Устройство для определения скорости движения судна относительно дна

.а ство. СССР1978.во СССР1977 СУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЬПИ ОПИСАНИЕ ИЗОБР К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ(54)(57) 1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕ- НИЯ СКОРОСТИ ДВИЖЕНИЯ СУДНА ОТНОСИТЕЛЬНО ДНА, содержащее излучающий электроакустический преобразователь, блок адаптации, генератор импульсных сигналов, выход которого соединен с излучающим электроакустическим преобразователем и первым входом блока адаптации, а вход - с первым выходом блока адаптации, два приемных ка-. нала, еостоящих из последовательно соединенных приемных электроакустических преобразователей, усилителей, блоков стробирования, детектирования и дискриминаторов знака производной, . первый и второй знаковые коррелометры сдвиговой регистр, причем первые входы первого и второго знаковых коррелометров соединены с входом сдвигового регистра, выход которого подключен к второму входу первого знакового коррелометра, выход которого подключен к последовательно соединенным сравнивающему устройству, генератору тактовой частоты, измерителю частоты, отсчетному устройству,при этом второи выход генераторатактовой частоты соединен с тактовым входом сдвигового регистра, а выход второго знакового корреломет-. ра - с вторым входом сравнивающего устройства, второй выход блока адаптации соединен с вторыми входами блоков стробирования, а второй вход блока адаптации соединен с выходом усилителя первого приемного канала, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения быстродействия, оно снабжено управляемым преобразователем временного масштаба сигналов, при этом его первый и второй входы соединены соответственно с выходами дискриминаторов знака производной первого и второго приемных каналов, вход управления преобразователя временного масштаба сигналов подключен к второму выходу Ьлока адаптации, а первый, второй и третий выходы преобразователя временного масштаба сигналов соединены соответственно с первыми входами первого и второго знаковых коррелометров, с вторым вхо дом второго знакового коррелометра и входами управления обоих знаковых коррелометров.2. Устройство по п.1, о т л ич а ю щ е е с я тем, что управляемый преобразователь временного масштаба сигналов содержит три рециркулятора, .блок цифрового управления и генератор тактовой частоты, при этом третий вход третьего рециркулятора соединен с первым выходом блока цифрового управления, второй и третий выходы которого подключены соответственно к второму и первому входам управления трех рециркуляторов, так1129523 товые входы которых соединены стактовым входом блока цифровогоуправления и выходом генератора тактовой частоты, причем третьи входыпервого и второго рециркуляторовявляются соответственно первым и вто.рым входами преобразователя масштаба, а выходы первого,второго итретьего рецнркуляторов являютсясоответственно первым, вторым итретьим выходами управляемого преобразователя временного масштабасигналов, входом управления которогоявляется вход управления блока цифро.вого управления. 3, Устройство по п,2, о т л и - ч а ю щ е е с я тем, чцо рециркулятор содержит последовательно соединенные переключатель входов . двоичный регистр сдвига и выходной ключ, при этом первый вход переключателя входов подключен к выходу двоичного регистра сдвига, тактовый вход которого является тактовым входом рециркулятора, а вторые входы переключа 1ЪИзобретение отйосится к морской навигационной технике и может быть применено на суднах и других плаваю- щих обьектах для определения скорости судна относительно дна. 5Известен корреляционный измеритель скорости движения судна относительно дна, содержащий генератор, излучатель, два приемника, располо-. женных в горизонтальной плоскости, .10 усилители, детекторы и коррелометр с блоком регулируемой временной задерзки Я .Однако при измерении скорости затрачивается большое время на про ведение корреляционного анапиза оги- бающих отраженных сигналов, вследствие чего ограничивается величина ускорений, при которых возможно измерение скорости в реальном масшта бе времени.Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату является устройство теля входов и выходного ключа являются соответственно третьим и вторым входами управления, причем вход управления переключателя входов рециркулятора является первым входом управления, а выход выходного ключа - выходом рециркулятора. 4. Устройство по п.2, о т л и -ч .а ю щ е е с я тем, что блок цифрового управления содержит последовательно соединенные триггер, схемусовпадений, первый, второй и третийделители частоты, а также одновибратор, вход которого подключен к выходу триггера, вход сброса которого соединен с выходом третьего делителя частоты, при этом выходы одновибратора, а также выходы первого и второго делителей частоты являются соответственно первым, вторым и третьим выходами блока цифрового управления,а вход установки в "1" триггера и второй вход схемы совпадений являются соответственно входом управления и тактовым входом блока, цифровогоуправления,для определения скорости движениясудна относительно дна, содержащееизлучающий электроакустический преобразователь, генератор импульсных сигналов, два приемных канала, состоящих иэ последовательно соединенныхприемных электроакустических преобра"зователей, усилителей, блок стробирования и детектирования, сдвиговый регистр, первый знаковый коррелометр и регистратор, а также блокадаптации, два дискриминатора знакапроизводной, второй знаковый коррелометр и регистрирующее устройство,выполненное в виде последовательносоединенных блока сравнения, генератора тактовой частоты, измерителячастоты и отсчетного устройства, приэтом входы блока адаптации подключе-ны к вьмоду одного из. усилителейи к выходу генератора сигналов, авыходы - к входу генератора импульс"ных сигналов и второму входу блоковстробирования, входы дискриминаторов3 1129523 4знака производной подключены к выхо- выход генератора тактовой частотыдам доков детектирования, выходб соединен с тактовым входом сдвиговопервого дискриминатора соединен с го регистра, а выход второго знакопервыми входами коррелометров и вого коррелометра - с вторым входомвходом сдвигового регистра, выход 5 сравнивающего устройства, второйвторого дискриминатора соединен с выход блока адаптации соединен свторым входом второго коррелометра, вторыми входами блоков стробирования,выходы коррелометра соединены с вхо- а второй вход блока адаптации соедидами сравнивающего устройства, а нен с выходом усилителя первоговторой выход генератора тактовой часО приемного канала, дополнительно вветоты подключен к тактовому входу ден управляемый преобразователь вресдвигового регистра, а также из- менного масштаба сигналов при этом .Умеритель частоты вход которого его первый и второй входы соединеныподключен к выходу генератора так- сооветственно с выходами дискриминаотовои частоты, а выход к входу от торов знака производной первого игсчетного устроиства 2 . второго приемных каналов, вход управНедостатком известного устройст- пения управляемого преобразователява является большое время измерениявременного масштаба сигналов подклюскорости, необходимое для проведения чен к втоРомУ выходУ блока адаптакорреляционного анализа огИбающей 20 ции, а первый, второй и третий рыхосигналов, отраженных от дна, и дляды управляемого преобразователя вреуравновешивания следящей системыменного масштаба сигналов соединеныавтоматического регулирования аргусоответственно с первыми входамимента автокорреляционной функции.первого и второго знаковых коррелоЦель изобретения - повышение быст метРов и входом сдвигового регистра,родействия устройства для обеспечес вторым входом второго знаковогония измерения изменяющейся скоростикоррелометра и входами управлениядвижения судов в реальном масштабе обоих знаковых КОРРелометРоввремени при существующем диапазоне Управляемый преобразователь вреускорений. ЗОменного масштаба сигналов содержитПоставленная цель достигается . три рециркулятора блок флок цифровоготем, что в устройство для определе- управления и генератор тактовойния скорости движения судна относи- частоты, при этом третий вход третьетельно дна, содержащее излучающий го рециркулятора соединен с первымэлектроакустический преобразователь, 35 выходом блока цифрового управлениавления,блок адаптации, генератор импульС- , второй и третий выходы которого подных сигналов, выход которого соеди- ключены соответственнтве но к второму инен с излучающим электроакустическим первому входам управления трех ре. преобразователем и первым входом циркуляторов, тактовые входы которыхблока адаптации, а вход - с первым 40 соединены с тактовым входом блокавыходом блока адаптации, два прием- цифрового управления и выходом гененых канала, состоящих из последова- ратора тактовой частоты, при этомтельно соединенных приемных электро- третьи входы первого и второго реакустических преобразователей, уси- циркуляторов являются соответственнолителей, блоков стробирования, де первым и вторым входами преобразоватектирования и дискриминаторов знака теля масштаба а выходьпроизводной, первый и второй знаковые второго, и третьего рециркуляторовкоррелометры, сдвиговый регистр, являются соответственно первым, втопричем первые входы первого и второ- рым и третьим выходамиодами управляемогого знаковых коррелометров соединены 50 преобразователя временного масштабас входом сдвигового регистра, выход, сигналов, управляющим входоя которокоторого подкпючен к второму входу го является вход управления блокапервого знакового коррелометра, вы- цифрового управления.ход которого подключен к последова- Каждый рециркулятор содержит потельно соединенным сравнивающему 55 следовательно соединенные переключаустройству, генератору тактовой тель входов, двоичный регистр сдвигачастоты, измерителю частоты, отсчет- н выходной ключ, при этом первыйному устройству, при этом второй вход переключателя входов подключенк выходу двоичного регистра сдвига,тактовый вход которого являетсятактовым входом рециркулятора, входуправления переключателя входов рециркулятора является первым входом 5управления, вторые входы переключателя входов и выходного ключа являются соответственно третьим и вторымвходами управления, а выход выходного ключа является выходом рециркулятора,Блок цифрового управления содержит последовательно соединенныетриггер, схему совпадений, первыйвторой и третий делители частоты, 15а также одновибратор, вход которогоподключен к выходу триггера, входсброса которого соединен с выходомтретьего делителя частоты, при этомвыходы одновибратора, а также выходы 2 Опервого и второго делителей частотыявляются соответственно первым,вторым и третьим выходами блокацифрового управления, а вход установки в "1" триггера и второй вход схемы совпадений являются соответственно входом управления и тактовым входом блока цифрового управления.Нз фиг. 1 представлена блок-схема предлагаемого устройства. ЗО Устройство содержит генератор импульсных сигналов 1, выход которого соединен с излучающим электроакустическим преобразователем 2, а вход с первым выходом блока адаптации 3, 35 два приемных канала, состоящих из последовательно соединенных приемных электроакустических преобразователей 4, усилителей 5, блоков стробирования 6, детектирования 7, дискримина О торов знака производной 8, первый знаковый коррелометр 9 и второй знаковый коррелометр 10, причем первые входы первого 9 и второго 10 знаковых коррепометров соединены с вхо дом сдвигового регистра 11, выход которого подключен к второму входу первого знакового коррелометра 9, выход которого подключен к последовательно соединенным сравнивающему устройству 12, генератору тактовой частоты 13, измерителю частоты 14, отсчетному устройству 15, При этом второй выход генератора тактовой частоты 13 соединен с тактовым входом сдвигового регистра 11, а выход второго знакового коррелометра 10 с вторым входом сравнивающего устрой. ства 12. Кроме того второй выходблока адаптации 3 соединен с вторыми входами блоков стробирования 6,первый вход блока адаптации 3 соединен с выходом генератора импульсныхсигналов 1, а второй его вход - свыходом усилителя 5 первого приемного канала. Устройство содержит также управляемый преобразователь временного масштаба сигналов 16. Первый и второй входы управляемого преобразователя временного масштаба соединены соответственно с выходами дискриминаторов 8 знака производной первого и второго приемных каналов. Вход управления преобразователя временного масштаба сигналов 16 подключен к второму выходу блока адаптации 3. Первый, второй и третий выходы управляемого преобразователя временного масштаба сигналов 16 соединены соответственно с первыми входами первого 9 и второго 10 знаковых коррелометров и входом сдвигового регистра 11, с вторым входом второго знакового коррелометра 10 и с входами управления обоих знаковых коррелометров 9 и 10.На фиг, 2 представлена блок-схема управляемого преобразователя временного масштаба сигналов 16.Управляемый преобразователь временного масштаба сигналов 16 содержит три рециркулятора 17-19, блок цифрового управления 20 и генератор тактовой частоты 21, Третий вход третьего рециркулятора 19 соединен с первым выходом блока цифрового управления 20, Второй и третий выходы блока цифрового управления 20 подключены соответственно к второму и первому входам управления трех рециркуляторов 17-19, тактовые входы которых соединены с тактовым входом блока цифрового управления 20 и высодом генератора тактовой частоты 21. При этом третьи входы первого 17 и второго 18 рецнркулятороэ являются соответственно первым и вторым входами управляемого преобразователя. Выходы первого 17, второго 18 и третьего 19 рециркуляторов являются соответственно первым, вторым и третьим выходами управляемого преобразователя. Вход управления блока цифрового управления 20является входом управления преобразователя,На фиг. 3 представлена блок-схема.первого рециокулятора 17, полностьюидентичного второму 18 и третьему 519 рециркуллторгм.Рециркулятор содержит последовательно соединенные переключательвходов 22, двоичный регистр сдвига23 и выходной ключ 24. Первый входпереключателя входов 22 подключен квыходу двоичного регистра сдвига 23.Тактовый вход двоичного регистрасдвига 23 является тактовым входомрециркулятора. Вторые входы переключателя входов 22 и выходного ключа24 являются соответственно третьими вторым входами управления, причемвход управления переключателя входов22 является первым входом управления, а выход выходного ключа 24 - выходом рециркулятора 17,На фиг. 4 представлена блок-схема блока цифрового управления 20.Блок цифрового управления 20 содержит последовательно соединенныетриггер 25, схему совпадений 26, первый 27, второй 28 и третий 29 делители частоты, а также одновибратор30. Вход одновибратора 30 подключен к выходу триггера 25. Вход сброса триггера 25 соединен с выходомтретьего делителя частоты 29, приэтом выходы одновибратора 30, первого 27 и второго 28 делителей частоты являются соответственно первым,вторым и третьим выходами блокацифрового управления 20, Вход установки в "1" триггера 25 являетсявходом управления. Второй вход схемы совпадений 26 является тактовымвходом блока цифрового управления 20,Устройство работает следующим образом.Генератор импульсных сигналов 1 генерирует электрический импулъс с высокочастотным заполнением. Частота заполнения импульса равна резонансной частоте излучающего электроакустического преобразователя 2, Этот импульс с выхода генератора импульсных сигналов 1 поступает на один из входов блока адаптации 3 и на излучающий электроакустический преобразователь 2, который преобразует 55 его в акустический сигнал. Акустический сигнал излучается излучающим электроакустическим преобразователем 2 в направлении дна. Достигнув дна, акустический сигнал отражается от него и поступает в разнесенные по горизонтали и закрепленные в днище судна приемные электроакустические преобразователи 4, которые пре,образуют отраженный от дна акустический сигнал в электрические сигналы. С выходов приемных электроакустических преобразователей 4 первого и второго приемных каналов эл ктрические сигналы поступают на входы усилителей 5 и усиливаются в них, , С выхода усилителя 5 первого приемного канала усиленный сигнал поступает на второй вход блока адаптации 3, с второго выхода которого стробирующий импульс поступает на вторые входы блоков стробирования 6. Строби-. рующий импульс с второго выход блока адаптации 3 определяет длительность и частоту выборок сигнала в блоке стробирования 6, а также период и частоту посыпок с генератора импульсных сигналов 1, в зависимости от глубины места, путем воздейст-. вия на его вход управляющим сигналом с первого выхода блока адаптации 3. Сигналы, усиленные в усилителях 5, поступают на входы блоков стробирования 6, выборки сигналов, длительность и частота которых определяется стробирующим импульсом"с второго вьг ходаблока адаптации 3. С выходов блоков стробирования 6 сигналы поступают на входы блоков детекторов 7. Блоки детекторов 7 производят детектирование среднего значения амплитуды сигналов и выделяют их огибающую. Продетектированные сигналы с выходов блоков детекторов 7 поступают на входы дискриминаторов знака производной 8. В дискриминаторах знака производной 8 огибающие амплитуды сигналов дифференцируются и в зависимости от знака производной выходным сигналом дискриминаторов присваиваются логические уровни "0" и "1". Таким образом, формируются две бинарные последовательности, используемые в качестве входных сигналов знаковых коррелометров 9 и 10.Выходные сигналы двух коррелометров 9 и 1 О поступают на входы сравнивающего устройства 12, формирующего сигнал рассогласования, который поступает на вход управления генератора тактовой частоты 13. Тактоваял гота с первого выхода тактового ге нератора 13 поступает на вход измрителя частоты 14, а со второго выхода - на,тактовый вход сдвигового регистра 11, Значение тактовой час тоты пропорционально скорости движения судна и отображается в единицах скорости в отсчетном устройстве 15.Для сокращения времени измерения сигналы с выходов дискриминаторов 10 знака производной 8 на входы корреляторов 9 и 10 поступают через управляемый преобразователь временного масштаба сигналов 16. Управляемый преобразователь временного масштаба 15 сигналов 16 производит сжатие временного масштаба сигнала, путем его медленной записи и быстрого многократного считывания в запоминающей среде так, что инфранизкочастотные 20 сигналы на его входах преобразуются на выходах в сигналы звукового диапазона частот. На вход управления управляемого преобразователя временного масштаба сигналов 16 поступает импульс управления с второго выхода блока адаптации 3, который определяет длительность сигнала. Прео разованные сигналы с первого и второго выходов управляемого преоб- ЗО 1разователя временного масштаба сигналов 16 поступают на входы коррелометров 9 и 10, Управление работой коррелометров 9 и 10 осуществляется импульсами управления с третьего выхода управляемого преобразователя временного масштаба сигналов 16.Входные сигналы с первого и второго входов управляемого преобразователя временного масштаба сигналов 4 О 16 поступают соответственно на третьи входы первого 17 и второго 18 рециркуляторов, а входной импульс управления с входа управленияпреобразователя 16 - на вход управления 45 блока цифрового управления 20. Работа блока цифрового управления 20 синхронизируется тактовыми импульсами генератора тактовой частоты 21. Тактирование рециркуляторов 17-19 в режиме записи входных сигналов обеспечивается импульсами управления, поступающими с частотой 1 ц, с третьего выхода блока цифрового управления 20 на первые входы управ .с ния рециркуляторов 17-19. Тактиро 1 нне рециркуляторов 17-19 в режиме11 цнания записанных сигналов осуществляется импульсами управления, поступающими с частотой 1с второ. го выхода блока цифрового управления 20 на вторые входы управления рециркуляторов 17-19. Частота импульсов управления в режиме записи 1 прециркуляторов 17-19 ниже, чем частота импульсов управления в режиме считывания 1, за счет чего и происходит изменение временного масш. таба сигналов. На третий вход третье. го рециркулятора 19 с первого выхода блока цифрового управления 20 поступает импульс начала принимаемого сигнала, подлежащего записи в первом и втором рециркуляторах 17 и 18. Общая синхронизация работы рециркуляторов 17-19 обеспечивается тактовыми импульсами, поступающими с выхода генератора тактовой частоты 21 на тактовые входы рециркуляторов 17-19. Преобразованные выходные сигналы рециркуляторов 17-19 поступают на соответствующие выходы управ. ляемого преобразователя временного масштаба сигналов 16.В рециркуляторе 17, идентичном рециркуляторам 18 и 19, вхоцной сигнал с входа поступаег на второй вход переключателя входов 22 (фиг.3), При поступлении импульса управленияв режиме записи с первого входа управления на вход управления переключателя входов 22 входной сигнал через переключатель входов 22 поступает на вход двоичного регистра сдвига 23 и осуществляется запись входного сигнала в двоичный регистр сдвига 23. При отсутствии импуль-, са управления в режиме записи на вход двоичного регистра сдвига 23 через переключатель входов 22 поступает выходной сигнал регистРа сдвига 23 и тем самым осуществляется рециркуляция ранее записанных сигналов, Синхронизация рециркуляции в двоичном регистре сдвига 23 осуществляется тактовыми импульсами, поступающими на тактовый вход. Считывание информации с выхода двоичного регистра сдвига 23 осуществляется через выходной ключ 24, управление работой которого осуществляется импульсами управления с второго входа управления.В блоке цифрового управления 20 тактовые импульсы с входа синхронизации, обозначенного на фиг, 4 как11 11 "Вход", поступают через схему совпадений 2 б на последовательно соединенные первый 27, второй 28 и третий 29 делители частоты. Выходной сигнал третьего делителя частоты 29 поступает на вход сброса триггера 25. Триггер 25 устанавливается в "1 ф по импульсу управления, поступаю. щему с входа управления; и.открывает схему совпадений 26. При переходе триггера 25 и нулевого в единичное состояние, по переднему фронту.этого перехода, одновибратор 30 формирует импульс начала принимаемого сигнала, который поступает на первый выход блока цифрового управления 20. На второй выход блока цифрового управления 20 с выхода первого делителя частоты 27 поступают импульсы управления с частотой 1 сч определяющие режим считывания. На третий выход блока цифрового управ 29523 12ления 20 поступают импульсы управления с выхода второго делителячастоты 28 с частотой 1 , опрецеляющие режим записи. Отйошейие частоты импульсов управления в режимесчитывания 1к импульсам управления в режиме записи 1 ап опреде-.ляет коэффициент транспортированияили увеличения быстродействия: 1 О . 1 счКПредлагаемое устройство увеличи-,вает быстродействие измерения (вК раз). В макете предлагаемого 15 трустройства К было выбрано равнымтр512,:что позволило производнтьизмерения абсолютной скорости движения судна относительно дна в реальном.масштабе времени во всемдиапазоне изменения скорости движения судна.Тираи 822 Государственного елам изобретений а, В-З 5, Раущская Подписноомитета СССРоткрытийнаб., д, 4/5