RU2657016C1 - Method of measuring range - Google Patents
Method of measuring range Download PDFInfo
- Publication number
- RU2657016C1 RU2657016C1 RU2017123966A RU2017123966A RU2657016C1 RU 2657016 C1 RU2657016 C1 RU 2657016C1 RU 2017123966 A RU2017123966 A RU 2017123966A RU 2017123966 A RU2017123966 A RU 2017123966A RU 2657016 C1 RU2657016 C1 RU 2657016C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- receiving
- continuous oscillations
- magnetic
- oscillations
- measuring
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 18
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 claims abstract description 43
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims abstract description 6
- 230000005855 radiation Effects 0.000 claims description 2
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 7
- 230000008878 coupling Effects 0.000 abstract description 3
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 abstract description 3
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 abstract description 3
- 230000010363 phase shift Effects 0.000 abstract description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 2
- 230000001939 inductive effect Effects 0.000 abstract description 2
- 230000008054 signal transmission Effects 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 238000001069 Raman spectroscopy Methods 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 230000005670 electromagnetic radiation Effects 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 238000000819 phase cycle Methods 0.000 description 1
- 230000000644 propagated effect Effects 0.000 description 1
- 230000001902 propagating effect Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
- G01S15/00—Systems using the reflection or reradiation of acoustic waves, e.g. sonar systems
- G01S15/02—Systems using the reflection or reradiation of acoustic waves, e.g. sonar systems using reflection of acoustic waves
- G01S15/06—Systems determining the position data of a target
- G01S15/08—Systems for measuring distance only
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Radar, Positioning & Navigation (AREA)
- Remote Sensing (AREA)
- Acoustics & Sound (AREA)
- Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Measurement Of Velocity Or Position Using Acoustic Or Ultrasonic Waves (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области техники радиотехнических средств измерения расстояния и может быть использовано, например, для измерения малых дальностей в локальных навигационных системах при управлении движением подводных объектов.The invention relates to the field of technology of radio-electronic means of measuring distance and can be used, for example, for measuring short distances in local navigation systems when controlling the movement of underwater objects.
Известны амплитудные способы измерения дальности (см., например, кн. Справочник по основам радиолокационной техники / под ред. В.В. Дружинина. - М.: Воен. Издат., 1967). Однако амплитудные способы измерения дальности имеют большую погрешность.Known amplitude methods for measuring range (see, for example, the book. Guide to the basics of radar technology / edited by VV Druzhinin. - M.: Military. Publishing house, 1967). However, amplitude ranging methods have a large error.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является способ измерения дальности, описанный в Патентах на изобретение №2584976 и №2584972, Россия, МПК G01S 13/32.Closest to the technical nature of the present invention is the method of measuring range described in the Patents for invention No. 2584976 and No. 2584972, Russia, IPC G01S 13/32.
По этому способу измерения дальности в измерительной станции генерируют два непрерывных высокочастотных колебания с известными частотами ƒ1 и ƒ2 и эти непрерывные высокочастотные колебания излучают в направлении ретранслятора. Далее в ретрансляторе эти колебания принимают и трансформируют по частоте, после чего их переизлучают в направлении антенны измерительной станции, где эти колебания вторично принимают и смешивают с исходными непрерывными высокочастотными колебаниями. На выходах смесителей выделяют комбинационные низкочастотные составляющие разности исходных непрерывных высокочастотных колебаний и вторично принятых трансформированных по частоте непрерывных высокочастотных колебаний. После чего измеряют разность фаз Δϕ между выделенными двумя комбинационными низкочастотными составляющими, при этом расстояние от антенны измерительной станции до антенны ретранслятора определяют по формуле:By this method of measuring range, two continuous high-frequency oscillations with known frequencies ƒ 1 and ƒ 2 are generated in the measuring station and these continuous high-frequency oscillations are emitted in the direction of the repeater. Further, in the repeater, these oscillations are received and transformed in frequency, after which they are re-emitted in the direction of the antenna of the measuring station, where these oscillations are secondly received and mixed with the initial continuous high-frequency oscillations. At the outputs of the mixers, Raman low-frequency components of the difference between the initial continuous high-frequency oscillations and the second-time-continuous continuous high-frequency oscillations transformed in frequency are distinguished. Then measure the phase difference Δϕ between the selected two Raman low-frequency components, while the distance from the antenna of the measuring station to the antenna of the repeater is determined by the formula:
где с - скорость света. Коэффициент 2 в знаменателе указывает на двойное прохождение радиоволн по трассе.where c is the speed of light.
Однако указанный способ измерения дальности реализуется исключительно в радиочастотном или микроволновом диапазоне длин волн и совершенно оказывается непригодным для измерения расстояний под водой, поскольку в воде радиочастотные и микроволновые колебания при распространении быстро затухают.However, this method of measuring range is implemented exclusively in the radio-frequency or microwave wavelength range and is completely unsuitable for measuring distances under water, since radio-frequency and microwave oscillations in water quickly decay during propagation.
Целью настоящего изобретения является реализация возможности измерения дальности под водой. Поставленная цель достигается тем, что по способу измерения дальности, включающему генерирование непрерывных колебаний, излучение непрерывных колебаний, прием непрерывных колебаний, измерение разности фаз непрерывных колебаний, последовательное изменение частоты непрерывных колебаний, отличающемуся тем, что первоначально генерируют непрерывные колебания с известной фиксированной частотой ƒ1, при этом непрерывные колебания подают одновременно на вход передающей рамочной магнитной антенны и на вход передающего акустического преобразователя, оба из которых располагают на одном конце измерительной трассы, и излучают, таким образом, в направлении объекта, расстояние до которого необходимо измерить, одновременно переменное магнитное поле и акустическую волну, после чего на другом конце измерительной трассы переменное магнитное поле улавливают приемной рамочной магнитной антенной, а акустическую волну улавливают приемным акустическим преобразователем, оба из которых располагают на другом конце измерительной трассы, после чего измеряют и фиксируют разность фаз Δϕm1 между непрерывными колебаниями, формируемыми на выходе приемной рамочной магнитной антенны и на выходе приемного акустического преобразователя, после чего генерируют непрерывные колебания с известной фиксированной частотой ƒ2 и повторяют всю процедуру излучения, приема переменного магнитного поля и акустической волны, а также измеряют и фиксируют разность фаз Δϕm2 между непрерывными колебаниями, формируемыми на выходе приемной рамочной магнитной антенны и на выходе приемного акустического преобразователя, после чего определяют разность фаз Δϕ=Δϕm1-Δϕm2, при этом расстояние между передающим акустическим преобразователем и приемным акустическим преобразователем определяют по формуле:The aim of the present invention is to realize the ability to measure range under water. This goal is achieved in that by the method of measuring range, which includes the generation of continuous oscillations, the emission of continuous oscillations, the reception of continuous oscillations, the measurement of the phase difference of continuous oscillations, the sequential change in the frequency of continuous oscillations, characterized in that the continuous oscillations are initially generated with a known fixed frequency ƒ 1 while continuous oscillations are fed simultaneously to the input of the transmitting magnetic frame antenna and to the input of the transmitting acoustic amplifier a developer, both of which are located at one end of the measuring path, and thus radiate in the direction of the object whose distance you want to measure, an alternating magnetic field and an acoustic wave, after which, at the other end of the measuring path, an alternating magnetic field is captured by the receiving magnetic antenna, and the acoustic wave is captured by the receiving acoustic transducer, both of which are located at the other end of the measuring path, after which the phase difference Δϕ is measured and recorded m1 between the continuous oscillations generated at the output of the receiving magnetic loop antenna and at the output of the receiving acoustic transducer, after which they generate continuous oscillations with a known fixed frequency ƒ 2 and repeat the entire radiation procedure, receiving an alternating magnetic field and acoustic wave, and also measure and fix the difference phase Δφ m2 between continuous vibrations generated at the output of the receiving magnetic loop antenna and the output of the receiver acoustic transducer, after which the p phase coherency Δφ = Δφ m1 -Δφ m2, the distance between a transmitting acoustical transducer and a receiving acoustical transducer is determined by the formula:
где с а - скорость звука в среде распространения, причем место размещения передающей и приемной рамочных магнитных антенн не имеет значения.where c a is the speed of sound in the propagation medium, and the location of the transmitting and receiving frame magnetic antennas does not matter.
Сравнение предлагаемого изобретения с уже известными способами и прототипом показывает, что заявляемый способ проявляет новые технические свойства, заключающиеся в возможности измерения дальности под водой.Comparison of the invention with the already known methods and prototype shows that the inventive method exhibits new technical properties, consisting in the possibility of measuring range under water.
Эти свойства предлагаемого изобретения являются новыми, так как в способе-прототипе в силу присущих ему недостатков, заключающихся в использовании исключительно радиочастотных или микроволновых колебаний, измерение дальности возможно только в воздушном или безвоздушном пространстве.These properties of the present invention are new, because in the prototype method, due to its inherent disadvantages of using exclusively radio-frequency or microwave oscillations, range measurement is possible only in air or airless space.
Указанный способ измерения дальности можно реализовать с помощью устройства, приведенного на фиг. 1.The specified ranging method can be implemented using the device shown in FIG. one.
Устройство измерения дальности состоит из генератора непрерывных колебаний 1, передающей рамочной магнитной антенны 2, передающего акустического преобразователя 3, приемной рамочной магнитной антенны 4, приемного акустического преобразователя 5, измерителя разности фаз непрерывных колебаний 6.The range measuring device consists of a
Выход генератора непрерывных колебаний 1 соединен с входом передающей рамочной магнитной антенны 2 и с входом передающего акустического преобразователя 3, причем выход приемной рамочной магнитной антенны 4 соединен с первым входом измерителя разности фаз 6, а выход приемного акустического преобразователя 5 соединен с вторым входом измерителя разности фаз 6.The output of the
Работает устройство, реализующее заявляемый способ измерения дальности следующим образом.A device that implements the inventive method of measuring range as follows.
С помощью генератора непрерывных колебаний 1 первоначально генерируют непрерывные колебания с известной частотой ƒ1, начальной фазой ϕ01 и амплитудой U0 Using a
Частота этих колебаний выбирается невысокой. Значение частоты этих колебаний лежит в звуковом или ультразвуковом диапазоне длин волн. Эти колебания подают на вход передающей рамочной магнитной антенны 2 и одновременно на вход передающего акустического преобразователя 3.The frequency of these oscillations is selected low. The frequency value of these oscillations lies in the sound or ultrasonic wavelength range. These oscillations are fed to the input of the transmitting
С помощью передающей рамочной магнитной антенны 2 излучают в направлении другого конца измерительной трассы электромагнитную волну. Электромагнитная волна с частотой ƒ1 при распространении на расстояние D от передающей рамочной магнитной антенны 2 до приемной рамочной магнитной антенны 4 получает набег фазы где - скорость света. При низких частотах ƒ1 звукового или ультразвукового диапазона длин волн и при малых дальностях D, составляющих до сотни метров, длина волны электромагнитного излучения оказывается много больше измеряемой дальности D. Другими словами, передающая и приемная рамочные магнитные антенны работают в ближней зоне и их результирующее излучаемое (принимаемое) поле является преимущественно переменным магнитным полем. При этом набегом фазы ϕ11 можно пренебречь и можно утверждать, что непрерывные колебания, формируемые на выходе приемной рамочной магнитной антенны 4, являются синфазными по отношению к непрерывным колебаниям, поступающим на вход передающей рамочной магнитной антенны 2, и описываются одним и тем же выражением (1). Причем место установки передающей и приемной рамочных магнитных антенн не принципиально. Непрерывные колебания на входе передающей и на выходе приемной рамочных магнитных антенн всегда будут синфазны или противофазны (в зависимости от их взаимной ориентации), как это имеет место в случае использования двух катушек индуктивностей (те же рамочные магнитные антенны) с взаимной индуктивной (магнитной) связью. Правомерность использования взаимной магнитной связи двух рамочных магнитных антенн подтверждена полномасштабными теоретическими и экспериментальными исследованиями и нашла отражение в трудах и патентах РФ автора №№2584977, 2584978, 2584979, 2584980, 2584981, 2584982, 2584983 и др.Using a transmitting
С другой стороны, с помощью передающего акустического преобразователя 3 излучают в направлении другого конца измерительной трассы акустическую волну. Акустическая волна с частотой ƒ1 при распространении на расстояние D от передающего акустического преобразователя 3 до приемного акустического преобразователя 5 также получает свой набег фазы где с а - скорость звука в среде распространения. Значением этого набега фазы пренебречь нельзя, поскольку его величина может достигать нескольких тысяч фазовых циклов величиной 2π каждый. Таким образом, на выходе приемного акустического преобразователя 5 формируются непрерывные колебанияOn the other hand, by means of a transmitting
Непрерывные колебания с выхода приемной рамочной магнитной антенны 4, описываемые выражением (1) и с выхода приемного акустического преобразователя 5, описываемые выражением (2), подают на входы измерителя разности фаз 6, на выходе которого формируют сигнал, пропорциональный разности фаз сигналов (1) и (2). Однако измеритель разности фаз 6 способен адекватно отобразить измеряемую разность фаз, если величина этой разности фаз лежит в пределах от 0 до 2π. Другими словами, измеритель разности фаз формирует сигнал, пропорциональный некоторой величине Δϕm1, которая связана с реальным набегом фазы ϕ21 соотношениемContinuous oscillations from the output of the receiving loop
где n - некоторое целое число, которое может достигать нескольких тысяч и более.where n is some integer that can reach several thousand or more.
Для решения этой проблемы указанное измеренное значение Δϕm1 фиксируют, после чего изменяют значение частоты непрерывных колебаний до некоторой известной величины ƒ2 и повторяют всю процедуру излучения и приема электромагнитных и акустических волн и вновь измеряют разность фаз Δϕm2 непрерывных колебаний на выходе приемной рамочной магнитной антенны 4 и выходе приемного акустического преобразователя 5, которую вновь фиксируют. После чего определяют разность фаз Δϕ=Δϕm1-Δϕm2 и вычисляют дальность по формулеTo solve this problem, the indicated measured value Δϕ m1 is fixed, after which the value of the frequency of continuous oscillations is changed to a certain known value ƒ 2 and the entire procedure of emission and reception of electromagnetic and acoustic waves is repeated and the phase difference Δϕ m2 of continuous oscillations is measured again at the output of the receiving frame
Важно при этом помнить, что изменение частоты (ƒ1-ƒ2) не должно приводить к изменению разности фаз сигналов на величину, большую чем 2π. Другими словамиIt is important to remember that changing the frequency (ƒ 1 -ƒ 2 ) should not lead to a change in the phase difference of the signals by an amount greater than 2π. In other words
Народнохозяйственный эффект от использования предлагаемого изобретения связан с появлением возможности измерения дальности под водой, в той среде, где радиоволны и микроволны распространяются на очень короткие дистанции, много меньшие, чем рабочие дальности в локальных навигационных системах.The economic effect of the use of the present invention is associated with the emergence of the possibility of measuring ranges under water in an environment where radio waves and microwaves propagate over very short distances, much shorter than the working ranges in local navigation systems.
Другой аспект повышения эффективности от использования предлагаемого изобретения связан с возможностью измерения дальности с повышенной точностью, при этом неоднозначность измерений исключается.Another aspect of improving the efficiency of using the present invention is related to the possibility of measuring range with increased accuracy, while the ambiguity of measurements is eliminated.
Claims (4)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2017123966A RU2657016C1 (en) | 2017-07-06 | 2017-07-06 | Method of measuring range |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2017123966A RU2657016C1 (en) | 2017-07-06 | 2017-07-06 | Method of measuring range |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2657016C1 true RU2657016C1 (en) | 2018-06-08 |
Family
ID=62560711
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2017123966A RU2657016C1 (en) | 2017-07-06 | 2017-07-06 | Method of measuring range |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2657016C1 (en) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2726388C1 (en) * | 2019-12-27 | 2020-07-13 | Общество с ограниченной ответственностью "Генезис-Таврида" | Method of positioning a surface/underwater object as it passes along a given fairway |
RU2727267C1 (en) * | 2019-12-13 | 2020-07-21 | Общество с ограниченной ответственностью "Генезис-Таврида" | Method of measuring range under water at arbitrary position in horizontal plane longitudinal axis of receiving frame magnetic antenna |
RU2729225C1 (en) * | 2020-03-13 | 2020-08-05 | Игорь Борисович Широков | Method of measuring range |
RU2834167C1 (en) * | 2024-02-25 | 2025-02-04 | Игорь Борисович Широков | Method of measuring range under water |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2444765C2 (en) * | 2009-12-18 | 2012-03-10 | Григорий Николаевич Щербаков | Method and apparatus for detecting ferromagnetic objects in water |
RU2510500C1 (en) * | 2012-09-12 | 2014-03-27 | Общество с ограниченной ответственностью "Диагностические системы" (Company Limited "DIAS") | Method and device for diagnostics of buried pipeline |
RU2584972C1 (en) * | 2016-03-21 | 2016-05-20 | Игорь Борисович Широков | Method of measuring distance from measuring station to relay |
RU2584976C1 (en) * | 2016-03-21 | 2016-05-20 | Игорь Борисович Широков | Method of measuring range |
-
2017
- 2017-07-06 RU RU2017123966A patent/RU2657016C1/en active IP Right Revival
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2444765C2 (en) * | 2009-12-18 | 2012-03-10 | Григорий Николаевич Щербаков | Method and apparatus for detecting ferromagnetic objects in water |
RU2510500C1 (en) * | 2012-09-12 | 2014-03-27 | Общество с ограниченной ответственностью "Диагностические системы" (Company Limited "DIAS") | Method and device for diagnostics of buried pipeline |
RU2584972C1 (en) * | 2016-03-21 | 2016-05-20 | Игорь Борисович Широков | Method of measuring distance from measuring station to relay |
RU2584976C1 (en) * | 2016-03-21 | 2016-05-20 | Игорь Борисович Широков | Method of measuring range |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2727267C1 (en) * | 2019-12-13 | 2020-07-21 | Общество с ограниченной ответственностью "Генезис-Таврида" | Method of measuring range under water at arbitrary position in horizontal plane longitudinal axis of receiving frame magnetic antenna |
RU2726388C1 (en) * | 2019-12-27 | 2020-07-13 | Общество с ограниченной ответственностью "Генезис-Таврида" | Method of positioning a surface/underwater object as it passes along a given fairway |
RU2729225C1 (en) * | 2020-03-13 | 2020-08-05 | Игорь Борисович Широков | Method of measuring range |
RU2834167C1 (en) * | 2024-02-25 | 2025-02-04 | Игорь Борисович Широков | Method of measuring range under water |
RU2834180C1 (en) * | 2024-02-27 | 2025-02-04 | Игорь Борисович Широков | Method of measuring range under water |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
KR102320406B1 (en) | Doppler radar test system | |
RU2657016C1 (en) | Method of measuring range | |
US5323114A (en) | Method and apparatus for obtaining sectional information of the underground by measuring time differences and strength of electromagnetic signals | |
RU2679000C1 (en) | Method of measuring range | |
RU2697861C1 (en) | Method of measuring range at a monitored facility and a measuring station | |
RU2584972C1 (en) | Method of measuring distance from measuring station to relay | |
JP5602545B2 (en) | Moving object monitoring system | |
WO1994017373A1 (en) | Procedure for determining material flow rate | |
KR100413831B1 (en) | Ground penetration radar | |
RU2594345C1 (en) | Method of increasing range of operation and increasing accuracy of measuring distance of radio frequency identification and positioning system | |
RU2453037C1 (en) | Method for underwater reception of radio signals | |
RU2727267C1 (en) | Method of measuring range under water at arbitrary position in horizontal plane longitudinal axis of receiving frame magnetic antenna | |
RU2584976C1 (en) | Method of measuring range | |
CN112985540A (en) | Split type guided wave radar level gauge based on gated frequency modulated continuous wave | |
JP2520042B2 (en) | Underground radar tomography device | |
RU2726388C1 (en) | Method of positioning a surface/underwater object as it passes along a given fairway | |
RU2834167C1 (en) | Method of measuring range under water | |
RU2729225C1 (en) | Method of measuring range | |
RU2834180C1 (en) | Method of measuring range under water | |
RU2665034C1 (en) | Method for determining four distances from each of the two measuring stations to each of the two transponders | |
RU69646U1 (en) | PARAMETRIC ECHO-PULSE LOCATOR | |
RU2769565C1 (en) | Method for determining distances from a measuring station to several transponders | |
RU2584968C1 (en) | Method of determining angle of arrival of radio waves | |
RU2594341C1 (en) | Method of measuring range | |
CN109883535A (en) | A kind of vibration measurement device and method based on millimeter wave |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20190707 |
|
NF4A | Reinstatement of patent |
Effective date: 20200904 |