннешние устройства через управляющий выход,В случае, если за время 1отпервого селектора 10 не пришел сигнал максимум на схему 14 логического анализа, то последняя по окончаниивременного интервала 10, вырабатывает команду об обнаружении сигнала. Блок 1 управления по укаэанной команде вырабатывает импульс формирователя 2 упреждения и импульс оста- нова схемы 3 временной селекции, в которой в это время формируется временной интервал 1 , В формирователе 2 упреждения вйрабатывается временной интервал Ср и подается на схему 3 временной селекции, где он используется для формирования временного интервала 1 и импульса задержки до приема отраженного сигнала УоИмпульс задержки до приема отраженного сигнала П формируется по окончании временного интервала, длительность которого найдена в предыдущем цикле. работы устройства. Если рассматривать 1-й цикл работы . устройства, то в этом цикле импульс Оо вырабатывается по .окончании вре. менного интервала ;" и далее фор" мируется временной йтервал В время до момента вступления отраженного сигнала. По окончании формирования , от этого временного интервала отйимается значение временного интервала р ., вырабатываемого формирователем упреждения. Получен1111117 Укрп МЩУ йиоУ Составитель Н.Журавлева р М.Недолуженко Техред И.Тепер Корректор О,Луговая.Заказ 6305/37 ВНИИПИ Госуд по делам и 113035, МоскПППатентф, г. ужгород, ул. Проектная, 4 ная разность В = , - ф используется в (1+1) -м цикле работы устройства для формирования импульса 11. Если сигнал в 1-ном цикле работы устройства пришел раньше окончания временного интервала , , то в этом случае формируется временной интервал Сцщ - максимальное время ожидания отраженного сигнала. По окончании указанного интервала вырабатывается импульс Оа, который пос тупает на схему 13 определения сбоев, где из него вырабатывается команда ффСбой. Эта команда поступает на формирователь 2 упреждения, в котором вырабатывается временной интер вал дС и подается на схему временной селекции 3, где значение д вычитается из временного интервалатем самим Формиуется временной интервал С 1 = С; - ь, используемый для вйработки импульса 11, при следующем зондировании . Если и при следующем зондировании происходит сбой устройства, то Формирование вречменного интервалапроизводится1+ 4 аналогичным образом, т.е.1 е а 1. Такой способ изменения временного интервала м позволяет использовать постоянное оптимально вы" бранное упреждение 1 руВ данном устройстве с помощью цифровой согласованной фильтрации обеспечивается максимальное соотноше,ние сигнал/шум на выходе Фильтра. Анализ цифровых кодов на выходе фильтра в отсутствии полезного сигнала позволяет оптимальным образом определить порог для обнаружения импульс- . ных эхо-сигналов, отраженных от дна водоема, что снижает вероятность сааибочного приема. Кроме того, логический анализ команд об обнаружении пер" вым и вторым селекторами дополнительно снижает вероятность ошибочного приема. Введение в устройство двух блоков задержки кодов позволяет анализировать отражение от дна сигналы после формирования команда об обнаруже" нии сигнала без потери информативности,