Устройство для телеизмерения гидрологических параметров

Союз СоветскихСоциалистическихРеспублик ОП ИСАНИЕИЗОБРЕТЕН ИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ п 942113Опубликовано 07.07.82, Бюллетень М 25 Дата опубликования описания 09. 07. 82до делам наобретеннй н открытей(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ТЕЛЕИЗМЕРЕНИЯ ГИДРОЛОГИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ Изобретение относится к телеметрии и может быть эффективно использовано в телеиэмерительных системах,а также для оперативного полученияинформации по каналам связи,например,от подводных объектов в условияхмелководной зоны морей с явно выраженными явлениями реверберации имноголучевого распространения сигнала,Известно телеизмерительное у тройство, состоящее из первичных датциков информации, измерительно-кодирую.щего блока, передатчика, предназначенные для измерения параметров водной среды и передачи их значений поканалу связи1 1,Существенным недостатком этогоустройства является малая помехозащищенность канала связи от посторонних шумовых и импульсных помех , Повышение помехоэащищенности в этомустройстве может быть достигнуто только эа счет сокращения избыточности гидрологической информации путемсужения полосы передаваемых частоти повышения в итоге отношения сигналшум. Использование этого устройства вмелководной шельфовой зоне морей, гдесильно проявляются явления реверберации и многолучевого распространениясигнала в воде, неэффективно.1 о Явление реверберации ( подводноеэхо ) заключается в многократном отражении сигнала от неровностей дна,поверхности воды и проявляется на приемной стороне в виде серии постепенноэ-тухающих по амплитуде импульсов,следующих друг за другом вместо одного излученного импуль.а. Время затухания реверберации зависит от многихскторов, как, например, от глубины 20 водоема, характера дна, соленостии температуры воды. Типичное значениевремени затухания реверберации дляшельфовой зоны морей с глубиной от3 94211 20 до 300 м составляет от 0,02 до 0,1 с.Явление многолучевости проявляется при горизонтальном или наклонном распространении луча при наличии слоистой структуры водных масс или сложного профиля вертикального распределенив скорости звука в воде. В результате многолучевого распространения сигнала при одном излученном импуль се на приемник приходит несколько импульсов с различными временными задержками . Очень часто импульсы накладываются друг на друга и вызывают интерференцию, Поэтому в качестве по лезного сигнала на приемнике может рассматриваться только первый из принятых импульсов. или даже только 11 ередний фронт импульса, а остальные импульсы рассматриваются как помехи. 20 Повторные импульсы, поступившие на вход приемного устройства в результате явлений реверберации и многолучевости, нарушают работу телеметрического канала связи и квалифицируют ся как специфические помехи. Аналогичная картина явлений реверберации и многолучевости может наблюдаться и в радиосвязи при отражении радиоволн от ионосферы, 30 Наиболее близким по технической сущности к и редла гаемому я вляется устройство для телеизмерения гидрологических параметров, содержащее аналоговые датчики, подключаемые через коммутатор к блоку сравнения, а также генератор тактовых импульсов, блок запуска, передатчик, элементы И и ИЛИ и блок Формирования выходного кода, включающий в себя 1-К-триггеры, блок ключевых элементов и элементы задержки.Связи между элементами осуществле" ны так, что, формирование выходного двоичного кода и передача данных осуществляются одновременно в процессе выполнения измерений. Благодаря одновременности выполнения двух различных Функций передача данных осущест 50 вляется без пауз непрерывно, что эквивалентно снижению технической скорости передачи данных при заданной информационной скорости. Повышение эффективности канала связи в устройстве55 достигается за счет сокращения полосы излучаемых частот и повышения отношения сигнал-помеха. Максимальный выигрыш этого устройства достигается 3в приборах зондирующего типа при глубоководных исследованиях 1. 2 3.Основным недостатком устройства,который ограничивает область его применения, является низкая помехозащищенность, которая особенно проявля"ется при работе устройства в мелководных зонах морей, где сильно проявляются явления реверберации и многолучевости,Цель изобретения - повышение помехоустойчивости устройства к явлениям реверберации и многолучевостипри одновременном сохранении скорости передачи получаемой информации.Укаэанная цель достигается тем,что в устройство для телеизмерениягидрологических параметров, содержащее датчики, выходы которых соединеныс информационными входами коммутатора,блок запуска, генератор тактовых импульсов, элемент И, выход которогосоединен со входом передатчика, блокключевых элементов и блок задержки,введены регистр сдвига и преобразо"ватель кода, выход коммутатора соединен с информационным входом регист.ра сдвига, выход которого соединен синформационным входом преобразова"теля кода соединен с первыми входами элемента И и элемента задержкивыход которого соединенс установочным входом преобразователя кода, первый, второй и третий выходы генератора тактовых импульсовсоединены соответственно с вторымвходом элемента задержки и входом блока запуска, первый, второй, третий ичетвертый выходы которого соединеныс управляющими входами соответственно коммутатора, регистра сдвига, блока ключевых элементов и преобразователя кода.Эти отличия устройства обеспечивают существенное повышение помехоустойчивости предложенного устройства к ре"верберационным и многолучевым помехам и достигается благодаря тому,что кодовые импульсы на выходе передатчика отстоят друг от друга по вре"мени на расстоянии большем, чем времязатухания реверберации и многолучевого запаздывания, образуя, так называемый, многопозиционный фазо"импульсный код в отличие от импульсного двоичного кода.Параметры многопозиционного Фазоимпульсного кода формируются так,что минимальный период времени между5 9421 кодовыми импульсами в несколько раз превышает период времени между посылками эквивалентного двоичного кода.Благодаря такому техническому реше.нию исключается возможность наложения реверберационной или многолучевой помехи от предшествующего импульса на последующий, т.е. помеха успевает затухать в паузе между двумя соседними импульсами. Предполагается, 1 О что на приемной стороне прием импульса производится только в ожидаемом интервале времени (стробирование) за счет синхронизации канала связи путем передачи синхроимпульса в начале 15 каждой кодовой группы.На чертеже показана блок-схема предлагаемого устройства.Устройство содержит датчики 111измеряемых параметров, 20 включающие в свой состав цифровые преобразователи с цифровым двоичным вы" ходом, коммутатор 2 каналов, регистр 3 сдвига, имеющий концевую секцию 4, вмещающую в себя столько двоичных раз 25 рядов, каково основание формируемого позиционного кода ( например пять, или шесть), Выход регистра концевой секции 4 подключен к информационному входу блока 5 ключевых элементов, вы- зо полняющих функцию поочередного переноса двоичного числа из концевой секции 4 регистра 5 в следующий за ним преобразователь 6 двоичного кода, который выполняет сдвиг кодового импульса по времени на дискретную вели; чину, пропорциональную преобразуемому коду. Устройство также содержит элемент 7 задержки, элемент И 8, передатчик 9, блок 10 запуска и генератор 11 тактовых импульсов.Частота командных импульсов на выходах блока 1 О запуска определяется требуемой повторяемостью выполняемых операций в каждом из элементов, а временное положение импульсов соответствует очередности выполнения каждой операции внутри цикла формирова- . ния кода. Когерентность (строго определенное соотношение фазы) форе-руемых кодовых импульсов и несущей частоты передатчика обеспечивается генератором 11 тактовых импульсов,Частота тактовых импульсов на первом выходе генератора 11 соответству 55 ет несущей частоте передатчика, на втором выходе - частоте повторения кодовых импульсов, а на третьем выходе - частоте смены позиций кодово 13 6го импульса на временной оси внутри заданного интервала, составляющего относительно малую часть от полного периода следования импульсов ( не более 10 ).Устройство работает следующим образом.По команде с блока 10 запуска коммутатор 2 каналов переносит двоичный код с выхода датчика 1 на вход регистра 3. Несколько старших разрядов двоичного кода сдвигаются в концевую секцию 4 при воздействии на управляющий вход регистра 3 управляющих импульсов с выхода блока 10 запуска. Далее, по команде с третьего выхода блока 1 О блока 5 ключевых элементов переносит код из концевой секции 4 в преобразователь б кода. Преобразователь 6 кода представляет собой двоичный счетчик с объемом, равным числу позиций Формируемого многопозиционного кода(тридцать два или шестьдесят четыре Импульс на выходе преобразовэтеля 6 появляется тогда, когда происходит переполнение счетчика под действием тактовых импульсов, поступающих от блока 10 запуска, следующих с частотой смены позиций кодового импульса, Момент переполнения счетчика зависит от начального кода, в который он был установлен по параллельному входу, благодаря чему. и происходит преобразование кода во временное положение выходного импульса. Выходной импульс поступает .на первый вход элемента И 8 и далее на вход передатчика 9 благодаря тому, что на втором входе элемента И постоянно присутствует сигнал несущей частоты передатчика 9. Передатчик 9 излучает кодовый импульс в среду распространения сигнала. Передний фронт кодового импульса соответствует переднему йронту импульса несу" щей частоты благодаря тому, что они формируются из частоты общего генератора 11. После формирования кодового импульса преобразователь б кода сбрасывается в исходное нулевое состояние через элемент 7 задержки, который дает выходной импульс сброса при условии, что на его тактовый вход поступил импульс управления от преобра-ователя 6 кода, а на установочный вход очередной тактовый импульс от второго выхода тактового генератора .1.После излучения первого кодового импульса блок 10 запуска выдает очередную пачку импульсов по второмуФормула изобретения 7 9421 выходу на регистр 3 и в концевую секцию 4 поступает очередная порция разрядов двоичного кода, подлежащая преобразованию в кодовый импульс, расположенный в определенной временной по зиции. Бсли каждый параметр выражается двенадцатиразрядным двоичным числом, что соответствует точности преобразования 0,0253, то при использовании позиционного кода с основанием 6 10 (шестьдесят четыре позиции 7 его значение передается всего двумя импульсами.После передачи всех разрядов кода, содержащихся в регистре 3, коммута тор 2 каналов по команде блока 10 запуска пересылает в регистр 3 содержимое следующего датчика 1 и весь цикл работы устройства повторяется. Так происходит до полного опроса всех ю датчиков 1 И. В начале цикла передачи излучается один кодовый импульс, находящийся на нулевой позиции, который служит синхронизирующим импульсом для приемного устройства. 25В результате того, что устройство для телеизмерения гидрологических параметров содержит регистр сдвига с концевой секцией, имеющий параллельный выход, и преобразователь кода зО во временной сдвиг импульса, Ъ также благодаря соответствующим связям между блоками, обеспечивается повышенная помехоустойчивость этого устройства к реверберации и многолучевости.Дополнительный выигрыш от использования устройства заключается в экономии энергии автономных источников питания за счет того, что в несколько раз сокращается общее число излученных импульсов при неизменной их длительности и мощности. Это позволяет при заданной емкости источников питания повысить импульсную мощность передатчика и тем самым или увеличить дальность канала связи, или при заданной дальности, увеличить отношение сигнал-помеха.Повышенная помехоустойчивость предлагаемого устройства к ревербера О ции и многолучевости позволяет расШирить область его применения на мел 13 8ководную шельфовую зону морей, в которой использованию известных устройств препятствовали ярко выраженныеявления реверберации и многолучевости. Мелководные эоны морей в настоящее время приобретают все возрастающее экономическое значение в связи сс расширением поисковых работ нанефть, гаэ и другие полезные ископаемые,устройство для телеизмерения гидрологических параметров, содержащее датчики, выходы которых соединены с информационными входами коммутатора, блок запуска, генератор тактовых импульсов, элемент И, выход которого соединен с входом передатчика, блок ключевых элементов и элемент задержки, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения помехоустойчивости устройства, в него введены регистр сдвига и преобразователь кода, выход коммутатора соединен с информационным входом блока ключевых элементов, выход которого соединен с информационным входом преобразователя кода, выход преобразователя кода соединен с первыми входами элемента И и элемента задержки, выход которого соединен с установочным входом преобразователя кода, первый, второй и третий выходы генератора тактовых импульсов соединены соответственно с вторым входом элемента И, вторым входом элемента задержки и входом блока запуска, первый, второй, третий и четвертый вы" ходы которого соединены с управляющими входами соответственно коммутатора, регистра сдвига, блока ключевых элементов и преобразователя кода. Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Авторское свидетельство СССРйф 504229, кл. С 08 С 19/28, 1973.2. Авторское свидетельство СССРй 680020, кл. С 08 С 19/28, 1977ак Огар Заказ арст изоб а ЖАвент",илиал ППП род ул. Проектная,. Е. ЛушниковаЩЮВНИИПИ Госупо дела11 ДОД 5 Моск СоставителТехрен З.ПТираж о 42 енного етений 5 Рау г. Ужг Бочароваий комитета СССРи открытий ская наб. 8, 4/5