способ измерения расстояния и устройство для его осуществления
Классы МПК: | G01S15/18 в которых используются стробирующие импульсы |
Автор(ы): | Касаткин Б.А. |
Патентообладатель(и): | Институт проблем морских технологий Дальневосточного отделения РАН |
Приоритеты: |
подача заявки:
1992-05-19 публикация патента:
19.06.1995 |
Использование: гидроакустика, в частности в гидроакустических дальномерных системах повышенной точности. Сущность изобретения: для уменьшения погрешности измерения расстояния в водоемах ограниченных размеров при наличии переотражений и дисперсионных искажений принимают излученный акустический сигнал в двух разнесенных точках, определяют инвариантную скорость, на основе измеренных параметров принятых сигналов определяют фазовое и групповое время запаздывания и вычисляют расстояние согласно алгоритму, выведенному для периодического импульсного излучаемого сигнала, синхронизированного с отсчетом времени в точках приема. Устройство для измерения расстояния содержит на контролирующем объекте 1 первый синхронизатор 2, генератор 3 сигналов, перемножитель 4, модулятор 5, усилитель 6 мощности и акустический излучатель 7, а также на контролируемом объекте 8 разнесенные акустические приемники 10, 13, усилители 11, 14, фильтры 12, 15, соединенные с входами вычислителя 18, управляемого вторым синхронизатором 9, работающим синхронно с первым синхронизатором 2. С входами вычислителя соединены блоки 16 задания инвариантной скорости и блок 17 задания временных интервалов, а с его выходом - индикатор 19. 2 с.п. ф-лы, 2 ил.
Рисунок 1, Рисунок 2
Формула изобретения
1. Способ определения расстояния до контролируемого объекта, при котором на контролирующем объекте генерируют и излучают акустический сигнал, принимают акустический сигнал на контролируемом объекте в двух точках приема, разнесенных на расстояние l, меньшее длины волны излучаемого сигнала, предварительно определяют инвариантную скорость cинв, на основе измерений параметров принятых сигналов определяют фазовое tф и групповое tг время запаздывания и вычисляют искомое расстояние r по соотношению![способ измерения расстояния и устройство для его осуществления, патент № 2037848](/images/patents/436/2037848/2037848-12t.gif)
![способ измерения расстояния и устройство для его осуществления, патент № 2037848](/images/patents/436/2037848/2037848-13t.gif)
![способ измерения расстояния и устройство для его осуществления, патент № 2037848](/images/patents/436/2037848/2037848-14t.gif)
![способ измерения расстояния и устройство для его осуществления, патент № 2037848](/images/patents/436/2037848/2037848-15t.gif)
P1(t), P2(t) сигналы, принятые в двух точках приема;
T1, T2 предварительно определенные временные интервалы,
причем T2 < T1 < T, где T период излучаемого импульсного сигнала. 2. Устройство для измерения расстояния до контролируемого объекта, содержащее на контролирующем объекте генератор сигналов, выход которого соединен с первым входом перемножителя, усилитель мощности, вход которого соединен с выходом перемножителя, а выход с акустическим излучателем, на контролируемом объекте последовательно соединенные первые акустический приемник, усилитель и фильтр, последовательно соединенные вторые акустический приемник, усилитель и фильтр, блок задания инвариантной скорости, вычислитель, первый вход которого соединен с выходом блока задания инвариантной скорости, а выход с входом индикатора, причем первый и второй акустические приемники разнесены на заданное расстояние в направлении распространения волны, отличающееся тем, что в него введены на контролирующем объекте первый синхронизатор и модулятор, вход которого соединен с выходом первого синхронизатора, а выход с вторым входом перемножителя, на контролируемом объекте синхронизированный с первым синхронизатором второй синхронизатор, выход которого соединен с вторым входом вычислителя, и блок задания временных интервалов, выход которого соединен с третьим входом вычислителя, при этом четвертый и пятый входы вычислителя соединены соответственно с выходами первого и второго фильтров.
Описание изобретения к патенту
Изобретение относится к гидроакустике и может быть использовано при разработке гидроакустических дальномерных систем повышенной точности, предназначенных для работы в водоемах ограниченных размеров с большим дисперсионным искажением акустических сигналов. Известен гидроакустический дальномер, в котором измеряемое расстояние r и время распространения t акустического сигнала в среде между излучателем и приемником связаны соотношением:r c
![способ измерения расстояния и устройство для его осуществления, патент № 2037848](/images/patents/436/2037008/729.gif)
![способ измерения расстояния и устройство для его осуществления, патент № 2037848](/images/patents/436/2037110/948.gif)
![способ измерения расстояния и устройство для его осуществления, патент № 2037848](/images/patents/436/2037008/729.gif)
![способ измерения расстояния и устройство для его осуществления, патент № 2037848](/images/patents/436/2037110/948.gif)
![способ измерения расстояния и устройство для его осуществления, патент № 2037848](/images/patents/436/2037110/948.gif)
![способ измерения расстояния и устройство для его осуществления, патент № 2037848](/images/patents/436/2037110/948.gif)
![способ измерения расстояния и устройство для его осуществления, патент № 2037848](/images/patents/436/2037053/183.gif)
![способ измерения расстояния и устройство для его осуществления, патент № 2037848](/images/patents/436/2037110/948.gif)
![способ измерения расстояния и устройство для его осуществления, патент № 2037848](/images/patents/436/2037053/183.gif)
![способ измерения расстояния и устройство для его осуществления, патент № 2037848](/images/patents/436/2037110/948.gif)
![способ измерения расстояния и устройство для его осуществления, патент № 2037848](/images/patents/436/2037848/2037848-2t.gif)
![способ измерения расстояния и устройство для его осуществления, патент № 2037848](/images/patents/436/2037848/2037848-3t.gif)
Известен способ измерения расстояния, использующий понятие инвариантной скорости Синв, которая функционально выражается через Сф и групповую Сг скорости распространения акустического сигнала в водоеме типа волновода и для различных лучевых траекторий сохраняет постоянное значение. Для однородных водоемов и неоднородных водоемов малой глубины инвариантная скорость определяется соотношением
Синв2 Сф
![способ измерения расстояния и устройство для его осуществления, патент № 2037848](/images/patents/436/2037008/729.gif)
![способ измерения расстояния и устройство для его осуществления, патент № 2037848](/images/patents/436/2037159/969.gif)
![способ измерения расстояния и устройство для его осуществления, патент № 2037848](/images/patents/436/2037271/937.gif)
![способ измерения расстояния и устройство для его осуществления, патент № 2037848](/images/patents/436/2037159/969.gif)
![способ измерения расстояния и устройство для его осуществления, патент № 2037848](/images/patents/436/2037047/916.gif)
![способ измерения расстояния и устройство для его осуществления, патент № 2037848](/images/patents/436/2037061/981.gif)
![способ измерения расстояния и устройство для его осуществления, патент № 2037848](/images/patents/436/2037271/937.gif)
![способ измерения расстояния и устройство для его осуществления, патент № 2037848](/images/patents/436/2037159/969.gif)
![способ измерения расстояния и устройство для его осуществления, патент № 2037848](/images/patents/436/2037271/937.gif)
![способ измерения расстояния и устройство для его осуществления, патент № 2037848](/images/patents/436/2037047/916.gif)
![способ измерения расстояния и устройство для его осуществления, патент № 2037848](/images/patents/436/2037061/981.gif)
![способ измерения расстояния и устройство для его осуществления, патент № 2037848](/images/patents/436/2037159/969.gif)
r
![способ измерения расстояния и устройство для его осуществления, патент № 2037848](/images/patents/436/2037848/2037848-4t.gif)
![способ измерения расстояния и устройство для его осуществления, патент № 2037848](/images/patents/436/2037053/183.gif)
![способ измерения расстояния и устройство для его осуществления, патент № 2037848](/images/patents/436/2037848/2037848-5t.gif)
![способ измерения расстояния и устройство для его осуществления, патент № 2037848](/images/patents/436/2037053/183.gif)
![способ измерения расстояния и устройство для его осуществления, патент № 2037848](/images/patents/436/2037848/2037848-6t.gif)
![способ измерения расстояния и устройство для его осуществления, патент № 2037848](/images/patents/436/2037848/2037848-7t.gif)
r
![способ измерения расстояния и устройство для его осуществления, патент № 2037848](/images/patents/436/2037848/2037848-8t.gif)
![способ измерения расстояния и устройство для его осуществления, патент № 2037848](/images/patents/436/2037053/183.gif)
tг=
![способ измерения расстояния и устройство для его осуществления, патент № 2037848](/images/patents/436/2037848/2037848-9t.gif)
![способ измерения расстояния и устройство для его осуществления, патент № 2037848](/images/patents/436/2037848/2037848-10t.gif)
![способ измерения расстояния и устройство для его осуществления, патент № 2037848](/images/patents/436/2037053/964.gif)
![способ измерения расстояния и устройство для его осуществления, патент № 2037848](/images/patents/436/2037848/2037848-11t.gif)
![способ измерения расстояния и устройство для его осуществления, патент № 2037848](/images/patents/436/2037053/964.gif)
P1(t), P2(t) сигналы, принятые в двух точках приема;
Т1, Т2 предварительно орпеделенные временные интервалы; причем Т2 < Т1 < Т, где Т период излучаемого импульсного сигнала. Поставленная задача решается также тем, что в устройство для измерения расстояния до контрольного объекта, содержащее на контролирующем объекте генератор сигналов, выход которого соединен с первым входом перемножителя, усилитель мощности, вход которого соединен с выходом перемножителя, а выход с акустическим излучателем, на контролируемом объекте последовательно соединенные первый акустический приемник, первый усилитель и первый фильтр, последовательно соединенные второй акустический приемник, второй усилитель и второй фильтр, блок задания инвариантной скорости, вычислитель, первый вход которого соединен с выходом блока задания инвариантной скорости, а выход с входом индикатора, причем первый и второй акустические приемники разнесены на заданное расстояние в направлении распространения волны, в соответствии с изобретением введены на контролирующем объекте первый синхронизатор и модулятор, вход которого соединен с выходом первого синхронизатора, а выход с вторым входом перемножителя, на контролируемом объекте синхронизированный с первым синхронизатором второй синхронизатор, выход которого соединен с вторым входом вычислителя, и блок задания временных интервалов, выход которого соединен с третьим входом вычислителя, при этом четвертый и пятый входы вычислителя соединены с выходами первого и второго фильтров. Использование импульсного режима работы и селективного приема полезных сигналов с помощью временных интервалов Т1 < Т, Т2 < Т1 позволяют исключить влияние отраженных сигналов на процедуру вычисления tф, tг и тем самым уменьшить погрешность вычисления расстояния. Временной интервал Т1 выбирается таким, чтобы при определении группового времени учитывалась вся эффективная длительность принятого акустического сигнала Т2, искаженного дисперсией, однако, импульсы, отраженные от границ водоема, не попадают в этот интервал. Аналогично, длительность временного интервала (-Т2, Т2) выбирается такой, чтобы при определении фазового времени запаздывания сигнала Р2(t) относительно сигнала Р1(t) учитывался весь эффективный интервал функции корреляции К12(
![способ измерения расстояния и устройство для его осуществления, патент № 2037848](/images/patents/436/2037053/964.gif)
Po(t) излученный акустический сигнал длительностью
![способ измерения расстояния и устройство для его осуществления, патент № 2037848](/images/patents/436/2037053/964.gif)
P1(t) акустический сигнал, принятый первым гидрофоном, состоящий из прямого сигнала P11(t), искаженного дисперсией, и отраженного от границы водоема сигнала Р12(t);
P2(t) акустический сигнал, принятый вторым гидрофоном, состоящий из прямого сигнала P21(t), искаженного дисперсией, и отраженного от границ водоема сигнала P22(t);
Т2 эффективная длительность сигналов P11(t); P21(t);
То начальный момент прихода сигнала P1(t). На фиг.2 изображена блок-схема устройства для измерения расстояния. Для осуществления предлагаемого способа (см. фиг.1) необходима реализация алгоритмов (3), (4), для чего предварительно устанавливают значения временных интервалов Т1 То(1 +
![способ измерения расстояния и устройство для его осуществления, патент № 2037848](/images/patents/436/2037047/916.gif)
![способ измерения расстояния и устройство для его осуществления, патент № 2037848](/images/patents/436/2037047/916.gif)
![способ измерения расстояния и устройство для его осуществления, патент № 2037848](/images/patents/436/2037047/916.gif)
![способ измерения расстояния и устройство для его осуществления, патент № 2037848](/images/patents/436/2037053/964.gif)
![способ измерения расстояния и устройство для его осуществления, патент № 2037848](/images/patents/436/2037047/916.gif)
![способ измерения расстояния и устройство для его осуществления, патент № 2037848](/images/patents/436/2037047/916.gif)
![способ измерения расстояния и устройство для его осуществления, патент № 2037848](/images/patents/436/2037047/916.gif)
![способ измерения расстояния и устройство для его осуществления, патент № 2037848](/images/patents/436/2037053/964.gif)
![способ измерения расстояния и устройство для его осуществления, патент № 2037848](/images/patents/436/2037159/969.gif)