[go: up one dir, main page]

RU2097785C1 - Phase parametric sonar - Google Patents

Phase parametric sonar Download PDF

Info

Publication number
RU2097785C1
RU2097785C1 RU95101370A RU95101370A RU2097785C1 RU 2097785 C1 RU2097785 C1 RU 2097785C1 RU 95101370 A RU95101370 A RU 95101370A RU 95101370 A RU95101370 A RU 95101370A RU 2097785 C1 RU2097785 C1 RU 2097785C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
output
input
signal
phase
control
Prior art date
Application number
RU95101370A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU95101370A (en
Inventor
Н.В. Гуляев
О.К. Кочергин
А.Н. Новик
А.Н. Яковлев
Original Assignee
Новосибирский государственный технический университет
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 Новосибирский государственный технический университет filed Critical Новосибирский государственный технический университет
Priority to RU95101370A priority Critical patent/RU2097785C1/en
Publication of RU95101370A publication Critical patent/RU95101370A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2097785C1 publication Critical patent/RU2097785C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Measurement Of Velocity Or Position Using Acoustic Or Ultrasonic Waves (AREA)

Abstract

FIELD: echo-sounding measuring systems, intended for classifying of bottom deposits and for detection and classifying of bottom and bottomside objects according to the acoustic impedance. SUBSTANCE: phase parametric sonar uses series-connected synchronizer 1, RF pulse generator 2, power amplifier 3, radiator 4, series-connected phase-shift meter 10 and indicator 11, two selective amplifiers 8 and 9, whose outputs are connected to the respective inputs of phase-shifter 10. The sonar has control signal generator 5 and series-connected audio-frequency antenna 6 and difference frequency signal amplifier 7, whose output is connected to the inputs of selective amplifiers 8 and 9, the control input of the first of them is connected to the first control output of RF pulse generator 2, and the control input of the other - to the output of control signal generator 5, whose two inputs are connected respectively to the two control outputs of RF pulse generator 2. The phase parametric sonar features a wide operating frequency band (more than an octave). EFFECT: enhanced accuracy and truth of the results of echo-signal phase-shift measurement. 3 cl, 11 dwg

Description

Bзобретение относится к гидроакустическим измерительным системам и предназначено для классификации донных отложений, а также для обнаружения и классификации донных и придонных объектов по акустическому импедансу. Классификация типов донных грунтов и объектов локации по акустическому импедансу осуществляется с помощью бигармонического сигнала с кратными частотами [1, 2] Получение многочастотных сигналов, жестко связанных по фазе, обеспечивается благодаря применению параметрического возбуждения излучателя. The invention relates to hydroacoustic measuring systems and is intended for the classification of bottom sediments, as well as for the detection and classification of bottom and bottom objects by acoustic impedance. The classification of types of bottom soils and location objects by acoustic impedance is carried out using a biharmonic signal with multiple frequencies [1, 2]. Receiving multi-frequency signals that are rigidly coupled in phase is ensured by the use of parametric excitation of the emitter.

Известен ряд устройств для определения характеристик и дистанционной классификации подводных объектов с использованием фазочастотных характеристик (ФЧХ) [1] Применение обычных линейных антенн в устройствах подобного типа (например, патент ФРГ N 2006153) связано с рядом недостатков: излучающий преобразователь должен быть весьма широкополосным (не менее октавы), генераторные блоки должны иметь идентичные ФЧХ, кроме того, в результате неоднородностей в воде нарушается фазовый синхронизм излучаемых сигналов. There are a number of devices for determining the characteristics and remote classification of underwater objects using phase-frequency characteristics (PFC) [1] The use of conventional linear antennas in devices of this type (for example, the Federal Republic of Germany patent No. 2006153) is associated with a number of disadvantages: the radiating converter must be very broadband (not less than an octave), the generator blocks must have identical phase response, in addition, as a result of inhomogeneities in the water, the phase synchronism of the emitted signals is broken.

Известное устройство [3] принятое в качестве прототипа, содержит последовательно соединенные синхронизатор, генератор радиоимпульса, усилитель мощности и акустический излучатель, два канала усиления эхосигнала, каждый из которых содержит последовательно соединенные приемный преобразователь, избирательный (резонансный) усилитель и амплитудный ограничитель, а также удвоитель частоты, фазовый детектор и индикатор, подключенный к выходу фазового детектора, первый вход которого связан через удвоитель частоты с выходом первого канала усиления эхосигнала, а второй с выходом второго канала усиления. The known device [3] adopted as a prototype, contains a serially connected synchronizer, a radio pulse generator, a power amplifier and an acoustic emitter, two echo signal amplification channels, each of which contains a serially connected receiving transducer, a selective (resonant) amplifier and an amplitude limiter, as well as a doubler frequency, phase detector and indicator connected to the output of the phase detector, the first input of which is connected through the frequency doubler to the output of the first channel eniya echo signal, and the second with the output of the second channel gain.

В этом устройстве акустический излучатель работает в режиме излучения импульсного гармонического колебания [3] В среде из-за ее нелинейности происходит формирование гармоник с частотами, кратными частоте излучаемого сигнала f0, т. е. 2f0, 3f0 и т.д. При отражении от подводного объекта или донного грунта происходит изменение (сдвиг) фазы гармоник, обусловленное отличием акустического импеданса объекта от импеданса воды. Первая и вторая гармоники эхосигналов используются для определения этого фазового сдвига.In this device, the acoustic emitter operates in the mode of emission of pulsed harmonic oscillations [3] In the medium, due to its nonlinearity, harmonics are formed with frequencies that are multiples of the frequency of the emitted signal f 0 , ie 2f 0 , 3f 0 , etc. When reflected from an underwater object or bottom soil, a change (shift) in the phase of harmonics occurs due to the difference in the acoustic impedance of the object from the water impedance. The first and second harmonics of the echo signals are used to determine this phase shift.

Устройство-прототип обладает целым рядом существенных недостатков, основным из которых является малый частотный диапазон измерения ФЧХ объектов локации. Последний ограничивается широкополосностью как передающей, так и приемных антенн, и в данном устройстве, составляет не более нескольких процентов от несущей частоты ( в пределах полосы пропускания антенн). The prototype device has a number of significant drawbacks, the main of which is the small frequency range for measuring the phase response of location objects. The latter is limited by the broadband of both the transmitting and receiving antennas, and in this device, it is no more than a few percent of the carrier frequency (within the antenna bandwidth).

Необходимо также иметь в виду, что высокочастотные колебания не проникают в толщу грунта и объекта и поэтому не могут использоваться для классификации донных осадков, а также для обнаружения и классификации заиленных объектов. It must also be borne in mind that high-frequency oscillations do not penetrate into the soil and object and therefore cannot be used to classify bottom sediments, as well as to detect and classify silted objects.

Другими существенными недостатками прототипа являются низкие точность и достоверность измерения фазового сдвига. Связано это с тем, что измеритель фазового сдвига выполнен на базе фазового детектора с предварительным удвоением частоты колебаний первой гармоники эхосигнала. Как известно [5] значение сигнала на выходе фазового детектора, являющееся в данном случае оценкой фазового сдвига, зависит не только от разности фаз входных сигналов, но и от их амплитуд. Влияние амплитуд входных сигналов на результат измерения уменьшают с помощью амплитудных ограничителей на входе фазового детектора. Естественно, что погрешность работы амплитудных ограничителей, особенно при большом динамическом диапазоне входных сигналов, существенно влияет на результат измерения. Качество работы фазового детектора также в сильной степени зависит от симметрии схемы и стабильности параметров ее элементов. Other significant disadvantages of the prototype are low accuracy and reliability of the measurement of phase shift. This is due to the fact that the phase shift meter is based on a phase detector with preliminary doubling of the frequency of oscillations of the first harmonic of the echo signal. As is known [5], the value of the signal at the output of the phase detector, which in this case is an estimate of the phase shift, depends not only on the phase difference of the input signals, but also on their amplitudes. The influence of the amplitudes of the input signals on the measurement result is reduced by amplitude limiters at the input of the phase detector. Naturally, the error in the operation of the amplitude limiters, especially with a large dynamic range of input signals, significantly affects the measurement result. The quality of the phase detector also strongly depends on the symmetry of the circuit and the stability of the parameters of its elements.

Кроме того, при измерении разности фаз импульсных сигналов (длительностью 10 15 периодов несущей частоты) возникает проблема в реализации высокого быстродействия измерителя фазы при низком уровне пульсаций выходного сигнала. При этом постоянная времени нагрузки фазового детектора должна удовлетворять противоречивым требованиям. С одной стороны, значение ее должно быть меньше 1 -2 периодов несущей частоты, а с другой существенно превышать этот период. In addition, when measuring the phase difference of pulsed signals (with a duration of 10 15 periods of the carrier frequency), a problem arises in realizing high speed of the phase meter with a low level of ripple of the output signal. In this case, the load time constant of the phase detector must satisfy conflicting requirements. On the one hand, its value should be less than 1 -2 periods of the carrier frequency, and on the other, significantly exceed this period.

Задачей предлагаемого изобретения является создание фазового параметрического гидролокатора, работающего в широком частотном диапазоне, а также обладающего повышенной точностью и достоверностью измерения ФЧХ-объектов локации. Это достигается тем, что для измерения ФЧХ используются бигармонические эхосигналы волн разностных частот (ВРЧ), возникающие в среде при излучении сигнала с внутриимпульсной амплитудной модуляцией, а также усиление эхосигналов ВРЧ осуществляется путем двойного преобразования частоты и измерение собственно фазового сдвига выполняется на основе фиксирования моментов перехода через "нуль" эхосигналами ВРЧ: второй гармоникой в положительном направлении, а первой в обоих направлениях. The objective of the invention is the creation of a phase parametric sonar operating in a wide frequency range, as well as with increased accuracy and reliability of the measurement of phase response objects of the location. This is achieved by the fact that bi-harmonic echo signals of difference frequency waves (VChF) are used to measure the phase response, arising in the medium when a signal is emitted with in-pulse amplitude modulation, as well as amplification of the echo signals of the VChF is carried out by double frequency conversion and the measurement of the actual phase shift is carried out on the basis of fixing the transition moments through the “zero” echo of the RF: second harmonic in the positive direction, and the first in both directions.

Указанный технический эффект достигается тем, что в известный гидролокатор, содержащий последовательно соединенные синхронизатор, генератор радиоимпульса, усилитель мощности и излучатель, последовательно соединенные измеритель фазового сдвига и индикатор и два избирательных усилителя, выходы каждого из которых соединены с соответствующими входами измерителя фазового сдвига, введены формирователь управляющего сигнала и последовательно соединенные низкочастотная антенна и усилитель сигналов разностных частот, выход которого подключен к входам избирательных усилителей, управляющий вход первого из которых подключен к первому выходу управления генератора радиоимпульса, а управляющий вход второго к выходу формирователя управляющего сигнала, два входа которого соединены соответственно с двумя выходами управления генератора радиоимпульса. The specified technical effect is achieved by the fact that a shaper is introduced into the well-known sonar, which contains a serially connected synchronizer, a radio pulse generator, a power amplifier and an emitter, a serially connected phase shift meter and an indicator, and two selective amplifiers, the outputs of each of which are connected to the corresponding inputs of the phase shift meter a control signal and a series-connected low-frequency antenna and an amplifier of signals of difference frequencies, the output of which is sub li ne selective amplifiers to the inputs, a first control input of which is connected to the first output of the control radio pulse generator, and the second control input to the output driver control signal, two inputs of which are connected respectively with two control outputs radio pulse generator.

В предложенном гидролокаторе избирательные усилители могут быть выполнены по схеме с двойным преобразованием частоты и содержат последовательно соединенные первый перемножитель сигналов, полосовой фильтр с фиксированной настройкой, второй перемножитель сигналов и фильтр нижних частот (ФНЧ), выход которого является выходом усилителя, входом которого является сигнальный вход первого перемножителя сигналов, управляющий вход которого соединен параллельно с управляющим входом второго перемножителя сигналов и является управляющим входом избирательного усилителя. In the proposed sonar, selective amplifiers can be performed according to the double frequency conversion scheme and contain in series the first signal multiplier, a fixed-bandpass filter, a second signal multiplier and a low-pass filter (LPF), the output of which is the output of the amplifier, the input of which is a signal input the first signal multiplier, the control input of which is connected in parallel with the control input of the second signal multiplier and is the control input ohm selective amplifier.

В предложенном гидролокаторе измеритель фазового сдвига может содержать два фиксатора нулевого уровня, RS-триггер и последовательно соединенные масштабный генератор, счетчик, регистр и цифроаналоговый преобразователь, выход которого является выходом измерителя фазового сдвига, парой входов которого являются соответственно входы фиксаторов нулевого уровня, выход первого из которых подключен к входу S RS-триггера, а выход второго к входу R RS-триггера, выход которого соединен с входом разрешения счета счетчика и входом записи регистра. In the proposed sonar, the phase shift meter can contain two zero-level detectors, an RS trigger and a series-connected scale generator, a counter, a register and a digital-to-analog converter, the output of which is the output of the phase shift meter, the pair of inputs of which are respectively the inputs of the zero level latches, the first of which which is connected to the input S of the RS-flip-flop, and the output of the second to the input R of the RS-flip-flop, the output of which is connected to the counter resolution enable input and the register entry input.

На фиг. 1 дана структурная схема предлагаемого гидролокатора; на фиг. 2
5 структурные схемы отдельных его блоков: фиг. 2 генератора радиоимпульса, фиг. 3 формирователя управляющего сигнала, фиг. 4 избирательного усилителя (одной из гармоник эхосигнала ВРЧ), фиг. 5 измерителя фазового сдвига; на фиг. 6 временные диаграммы работы генератора радиоимпульса 2; на фиг. 7 - осциллограммы на выходе блоков 3, 6 9; на фиг. 8 и 9 -спектральные диаграммы (спектрограммы), поясняющие принцип функционирования избирательного усилителя и формирователя управляющего сигнала; на фиг. 10 временные диаграммы работы измерителя фазового сдвига; на фиг. 11 осциллограммы сигналов, полученных в натурном эксперименте.
In FIG. 1 is a structural diagram of the proposed sonar; in FIG. 2
5 structural diagrams of its individual blocks: FIG. 2 radio pulse generators, FIG. 3 shaper control signal, FIG. 4 of a selective amplifier (one of the harmonics of the RF echo), FIG. 5 phase shift meters; in FIG. 6 time diagrams of the operation of the radio pulse generator 2; in FIG. 7 - oscillograms at the output of blocks 3, 6 9; in FIG. 8 and 9 are spectral diagrams (spectrograms) explaining the principle of operation of the selective amplifier and driver of the control signal; in FIG. 10 timing diagrams of the phase shift meter; in FIG. 11 oscillograms of signals obtained in a full-scale experiment.

Фазовый параметрический гидролокатор (фиг. 1) содержит синхронизатор 1, генератор радиоимпульса (ГРИ) 2, усилитель мощности 3, излучатель 4, формирователь управляющего сигнала (ФУС) 5, приемную низкочастотную антенну 6, усилитель сигналов разностных частот (УСРЧ) 7, избирательные усилители 8 и 9, измеритель фазового сдвига (ИФС) 10, индикатор 11. The phase parametric sonar (Fig. 1) contains a synchronizer 1, a radio pulse generator (GRI) 2, a power amplifier 3, an emitter 4, a driver of the control signal (FUS) 5, a receiving low-frequency antenna 6, an amplifier of signals of difference frequencies (UDMF) 7, selective amplifiers 8 and 9, phase shift meter (IFS) 10, indicator 11.

Синхронизатор 1, генератор радиоимпульса 2, усилитель мощности 3 и излучатель 4 соединены последовательно. Два выхода управления генератора радиоимпульса 2 подключены к соответствующим входам формирователя управляющего сигнала 5. Приемная низкочастотная антенна 6 включена на входе усилителя сигналов разностных частот 7, выход которого соединен с входами избирательных усилителей 8 и 9, управляющие входы которых подключены соответственно к первому выходу управления генератора радиоимпульса 2 и выходу формирователя управляющего сигнала 5. Выход каждого избирательного усилителя 8 и 9 подключен к соответствующему входу измерителя фазового сдвига 10, выход которого соединен с входом индикатора 11. The synchronizer 1, the radio pulse generator 2, the power amplifier 3 and the emitter 4 are connected in series. Two control outputs of the radio pulse generator 2 are connected to the corresponding inputs of the driver of the control signal 5. The receiving low-frequency antenna 6 is connected to the input of the difference signal amplifier 7, the output of which is connected to the inputs of the selective amplifiers 8 and 9, the control inputs of which are connected respectively to the first control output of the radio pulse generator 2 and the output of the driver of the control signal 5. The output of each selective amplifier 8 and 9 is connected to the corresponding input of the phase shift meter 10, whose output is connected to the input 11 of the indicator.

Синхронизатор 1 может быть выполнен в виде последовательно соединенных задающего генератора и счетчика. В качестве задающего генератора используется мультивибратор на таймере 1006ВИ1 [4] а счетчик выполняется на стандартных микросхемах 176 или 561 серий (например, К176ИЕ8). The synchronizer 1 can be made in the form of series-connected master oscillator and counter. As the master oscillator, a multivibrator on the timer 1006VI1 [4] is used and the counter is run on standard microcircuits of 176 or 561 series (for example, K176IE8).

Генератор радиоимпульса (ГРИ) 2, пример реализации которого приведен на фиг. 2, содержит два синхронизированных генератора 12 и 13 соответственно с частотами fн и fг1 последовательно соединенные первый перемножитель сигналов 14, фильтр нижних частот (ФНЧ) 15, второй перемножитель сигналов 16, электронный ключ 17 и ждущий мультивибратор 18, вход которого соединен с выходом синхронизатора 1, а выход подключен к управляющему входу электронного ключа 17, выход которого является выходом ГРИ 2. Выходы генераторов 12 и 13, представляющие собой соответственно первый и второй выходы управления ГРИ 2, подключены соответственно к первому и второму входам первого перемножителя 14, а выход генератора 12 подключен также к второму входу перемножителя 16. Входы синхронизации генераторов 12 и 13 соединены между собой и являются входом генератора радиоимпульса 2. Перемножители реализуются на микросхемах (типа К140МА1, К525ПС1 -К525ПС3 и др. ). ФНЧ выполнен как традиционный баттервортовский фильтр на LC-элементах и имеет полосу пропускания (порядка 30 кГц), достаточную для пропускания разностной частоты F fн fн1. Генераторы 12 и 13, электронный ключ и ждущий мультивибратор строятся по типовым схемам.Radio pulse generator (GRI) 2, an example of implementation of which is shown in FIG. 2 contains two synchronized generators 12 and 13, respectively, with frequencies f n and f g1 , the first signal multiplier 14, the low-pass filter (LPF) 15, the second signal multiplier 16, the electronic key 17 and the standby multivibrator 18, the input of which is connected to the output, are connected in series synchronizer 1, and the output is connected to the control input of the electronic key 17, the output of which is the output of the GRI 2. The outputs of the generators 12 and 13, which are the first and second outputs of the control of the GRI 2, respectively, are connected to the first and the second inputs of the first multiplier 14, and the output of the generator 12 is also connected to the second input of the multiplier 16. The synchronization inputs of the generators 12 and 13 are interconnected and are the input of the radio pulse generator 2. The multipliers are implemented on microcircuits (such as K140MA1, K525PS1-K525PS3, etc.) . The low-pass filter is designed as a traditional Butterworth filter based on LC elements and has a passband (of the order of 30 kHz) sufficient to transmit the difference frequency F f n f n1 . Generators 12 and 13, an electronic key and a standby multivibrator are built according to standard schemes.

Усилитель мощности 3 выполняется по типовой схеме двухтактного усилителя мощности на транзисторах типа КТ847А. Power amplifier 3 is performed according to a typical circuit of a push-pull power amplifier based on KT847A transistors.

Излучатель 4 может быть выполнен на основе пьезокерамики. В действующем макете фазового параметрического гидролокатора применен круглый излучатель диаметром 100 мм на основе пьезокерамики типа Т5К. Резонансная частота 300 кГц, диаграмма направленности (ДН) антенны на частотах накачки в обеих плоскостях имеет ширину порядка 4o.The emitter 4 can be made on the basis of piezoceramics. In the current model of the phase parametric sonar, a round radiator with a diameter of 100 mm based on piezoceramics of the T5K type is used. The resonant frequency of 300 kHz, the radiation pattern (LH) of the antenna at the pump frequencies in both planes has a width of the order of 4 o .

Формирователь управляющего сигнала (ФУС) 5 (фиг. 3) содержит последовательно соединенные два перемножителя сигналов 19 и 20 и ФНЧ 21, причем два входа первого перемножителя 19 объединены и являются первым входом ФУС, второй вход второго перемножителя 20 является вторым входом ФУС, а выход ФНЧ 21 выходом формирователя управляющего сигнала. The control signal generator (FCS) 5 (Fig. 3) contains two signal multipliers 19 and 20 and the low-pass filter 21 connected in series, the two inputs of the first multiplier 19 being combined and being the first input of the FSF, the second input of the second multiplier 20 being the second input of the FSF, and the output Low-pass filter 21 by the output of the driver of the control signal.

В качестве приемной низкочастотной антенны 6 может быть использован стандартный гидрофон типа 1П-2Г, имеющий рабочий диапазон частот от 0,5 Гц до 20 кГц и чувствительность 180, 150 и 120 мкВ/Па соответственно на частотах 2, 10 и 20 кГц. As a receiving low-frequency antenna 6, a standard 1P-2G hydrophone with a working frequency range from 0.5 Hz to 20 kHz and a sensitivity of 180, 150 and 120 μV / Pa, respectively, at frequencies of 2, 10 and 20 kHz can be used.

Усилитель сигналов разностных частот (УСРЧ) 7 представляет собой последовательно соединенные ФНЧ с полосой пропускания, достаточной для пропускания эхосигналов волн разностных частот (F и 2F), и усилитель нижних частот, выполненный, например, на базе стандартного операционного усилителя - на базе микросхемы К548УН1. The differential frequency signal amplifier (UDMF) 7 is a series-connected low-pass filter with a passband sufficient to transmit the echo signals of the difference frequency waves (F and 2F), and a low-frequency amplifier made, for example, on the basis of a standard operational amplifier based on the K548UN1 chip.

Избирательные усилители 8 и 9 выполнены по схеме двойного преобразования частоты (фиг. 4) и содержат последовательно соединенные первый перемножитель сигналов 22, полосовой фильтр 23 с фиксированной настройкой, второй перемножитель сигналов 24 и ФНЧ 25, выход которого является выходом избирательного усилителя, входом которого служит сигнальный вход первого перемножителя сигналов 22, управляющий вход которого соединен параллельно с управляющим входом второго перемножителя сигналов 24 и является управляющим входом избирательного усилителя. The selective amplifiers 8 and 9 are made according to the double frequency conversion scheme (Fig. 4) and contain in series the first signal multiplier 22, a fixed-bandpass filter 23, the second signal multiplier 24 and the low-pass filter 25, the output of which is the output of the selective amplifier, the input of which serves the signal input of the first signal multiplier 22, the control input of which is connected in parallel with the control input of the second signal multiplier 24 and is the control input of the selective amplifier.

Измеритель фазового сдвига (ИФС) 10, схема реализации которого приведена на фиг. 5, содержит два фиксатора нулевого уровня 26 и 27, RS-триггер 28 и последовательно соединенные масштабный генератор 29, счетчик 30, регистр 31 и цифроаналоговый преобразователь (ЦАП) 32, выход которого является выходом измерителя фазового сдвига, два входа которого являются входами соответственно первого и второго фиксаторов нулевого уровня 26 и 27, выход первого из которых подключен к входу S RS-триггера 28, а выход второго к входу R RS-триггера 28, выход которого соединен с входом разрешения счета счетчика 30 и входом записи регистра 31. The phase shift meter (IFS) 10, the implementation diagram of which is shown in FIG. 5, contains two zero-level latches 26 and 27, an RS flip-flop 28, and a scale generator 29, a counter 30, a register 31, and a digital-to-analog converter (DAC) 32, the output of which is the output of a phase shift meter, the two inputs of which are inputs of the first, respectively, in series and the second zero-level latches 26 and 27, the output of the first of which is connected to the input S of the RS-flip-flop 28, and the output of the second to the input R of the RS-flip-flop 28, the output of which is connected to the counter resolution input of the counter 30 and the register write input 31.

В основу работы гидролокатора, предназначенного для классификации донных отложений и объектов локации, положено исследование их фазочастотных характеристик (ФЧХ) с помощью бигармонических фазосвязанных сигналов, образующихся в среде при излучении сигналов с внутриимпульсной амплитудной модуляцией. Модуляция несущего колебания осуществляется гармоническим сигналом с частотой F. В спектре такого колебания содержатся три частотные компоненты (fн, fн F, fн + F), между которыми происходит нелинейное взаимодействие в среде. В результате образуются колебания с комбинационными частотами (fкомб kfн + m•(fн + F)+n•(fн F)), в том числе и волны разностных частот (F, 2F). Результатом взаимодействия колебания несущей частоты (fн) с каждой из боковых компонент (fн F, fн + F) является формирование в среде первой гармоники ВРЧ с частотой F. Взаимодействие боковых компонент АМ-колебания между собой обеспечивает обpазованиe второй гармоники ВРЧ с частотой 2F. Исследование фазовой структуры эхосигналов ВРЧ позволяет осуществить классификацию объектов по их акустической жесткости. В отличии от известного в предлагаемом гидролокаторе исследование ФЧХ объектов локации просто реализуется в широком диапазоне частот (более двух октав) путем изменения частоты модуляции излучаемого сигнала. При этом прием эхосигналов ВРЧ обеспечивается одной низкочастотной антенной.The sonar designed to classify bottom sediments and location objects is based on the study of their phase-frequency characteristics (PFC) using biharmonic phase-coupled signals generated in the medium when signals are emitted with intrapulse amplitude modulation. The carrier oscillation is modulated by a harmonic signal with a frequency F. The spectrum of such an oscillation contains three frequency components (f n , f n F, f n + F), between which there is a nonlinear interaction in the medium. As a result, oscillations with combination frequencies (f comb kf n + m • (f n + F) + n • (f n F)) are formed, including waves of difference frequencies (F, 2F). The result of the interaction of the carrier frequency fluctuation (f n ) with each of the side components (f n F, f n + F) is the formation of the first harmonic of the VGF with the frequency F. The interaction of the side components of the AM vibration with each other ensures the formation of the second harmonic of the VGF with the frequency 2F. The study of the phase structure of the echo signals of the RF allows the classification of objects according to their acoustic rigidity. In contrast to the known in the proposed sonar, the study of the phase response of location objects is simply implemented in a wide frequency range (more than two octaves) by changing the modulation frequency of the emitted signal. In this case, the reception of echo signals of the RF is provided by one low-frequency antenna.

Предлагаемый гидролокатор функционирует следующим образом. The proposed sonar operates as follows.

Синхронизатор 1 задает временной режим работы гидролокатора и вырабатывает импульсный сигнал синхронизации (U1 на фиг. 6,а), обеспечивающий периодически привязку фазы колебаний генераторов 12 и 13 ГРИ 2.Synchronizer 1 sets the time mode of the sonar and generates a pulsed synchronization signal (U 1 in Fig. 6, a), which provides periodically binding phase oscillations of the generators 12 and 13 of the GRI 2.

ГРИ 2 обеспечивает формирование импульса с требуемыми характеристиками и может быть выполнен, например, по схеме фиг. 2. Генераторы 12 и 13 формируют гармонические колебания U12 и U13 (фиг. 6,б,в) с частотами fн и fr1 соответственно. Генераторы 12 и 13 работают в режиме синхронизации -колебания U12 и U13 принудительно срываются на время действия сигнала синхронизации UI (фиг. 6,а,б,в). Длительность импульса синхронизации τсинхр выбирается таким образом, чтобы за время его действия все переходные процессы в генераторах после срыва колебаний закончились. По окончании импульса синхронизации осуществляется запуск генераторов 12 и 13. Причем колебания этих генераторов после запуска начинаются всегда с одной и той же фазы. В перемножителе 14 происходит аналоговое перемножение колебаний U12 и U13 (соответственно с частотами fн и fг1). Результирующее колебание U14 (эпюра г на фиг. 6) представляет сумму двух гармонических колебаний с частотами fн + fг1 и F fн fг1. Фильтр 15 выделяет колебание U15 разностной частоты F (эпюра д), которое поступает на первый вход (вход X1) перемножителя 16 На второй вход (вход Х2) подается напряжение смещения U0, а на третий (вход У1) колебание U12 несущей частоты fн. На выходе блока 16 формируется колебание U16 (эпюра е)

Figure 00000002

где k коэффициент пропорциональности (определяется типом перемножителя);
U = kUoUω амплитуда несущего колебания;
M = UΩ/Uo коэффициент модуляции, очевидно, что значение М может изменяться в широких пределах регулировкой как амплитуды UΩ сигнала с выхода ФНЧ 15, так и смещения U0.GRI 2 provides the formation of a pulse with the required characteristics and can be performed, for example, according to the circuit of FIG. 2. Generators 12 and 13 form harmonic oscillations U 12 and U 13 (Fig. 6, b, c) with frequencies f n and f r1, respectively. Generators 12 and 13 operate in synchronization mode — oscillations of U 12 and U 13 are forced to fail for the duration of the synchronization signal U I (Fig. 6, a, b, c). The duration of the synchronization pulse τ sync is chosen so that during its operation all the transients in the generators after the breakdown of oscillations are over. At the end of the synchronization pulse, the generators 12 and 13 are started. Moreover, the oscillations of these generators after starting always begin with the same phase. In the multiplier 14 is an analogue multiplication of the oscillations U 12 and U 13 (respectively, with frequencies f n and f g1 ). The resulting oscillation U 14 (plot r in Fig. 6) represents the sum of two harmonic oscillations with frequencies f n + f g1 and F f n f g1 . The filter 15 selects the oscillation U 15 of the differential frequency F (plot d), which is fed to the first input (input X1) of the multiplier 16. The bias voltage U 0 is applied to the second input (input X2), and the oscillation U 12 of the carrier frequency is applied to the third input (input X1). f n At the output of block 16, an oscillation U 16 is formed (plot e)
Figure 00000002

where k is the coefficient of proportionality (determined by the type of multiplier);
U = kU o U ω the amplitude of the carrier oscillation;
M = U Ω / U o the modulation coefficient, it is obvious that the value of M can vary widely by adjusting both the amplitude U Ω of the signal from the output of the low-pass filter 15 and the offset U 0 .

Ждущий мультивибратор 18 запускается периодически задним фронтом импульсов синхронизации U1 и формирует импульсы U18 (эпюра ж), замыкающие ключ 17. Пока ключ замкнут на его выход проходит колебание U16. Таким образом формируется радиоимпульс U17 (эпюра з) с внутриимпульсной амплитудной модуляцией
U17 = U(1+MsinΩt)•sinωнt 0 < t < τи.
Радиоимпульсы повторяются периодически с периодом Т сигнала синхронизации U1. При этом начальные фазы несущей частоты (fн) и частоты (F) огибающий постоянны от импульса к импульсу.
The waiting multivibrator 18 is started periodically by the trailing edge of the synchronization pulses U 1 and generates pulses U 18 (diagram w), closing the key 17. As long as the key is closed to its output, the oscillation U 16 passes. In this way, a U 17 radio pulse (curve h) is formed with intrapulse amplitude modulation
U 17 = U (1 + MsinΩt) • sinω n t 0 <t <τ and .
The radio pulses are repeated periodically with a period T of the synchronization signal U 1 . In this case, the initial phases of the carrier frequency (f n ) and frequency (F) envelope are constant from pulse to pulse.

Импульсный сигнал U17 с ГРИ 2 усиливается в усилителе мощности 3 (U3 при M>1 на фиг. 7,а). Особенностью усилителя мощности 3 является высокая линейность амплитудной характеристики, исключающей появление сигнала разностной частоты непосредственно в тракте передачи.The pulse signal U 17 with GRI 2 is amplified in a power amplifier 3 (U 3 at M> 1 in Fig. 7, a). A feature of power amplifier 3 is the high linearity of the amplitude characteristic, eliminating the appearance of a difference frequency signal directly in the transmission path.

Усиленный сигнал подается на излучатель 4 и излучается в воду. При излучении мощных акустических волн вода проявляет нелинейные свойства. Область взаимодействия этих волн представляет собой участок протяженностью 1ВЗ обратно пропорциональный коэффициенту затухания (1ВЗ 1/β). Ширина взаимодействующих пучков волн определяется характеристикой направленности исходных высокочастотных компонент, называемых волнами накачки. Таким образом, первичный излучатель 4 и область взаимодействия 1 представляют собой два основных элемента излучающей параметрической антенны (ИПА).The amplified signal is supplied to the emitter 4 and is radiated into the water. When powerful acoustic waves are emitted, water exhibits nonlinear properties. The interaction region of these waves is a section with a length of 1 WZ inversely proportional to the attenuation coefficient (1 WZ 1 / β). The width of the interacting wave beams is determined by the directivity characteristic of the initial high-frequency components, called pump waves. Thus, the primary emitter 4 and the interaction region 1 are two main elements of a radiating parametric antenna (IPA).

Нелинейное взаимодействие в воде волн накачки с несущей частотой fн, верхней и нижней боковыми частотами fВБ= fн + f и fНБ fн F дает волны комбинационных частот
fкомб kfн + mfВБ + nfНБ, (2)
где k, m, n натуральные числа: 0, 1, 2, 3. т.е. вторые гармоники 2fн, 2fВБ 2(fн + F), 2fНБ 2(fн- F), колебания суммарных частот fн + fВБ 2fн + F, fн + fНБ 2fн F, волны разностных частот F fн- fНБ, 2F fВБ fНБ. Вследствие степенной частотной зависимости затухания (β ~ fn), где n 1 2), волны основных частот, гармоники и волны суммарных частот затухают быстрее, чем волны разностных частот (F, 2F). Поэтому за пределами области взаимодействия 1ВЗ исходных волн будут распространяться исходные волны и ВРЧ, при этом последние распространяются на большие расстояния в силу малого затухания.
Nonlinear interaction of pump waves in water with a carrier frequency f n , upper and lower side frequencies f WB = f n + f and f NB f n F gives waves of combination frequencies
f comb kf n + mf WB + nf NB , (2)
where k, m, n are natural numbers: 0, 1, 2, 3. i.e. second harmonics 2f n , 2f WB 2 (f n + F), 2f NB 2 (f n - F), oscillations of the total frequencies f n + f WB 2f n + F, f n + f NB 2f n F, difference frequency waves F f n - f NB , 2F f WB f NB . Due to the power-law frequency dependence of the attenuation (β ~ f n ), where n 1 2), the waves of the fundamental frequencies, harmonics, and waves of the total frequencies decay faster than the waves of difference frequencies (F, 2F). Therefore, the source waves and the VLF will propagate beyond the interaction region 1 of the VZ of the initial waves, while the latter propagate over long distances due to small attenuation.

Итак, при возбуждении ИПА трехкомпонентным сигналом в воде формируется двухкомпонентный фазосвязанный сигнал ВРЧ:
S(t) = S1sinΩ1t+S2sinΩ2t, 0 ≅ t ≅ τи, (3)
где Ω1 = Ω = 2πF, Ω2 = 2πF2, F2 = 2F.
Эхосигнал, формирующийся при отражении сигнала (3) от объектов, имеет вид:

Figure 00000003

где SЭ1 и SЭ2 амплитуды на частотах F и 2F, зависящие от эффективной площади рассеяния, АЧХ объекта и расстояния D до него;
Φo(Ω) и Φo(2Ω) фазовые сдвиги при отражении на частотах F и 2F, зависящие от акустической "жесткости" объекта.So, when an IPA is excited by a three-component signal in water, a two-component phase-coupled signal of the VLF is formed:
S (t) = S 1 sinΩ 1 t + S 2 sinΩ 2 t, 0 ≅ t ≅ τ and , (3)
where Ω 1 = Ω = 2πF, Ω 2 = 2πF 2 , F 2 = 2F.
The echo signal that forms when the signal (3) is reflected from objects has the form:
Figure 00000003

where S E1 and S E2 amplitudes at frequencies F and 2F, depending on the effective scattering area, the frequency response of the object and the distance D to it;
Φ o (Ω) and Φ o (2Ω) phase shifts upon reflection at frequencies F and 2F, depending on the acoustic "rigidity" of the object.

Антенна 6 принимает эхосигнал ВРЧ (4), шум и высокочастотный эхосигнал. Шум и ВЧ-эхосигнал частично подавляются в самой антенне 6. Выходной сигнал антенны приведен на фиг. 7,б фотографии, полученной при натурных испытаниях действующего макета гидролокатора. Усилитель 7 обеспечивает линейное усиление эхосигнала ВРЧ и дополнительно подавляет высокочастотные колебания, которые могли быть не подавлены самой НЧ-антенной 6 (фиг. 7,в). Особенностью усилителя 7 является наличие на его входе ФНЧ, обеспечивающего подавление ВЧ-сигнала на 50 60 дБ. Antenna 6 receives the RF echo (4), noise, and high frequency echo. The noise and the RF echo signal are partially suppressed in the antenna 6. The antenna output signal is shown in FIG. 7, b of the photograph obtained during field tests of the current layout of the sonar. The amplifier 7 provides a linear amplification of the echo of the RF and additionally suppresses high-frequency oscillations that might not have been suppressed by the low-frequency antenna 6 (Fig. 7, c). A feature of amplifier 7 is the presence of a low-pass filter at its input, which suppresses the RF signal by 50-60 dB.

Предварительно усиленные в блоке 7 сигналы ВРЧ поступают на избирательные усилители 8 и 9, выполненные по схеме (фиг. 4). В усилителях 8 и 9 применено двойное преобразование частоты, что позволяет с помощью полосового фильтра с фиксированной настройкой осуществить фильтрацию нужной гармоники в заданной полосе ВРЧ. Pre-amplified in block 7, the signals of the RF are fed to the selective amplifiers 8 and 9, made according to the scheme (Fig. 4). Amplifiers 8 and 9 use double frequency conversion, which allows using the bandpass filter with a fixed tuning to filter the desired harmonic in a given frequency band.

Принцип функционирования избирательного усилителя 8 или 9 поясняется с помощью спектрограмм на фиг. 8. Для простоты пояснений спектрограммы даны без учета импульсного характера сигналов. The principle of operation of the selective amplifier 8 or 9 is explained using spectrograms in FIG. 8. For simplicity of explanation, the spectrograms are given without taking into account the pulse nature of the signals.

На входе каждого из избирательных усилителей действует сигнал U7, представляющий собой аддитивную смесь колебаний первой и второй гармоник эхосигнала ВРЧ, а также остатков шума. Осциллограмма этого сигнала приведена на фиг. 7,в, а спектрограмма на фиг. 8,а.At the input of each of the selective amplifiers, the signal U 7 acts, which is an additive mixture of the oscillations of the first and second harmonics of the RF echo signal, as well as noise residues. The waveform of this signal is shown in FIG. 7c, and the spectrogram in FIG. 8 a.

Перемножитель 22 ( фиг. 4) осуществляет перенос спектра сигнала U7 с помощью колебания U13 (спектр дан на фиг. 8,б) в область колебаний высокой частоты (фиг. 8, в). Полосовой фильтр 23 с фиксированной настройкой имеет центральную частоту fp, совпадающую с несущей частотой fн генератора 12 (фиг. 8, г). Одна из компонент выходного сигнала U22, а именно компонента с частотой fг1 + F, соответствующая первой гармонике (F) эхосигнала, попадает в полосу пропускания фильтра 23, а остальные компоненты подавляются (фиг. 8, д). При этом независимо от значения частоты F компонента сигнала U22 с частотой fг1 + F всегда будет в полосе фильтра 23, так как в самом генераторе радиоимпульса 2 имеет место соотношение fг1 + F fн. На выходе перемножителя 24 получается двухкомпонентный сигнал U24(t). Далее с помощью ФНЧ 25 выделяется первая гармоника (F) эхосигнала ВРЧ, осциллограмма которой приведена на фиг. 7,г, а спектрограмма на фиг. 8,е.The multiplier 22 (Fig. 4) transfers the spectrum of the signal U 7 using the oscillation U 13 (the spectrum is given in Fig. 8, b) to the high-frequency oscillation region (Fig. 8, c). The fixed-bandpass filter 23 has a center frequency f p matching the carrier frequency f n of the generator 12 (Fig. 8d). One of the components of the output signal U 22 , namely the component with a frequency f g1 + F, corresponding to the first harmonic (F) of the echo signal, falls into the passband of the filter 23, and the remaining components are suppressed (Fig. 8, e). In this case, regardless of the frequency F of the signal component U 22 with a frequency f g1 + F will always be in the band of the filter 23, since in the generator of the radio pulse 2 the relation f g1 + F f n takes place. The output of the multiplier 24 is a two-component signal U 24 (t). Next, with the help of the low-pass filter 25, the first harmonic (F) of the echo of the RF frequency is extracted, the oscillogram of which is shown in FIG. 7d, and the spectrogram in FIG. 8, e.

Аналогичные преобразования претерпевает эхосигнал при фильтрации второй гармоники (2F) ВРЧ с той лишь разницей, что прямой и обратный переносы спектра сигнала осуществляются с помощью колебаний U5 с частотой fг2. Осциллограмма второй гармоники ВРЧ с выхода усилителя 9 дана на фиг. 7,д.The echo signal undergoes similar transformations when filtering the second harmonic of the (2F) HFC with the only difference that the forward and backward transfers of the spectrum of the signal are performed using U 5 oscillations with a frequency f g2 . An oscillogram of the second harmonic of the frequency response from the output of amplifier 9 is given in FIG. 7, d.

Особенностью и достоинством избирательного усилителя является то, что благодаря применению двойного преобразования частоты выделение требуемой гармоники эхосигнала ВРЧ в заданном диапазоне ее изменения осуществляется полосовым фильтром с фиксированной настройкой, а не перестраиваемым фильтром. The peculiarity and advantage of the selective amplifier is that due to the use of double frequency conversion, the required harmonic of the RF echo signal is extracted in a given range of its change by a bandpass filter with a fixed setting, and not a tunable filter.

Для формирования сигнала U5 с частотой fr2, обеспечивающего выделение второй гармоники ВРЧ, используется блок 5, функциональная схема которого приведена на фиг. 3, а поясняющие спектрограммы на фиг. 9. Схема синтезирована в соответствии с равенством
fг2 2fг1 fн (5).
To generate the signal U 5 with a frequency f r2 , which provides the second harmonic of the RF frequency, a block 5 is used, the functional diagram of which is shown in FIG. 3, and the explanatory spectrograms in FIG. 9. The scheme is synthesized in accordance with the equality
f g2 2f g1 f n (5).

Перемножитель 19 удваивает частоту fг1 колебаний U13 (фиг. 9,а) путем умножения входного сигнала самого на себя (kU13•U13= kU 2 г1 sin2ωt = 0,5kU 2 г1 +0,5U 2 г1 sin2ωt Сигнал U19 подается на первый вход (X1) аналогового перемножителя 20, на второй вход (Y1) которого поступает сигнал U12 несущей частоты fн (фиг. 9,б). В результате перемножения спектр выходного колебания U20 будет содержать компоненты с суммарной частотой 2fг1 + fн и разностной частотой fг2 2fг1 fн (фиг. 9,в). Фильтр нижних частот 21, амплитудно-частотная характеристика которого показана штриховой линией на фиг. 9,в, обеспечивает выделение только компоненты с разностной частотой fг2 2fг1 fн.The multiplier 19 doubles the frequency f g1 oscillations U 13 (Fig. 9, a) by multiplying the input signal itself (kU 13 • U 13 = kU 2 g1 sin 2 ωt = 0.5kU 2 g1 + 0.5U 2 g1 sin2ωt The signal U 19 is supplied to the first input (X1) of the analog multiplier 20, to the second input (Y1) of which the signal U 12 of the carrier frequency f n is received (Fig. 9, b). As a result of multiplication, the spectrum of the output oscillation U 20 will contain components with a total frequency of 2f g1 + f n and a difference frequency f g2 2f g1 f n (Fig. 9, c). The low pass filter 21, the amplitude-frequency characteristic of which is shown by the dashed line in FIG. 9c, only components with a difference frequency f g2 2f g1 f n are selected .

Отфильтрованные в усилителях 8 и 9 гармоники ВРЧ поступают на соответствующие входы измерителя фазового сдвига 10, функциональная схема которого представлена на фиг. 5. The tonic harmonics filtered in amplifiers 8 and 9 are fed to the corresponding inputs of the phase shift meter 10, the functional diagram of which is shown in FIG. 5.

В известном устройстве измерение фазового сдвига обеспечивается путем измерения разности фаз, приведенными к одной частоте колебаниями обеих гармоник ВРЧ. Для этого частота колебаний первой гармоники удваивается в умножителе частоты, а затем с помощью фазового детектора сравниваются фазы колебаний преобразованной первой и второй гармоник эхосигнала. Такой способ получения информации о фазовом сдвиге обладает целым рядом недостатков. Результат детектирования зависит не только от разности фаз исследуемых сигналов, но и их амплитуд. В прототипе для уменьшения влияния уровня сигналов на результат измерения применены амплитудные ограничители. Однако, при большом динамическом диапазоне эхосигналов погрешность работы ограничителей существенно сказывается на точности получаемой оценки фазового сдвига. Качество работы фазового детектора в сильной степени зависит от симметрии схемы и стабильности параметров ее элементов. Следует также отметить определенные трудности в согласовании малого уровня пульсаций и достаточно высокого быстродействия. С одной стороны, для получения малых пульсаций постоянная времени нагрузки фазового детектора должна удовлетворять условию τн>>1/F, а с другой стороны, значение ее не должно быть более, чем (1 - 2)/F.In the known device, the measurement of the phase shift is provided by measuring the phase difference, reduced to the same frequency by the oscillations of both harmonics of the VLF. For this, the oscillation frequency of the first harmonic is doubled in the frequency multiplier, and then using the phase detector, the oscillation phases of the converted first and second harmonics of the echo signal are compared. This method of obtaining information about the phase shift has a number of disadvantages. The detection result depends not only on the phase difference of the studied signals, but also on their amplitudes. In the prototype, amplitude limiters are used to reduce the influence of the signal level on the measurement result. However, with a large dynamic range of echo signals, the error in the operation of the limiters significantly affects the accuracy of the obtained estimate of the phase shift. The quality of the phase detector to a large extent depends on the symmetry of the circuit and the stability of the parameters of its elements. It should also be noted certain difficulties in coordinating a low level of ripple and a sufficiently high speed. On the one hand, to obtain small ripples, the load time constant of the phase detector must satisfy the condition τ n >> 1 / F, and on the other hand, its value should not be more than (1 - 2) / F.

Отмеченные недостатки устраняются в предлагаемой схеме измерителя фазового сдвига. Работа схемы основана на измерении интервала между моментами, соответствующими пересечению нулевого уровня сигналом первой гармоники и пересечению нулевого уровня в положительном направлении сигналом второй гармоники. The noted disadvantages are eliminated in the proposed scheme of the phase shift meter. The operation of the circuit is based on measuring the interval between the moments corresponding to the intersection of the zero level with the first harmonic signal and the intersection of the zero level in the positive direction with the second harmonic signal.

На фиг. 10 представлены эпюры напряжений в отдельных точках измерителя фазового сдвига. Фиг. 10, а соответствует отражению ВРЧ от акустически "жесткого" объекта (фазовый сдвиг равен нулю), фиг. 10,б от акустически "мягкого" объекта (фазовый сдвиг равен 180o).In FIG. 10 shows stress plots at individual points of the phase shift meter. FIG. 10a corresponds to the reflection of the VLF from an acoustically “rigid” object (the phase shift is zero), FIG. 10, b from an acoustically "soft" object (phase shift is 180 o ).

Работу блока 10 удобно рассмотреть на примере ситуации, проиллюстрированной на фиг. 10, б. Отфильтрованные сигналы первой U1(t) U8(t) и второй U2(t) U9(t) гармоник ВРЧ поступают на вход соответствующего фиксатора нулевого уровня 26 и 27. В качестве фиксаторов нулевого уровня могут быть использованы компараторы типа КР554САЗ. В фиксаторе 26 фиксируются все моменты пересечения нулевого уровня первой гармоникой. Они определяются из условия:

Figure 00000004

где
k 0, 1, 2, Откуда
Figure 00000005
В моменты времени t на выходе фиксатора 26 формируются короткие импульсы U26(t) (фиг. 6,б).It is convenient to consider the operation of block 10 using the example of the situation illustrated in FIG. 10 b Filtered signals of the first U 1 (t) U 8 (t) and the second U 2 (t) U 9 (t) harmonics of the VCH are fed to the input of the corresponding zero-level clamp 26 and 27. Comparators of the КР554САЗ type can be used as zero-level clamps. In the latch 26, all moments of the intersection of the zero level with the first harmonic are fixed. They are determined from the condition:
Figure 00000004

Where
k 0, 1, 2, where
Figure 00000005
At time t 1K , short pulses U 26 (t) are formed at the output of the latch 26 (Fig. 6, b).

В фиксаторе 27 фиксируются моменты пересечения нулевого уровня колебанием второй гармоники НРЧ только в положительном направлении. Эти моменты времени определяются из условия:

Figure 00000006

или
2Ω(t2k-2D/c)+Φo = 2kπ,
где k 0, 1, 2.In the latch 27, the moments of crossing the zero level by the oscillation of the second harmonic of the LFD are recorded only in the positive direction. These time points are determined from the condition:
Figure 00000006

or
2Ω (t 2k -2D / c) + Φ o = 2kπ,
where k 0, 1, 2.

Откуда
t2k = (1/2Ω)(2kπ-Φo+4D/c). (7)
В моменты времени t на выходе фиксатора 27 также вырабатываются короткие импульсы U27(t) (фиг. 10,б).
Where from
t 2k = (1 / 2Ω) (2kπ-Φ o + 4D / c). (7)
At time t at the output of the latch 27 also produces short pulses U 27 (t) (Fig. 10, b).

На основании (6) и (7) временной интервал между t и t будет:
Δt = t2k-t1k = Φo/2Ω. (8)
То есть измерение фазового сдвига можно выполнить, измеряя Δt
Сигналы U26(t) и U27(t) поступают соответственно на входы S и R триггера 28, на выходе которого формируется последовательность прямоугольных импульсов U28(t) (фиг. 6,б). Длительность этих импульсов Δt пропорциональна фазовому сдвигу, произошедшему в эхосигнале (формула (8)). Далее в схеме производится измерение длительности Δt путем подсчета счетчиком 30 меток масштабной частоты, вырабатываемых генератором 29 (фиг. 5), в течение длительности действия импульса U28(t). Период следования масштабных меток выбирается из условия:

Figure 00000007

где ΔΦ дискретность измерения фазы,
TW 1/F период колебаний первой гармоники ВРЧ,
Dtmax = Φo.max/2Ω = 1/2F, Φo.max = 2π.
Начальная установка счетчика 30 осуществляется передним фронтом импульса U28(t). Накопленное счетчиком число, соответствующее количеству масштабных меток, в момент окончания импульса U28(t) переписывается в регистр 31 и сохраняется в нем до момента окончания следующего импульса U28(t).Based on (6) and (7), the time interval between t 1K and t 2K will be:
Δt = t 2k -t 1k = Φ o / 2Ω. (eight)
That is, the phase shift measurement can be performed by measuring Δt
The signals U 26 (t) and U 27 (t) are respectively supplied to the inputs S and R of the trigger 28, at the output of which a sequence of rectangular pulses U 28 (t) is formed (Fig. 6, b). The duration of these pulses Δt is proportional to the phase shift that occurred in the echo signal (formula (8)). Further, in the circuit, the duration Δt is measured by counting with a counter 30 marks of the scale frequency generated by the generator 29 (Fig. 5), during the duration of the pulse U 28 (t). The period for following scale marks is selected from the condition:
Figure 00000007

where ΔΦ is the phase resolution
T W 1 / F the oscillation period of the first harmonic of the VLF,
Dt max = Φ o.max / 2Ω = 1 / 2F, Φ o.max = 2π.
The initial installation of the counter 30 is carried out by the leading edge of the pulse U 28 (t). The number accumulated by the counter corresponding to the number of scale marks at the moment of the end of the pulse U 28 (t) is written to the register 31 and stored in it until the end of the next pulse U 28 (t).

Таким образом, значение измеряемого фазового сдвига на выходе регистра 31 представлено в цифровой форме. Для получения результатов измерения в аналоговой форме информация, хранящаяся в регистре 31, преобразуется с помощью ЦАП 32. Thus, the value of the measured phase shift at the output of the register 31 is presented in digital form. To obtain the measurement results in analog form, the information stored in the register 31 is converted using the DAC 32.

Как следует из приведенного описания, предложенная схема измерителя фазового сдвига обладает по сравнению с соответствующей схемой прототипа высокой точностью и достоверностью измерения ФЧХ объектов локации. As follows from the above description, the proposed scheme of the phase shift meter has, in comparison with the corresponding circuit of the prototype, high accuracy and reliability of measuring the phase response of location objects.

На фиг. 11 представлены осциллограммы напряжений первой гармоники ВРЧ (а) и выходного сигнала измерителя фазового сдвига (б), полученные в натурном эксперименте с помощью экспериментального макета фазового параметрического гидролокатора. В качестве объекта локации был использован полый дюралевый сфероцилиндр, заполненный воздухом. Зондирование проводилось в горизонтальной плоскости, перпендикулярно оси сфероцилиндра. Перед сфероцилиндром был установлен гидрофон, который позволял регистрировать как падающую, так и отраженную волну. На фиг. 11,а более мощному сигналу соответствует падающая волна. Разность фаз в падающей (область 1) и отраженной (область 2) волнах имеет разные значения, что естественно определяется акустическими свойствами объекта. В области 3, где сигналы отсутствуют и действует только гидроакустический шум, фаза имеет случайное значение, равномерно распределенное в диапазоне от 0 до 360o.In FIG. Figure 11 shows the oscillograms of the first harmonic voltages of the RF (a) and the output signal of the phase shift meter (b) obtained in the field experiment using an experimental model of a phase parametric sonar. As a location object, a hollow duralumin spherical cylinder filled with air was used. The sounding was carried out in a horizontal plane, perpendicular to the axis of the spherical cylinder. A hydrophone was installed in front of the spherical cylinder, which made it possible to record both the incident and reflected waves. In FIG. 11, and a more powerful signal corresponds to an incident wave. The phase difference in the incident (region 1) and reflected (region 2) waves has different values, which is naturally determined by the acoustic properties of the object. In region 3, where there are no signals and only sonar noise is active, the phase has a random value uniformly distributed in the range from 0 to 360 o .

Использование параметрической антенны в режиме излучения сигнала с внутриимпульсной амплитудной модуляцией, введение формирователя управляющего сигнала, выполнение избирательных усилителей по схеме с двойным преобразованием, а измерителя фазового сдвига в виде преобразователя фаза - временной интервал позволило: во-первых, расширить относительный частотный диапазон работы гидролокатора (не менее октавы), во-вторых, повысить точность и достоверность получаемых результатов измерения. The use of a parametric antenna in the mode of radiation of a signal with in-pulse amplitude modulation, the introduction of a driver of the control signal, the implementation of selective amplifiers according to the double conversion scheme, and a phase-shift meter in the form of a phase-time interval converter allowed: firstly, to expand the relative frequency range of sonar operation ( not less than an octave), and secondly, to increase the accuracy and reliability of the obtained measurement results.

Кроме того, предложенное исполнение избирательных усилителей с двойным преобразованием частоты обеспечивает фильтрацию гармоник ВРЧ в заданном частотном диапазоне с помощью фильтра с фиксированной (а не перестраиваемой) настройкой. Это имеет решающее значение для упрощения приемного тракта гидролокатора. Решение аналогичной задачи в устройстве-прототипе ведет к усложнению конструкции приемника ввиду необходимости согласованной перестройки избирательных усилителей при изменении частоты колебаний сигнала накачки. In addition, the proposed design of selective amplifiers with double frequency conversion provides filtering of harmonics of the RF in a given frequency range using a filter with a fixed (rather than tunable) setting. This is crucial to simplify the sonar receiving path. Solving a similar problem in the prototype device complicates the design of the receiver due to the need for a coordinated tuning of the selective amplifiers when the oscillation frequency of the pump signal changes.

Источники информации
1. Телятников В. И. Методы и устройства классификации гидроакустических сигналов, //Зарубежная радиоэлектроника, 1979, N 9, с. 19 38.
Sources of information
1. Telyatnikov V. I. Methods and devices for the classification of hydroacoustic signals, // Foreign Radio Electronics, 1979, N 9, p. 19 38.

2. Волощенко В.Ю. Максимов В.Н. Экспериментальные исследования параметрического локатора для классификации подводных объектов, В кн. Прикладная акустика, Таганрог, ТРТИ, 1985, вып. XII. с. 36 39. 2. Voloshchenko V.Yu. Maksimov V.N. Experimental studies of a parametric locator for the classification of underwater objects, In the book. Applied Acoustics, Taganrog, TRTI, 1985, no. XII. from. 36 39.

3. Волощенко В.Ю. Максимов В.Н. Тимошенко В.И. Параметрическая акустическая система для классификации объектов лоцирования. // Акустика и ультразвуковая техника, Киев, 1986, N 21, с. 63 65. 3. Voloshchenko V.Yu. Maksimov V.N. Timoshenko V.I. Parametric acoustic system for classifying objects of location. // Acoustics and ultrasound equipment, Kiev, 1986, N 21, p. 63 65.

4. Коломбет Е.А. Микроэлектронные средства обработки аналоговых сигналов, М. Радио и связь, 1991, 376 с. 4. Colombet EA Microelectronic means for processing analog signals, M. Radio and communications, 1991, 376 p.

5. Бобров Н.В. Максимов Г.В. Мичурин В.И. Николаев Д.П. Расчет радиоприемников, М. Воениздат, 1971, 496 с. 5. Bobrov N.V. Maximov G.V. Michurin V.I. Nikolaev D.P. Calculation of radios, M. Military Publishing, 1971, 496 p.

Claims (3)

1. Фазовый параметрический гидролокатор, содержащий последовательно соединенные синхронизатор, генератор радиоимпульса, усилитель мощности и излучатель, последовательно соединенные измеритель фазового сдвига и индикатор, два избирательных усилителя, выходы каждого из которых соединены с соответствующими входами измерителя фазового сдвига, отличающийся тем, что в него введены формирователь управляющего сигнала и последовательно соединенные низкочастотная антенна и усилитель сигналов разностных частот, выход которого подключен к входам избирательных усилителей, управляющий вход первого из которых подключен к первому выходу управления генератора радиоимпульса, а управляющий вход второго к выходу формирователя управляющего сигнала, два входа которого соединены соответственно с двумя выходами управления генератора радиоимпульса. 1. Phase parametric sonar, containing a serially connected synchronizer, a radio pulse generator, a power amplifier and an emitter, a series-connected phase shift meter and an indicator, two selective amplifiers, the outputs of each of which are connected to the corresponding inputs of the phase shift meter, characterized in that driver of the control signal and series-connected low-frequency antenna and amplifier of signals of difference frequencies, the output of which is connected to odes selective amplifiers, the first control input of which is connected to the first output of the control radio pulse generator, and the second control input to the output driver control signal, two inputs of which are connected respectively with two control outputs radio pulse generator. 2. Гидролокатор по п. 1, отличающийся тем, что избирательные усилители содержат последовательно соединенные первый перемножитель сигналов, полосовой фильтр с фиксированной настройкой, второй перемножитель сигналов и фильтр нижних частот, выход которого является выходом усилителя, входом которого является сигнальный вход первого перемножителя сигналов, управляющий вход которого соединен параллельно с управляющим входом второго перемножителя сигналов и является управляющим входом избирательного усилителя. 2. The sonar according to claim 1, characterized in that the selective amplifiers comprise a series-connected first signal multiplier, a fixed-bandpass filter, a second signal multiplier and a low-pass filter, the output of which is the amplifier output, the input of which is the signal input of the first signal multiplier, the control input of which is connected in parallel with the control input of the second signal multiplier and is the control input of the selective amplifier. 3. Гидролокатор по п. 1, отличающийся тем, что измеритель фазового сдвига содержит два фиксатора нулевого уровня, RS-триггер и последовательно соединенные масштабный генератор, счетчик, регистр и цифроаналоговый преобразователь, выход которого является выходом измерителя фазового сдвига, парой входов которого являются соответственно входы фиксаторов нулевого уровня, выход первого из которых подключен к S-входу RS-триггера, а выход второго к R-входу RS-триггера, выход которого соединен с входом разрешения счета счет счетчика и входом записи регистра. 3. The sonar according to claim 1, characterized in that the phase shift meter contains two zero-level detectors, an RS trigger and a series-connected scale generator, counter, register and digital-to-analog converter, the output of which is the output of the phase shift meter, the pair of inputs of which are respectively the inputs of the zero level latches, the output of the first of which is connected to the S-input of the RS-flip-flop, and the output of the second to the R-input of the RS-flip-flop, the output of which is connected to the counter resolution input of the counter counter and the recording input histra.
RU95101370A 1995-01-31 1995-01-31 Phase parametric sonar RU2097785C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU95101370A RU2097785C1 (en) 1995-01-31 1995-01-31 Phase parametric sonar

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU95101370A RU2097785C1 (en) 1995-01-31 1995-01-31 Phase parametric sonar

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU95101370A RU95101370A (en) 1996-11-10
RU2097785C1 true RU2097785C1 (en) 1997-11-27

Family

ID=20164416

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU95101370A RU2097785C1 (en) 1995-01-31 1995-01-31 Phase parametric sonar

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2097785C1 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2541733C1 (en) * 2013-10-22 2015-02-20 Общество с ограниченной ответственностью "Морские Инновации" ООО "Морские Инновации" Parametric profile recorder
RU2582898C2 (en) * 2014-04-14 2016-04-27 Общество с ограниченной ответственностью "Морские Инновации" Generating channel of parametric sonar

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Волощенко В.Ю., Максимов В.Н., Тимошенко В.И. Параметрическая акустическая система для классификации объектов лоцирования. Акустика и ультразвуковая техника. - Киев, 1968, N 21, с. 63 - 65. *

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2541733C1 (en) * 2013-10-22 2015-02-20 Общество с ограниченной ответственностью "Морские Инновации" ООО "Морские Инновации" Parametric profile recorder
WO2015060749A1 (en) * 2013-10-22 2015-04-30 Общество с ограниченной ответственностью "Морские Инновации" Parametric profiler
RU2582898C2 (en) * 2014-04-14 2016-04-27 Общество с ограниченной ответственностью "Морские Инновации" Generating channel of parametric sonar

Also Published As

Publication number Publication date
RU95101370A (en) 1996-11-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US4885942A (en) Ultrasound flow rate meter using a phase difference method and apparatus
US4058002A (en) Dispersive electromagnetic surface acoustic wave transducer
US4391142A (en) Frequency tracked gated pulse technique for ultrasonic frequency
RU2097785C1 (en) Phase parametric sonar
De Klerk Elastic constants and Debye temperature of TiC using a new ultrasonic coherent pulse/cw technique
RU2039366C1 (en) Phase parametric side-looking sonar system
Johnson et al. Continuous wave phase detection for probing nonlinear elastic wave interactions in rocks
RU2166769C1 (en) System detecting and identifying objects including elements with nonlinear volt-ampere characteristics
RU102270U1 (en) PARAMETRIC ECHO Sounder
JPS60192281A (en) Sludge investigating machine
RU2019855C1 (en) Parametric echo ice detection unit
RU2311623C2 (en) Device for remote measuring of pressure
RU2195688C2 (en) Procedure measuring distance to objects with use of picosecond pulses and device for its realization
RU1804634C (en) Method of nonlinear acoustic well logging
RU106960U1 (en) PARAMETRIC ECHO Sounder
SU1384961A1 (en) Device for measuring velocity of ultrasound waves
RU2205421C1 (en) Acoustic active sonar
SU1392387A1 (en) Device for measuring frequency dependence of attenuation factor of ultrasonic waves
RU1815615C (en) Parametric acoustic locator
SU1748043A1 (en) Acoustic signal reflection measuring set
SU757974A1 (en) Automatic meter of reflection coefficient of acoustic signals from piezotransducer
RU2022298C1 (en) Method of estimation of ice conditions from submersible vehicle
SU658469A1 (en) Ultrasonic differential piezoelectric transducer
RU2288484C2 (en) Acoustic ultrasonoscope
RU2101722C1 (en) Device for estimation of noise level of parametric receiving antenna