КОРРЕЛЯЦИОННЫЙ ИЗМЕРИТЕЛЬ СКОРОСТИ

Полезная модель относится к приборостроению, а именно к устройствам, используемым в навигационной аппаратуре для определения скорости движущихся объектов и может быть использована предприятиями, выпускающими и эксплуатирующими измерители скорости.
7
Известен корреляционный измеритель скорости (см. Патент РФ на полезную модель №33236, МПК G 01 P 3/80. - Опубл. Бюл. №28, 2003.), содержащий вибратор-излучатель, два вибратора-приемника, два приемника с амплитудными детекторами, два усилителя- ограничителя, два регистра сдвига, три триггера, три схемы объединения, пять схем совпадения, схему отрицания, делитель частоты с постоянным коэффициентом деления, управляемый делитель частоты, генератор тактовых импульсов, реверсивный счетчик, два формирователя, блок отсчета и генератор, выход которого соединен с вибратором- излучателем.
Известный корреляционный измеритель скорости, реализует заложенный в нем способ полярной взаимно- корреляционной обработки клиппированных огибающих отраженных сигналов. Он имеет недостатки, обусловленные используемым в нем способом измерения, а именно ошибки и неточности в определении скорости
движения объекта, обусловленные декорреляцией сигналов при больших углах его дрейфа (бортового сноса при наличии ветра или течения) и невозможностью определения его величины.
Наиболее близким по технической сущности (методу измерения, по большинству признаков) к предлагаемому измерителю является корреляционный измеритель скорости (см. АС СССР №1101003, кл. G 01 P 3/64. - Опубл. Бюл. №4, 2000, стр.494.), реализующий известный способ определения модуля скорости движения по взаимно- и автокорреляционным функциям огибающих принятых сигналов для релейных взаимно- и автокорреляционных функций, содержащий излучающий преобразователь, подключенный к генератору, первый и второй приемные преобразователи, выходы которых подключены соответственно к первому и второму приемным устройствам с усилителями, детекторами и фильтрами, многоразрядный регистр сдвига, инвертор, первый и второй сумматоры, интегратор, управляемый генератор тактовой частоты и отсчетное устройство, причем выход первого приемного устройства через усилитель- ограничитель, многоразрядный регистр сдвига, первый синхронный детектор и инвертор подключен к входу первого сумматора, выход второго приемного устройства через второй синхронный детектор подключен к второму входу первого сумматора и первому входу второго
сумматора, второй вход второго сумматора связан с выходом первого сумматора, а выход второго сумматора через интегратор подключен к входу управляемого генератора тактовой частоты, выход которого подключен к тактовым входам разрядов регистра сдвига и отсчетному устройству, при этом вторые входы первого и второго синхронных детекторов подключены соответственно к выходам первого приемника и усилителя-ограничителя.
Данный известный корреляционный измеритель скорости, реализует заложенный в нем известный способ определения модуля скорости движения объекта относительно дна путем определения корреляционной временной задержки по аргументу релейного коэффициента автокорреляции огибающей сигнала одного из приемных устройств, равного значению релейного коэффициента взаимной корреляции огибающих сигналов с двух приемных устройств при нулевом временном сдвиге.
Недостатком известного корреляционного измерителя скорости является низкая точность измерения в широком диапазоне скоростей движения объекта, обусловленная неизменным временем осреднения в интеграторе при изменении в широких пределах спектрального состава огибающих принятых сигналов.
Задача, на которую направлена заявляемая полезная модель, является создание устройства, реализующего известный способ
измерения модуля скорости, устраняющее указанные недостатки, а именно - повышение точности и быстродействия измерителя в широком диапазоне измеряемых скоростей.
Указанная задача достигается тем, что в известном корреляционном измерителе скорости, содержащем излучающий преобразователь, подключенный к генератору, первый и второй приемные преобразователи, выходы которых подключены соответственно к первому и второму приемным устройствам с усилителями, детекторами и фильтрами, многоразрядный регистр сдвига, инвертор, первый и второй сумматоры, интегратор, управляемый генератор тактовой частоты и отсчетное устройство, причем выход первого приемного устройства связан с информационным входом многоразрядного регистра сдвига, выход второго приемного устройства связан с входом второго сумматора, выход инвертора соединен с входом первого сумматора, выход которого связан со вторым входом второго сумматора, соединенного через интегратор с входом управляемого генератора тактовой частоты, выход которого подключен к тактовой шине многоразрядного регистра сдвига и отсчетному устройству, в отличие от него в заявляемый дополнительно введены блок преобразования входного сигнала в сигнал с широтно-импульсной модуляцией (ШИМ) в виде прямоугольных импульсов
чередующейся полярности и разной длительности, первый и второй аналоговые ключи, второй и третий инверторы и третий сумматор. Причем выход сигналов первого приемного устройства подключен к информационному входу первого аналогового ключа, входу первого инвертора и входу блока преобразования входного сигнала в сигнал с широтно-импульсной модуляцией (ШИМ). Выход сигналов блока преобразования входного сигнала в сигнал с широтно-импульсной модуляцией (ШИМ) подключен к входу управления второго аналогового ключа и информационному входу многоразрядного регистра сдвига, а с его выхода задержанный по времени сигнал ШИМ поступает на вход управления первого аналогового ключа. Выход сигналов первого аналогового ключа подключен ко второму входу первого сумматора, причем коэффициент передачи по второму входу первого сумматора в два раза больше коэффициента передачи по первому входу первого сумматора. Выход первого сумматора подключен к входу второго инвертора, выход которого соединен со вторым входом второго сумматора. Выход сигналов второго приемного устройства подключен к входу третьего инвертора и к информационному входу второго аналогового ключа. Выход сигналов третьего инвертора подключен к входу третьего сумматора, второй вход которого подключен к выходу второго аналогового ключа, причем
коэффициент передачи по второму входу третьего сумматора в два раза больше коэффициента передачи по первому входу третьего сумматора. Выход третьего сумматора подключен к первому входу второго сумматора, причем коэффициенты передачи по обоим входам второго сумматора равны.
Применение заявляемой схемы построения измерителя, включающей ограничительные и отличительные признаки-элементы со связями, в том числе первый и второй приемные устройства с усилителями, детекторами и фильтрами, блок преобразования входных сигналов в сигналы с широтно-импульсной модуляцией, первый и второй инверторы, первый и второй сумматоры, первый и второй аналоговые ключи, позволяет в общей совокупности повысить его точность и быстродействие за счет сохранения информации об амплитуде огибающей сигнала с выхода первого приемника в сигналы с ШИМ и переноса спектра сигнала с выхода первого приемника в более высокочастотную область за счет широтно-импульсного преобразования сигнала, что ведет к относительному сужению спектра сигнала на входе интегратора.
На чертеже приведена схема корреляционного измерителя скорости.
Измеритель содержит генератор 1, подключенный к входу излучающего преобразователя 2, два приемных преобразователя 3 и 4, подключенные к входам двух приемных устройств (приемников) 5 и 6 с усилителями, детекторами и фильтрами (не показаны). Выход первого приемника 5 подключен к информационному входу аналогового ключа 7, входу инвертора 8 и входу блока 9 преобразования входного сигнала в сигнал с широтно-импульсной модуляцией (ШИМ) в виде прямоугольных импульсов чередующейся полярности и разной длительности. Выход блока 9 преобразования входного сигнала в сигналы с ШИМ соединен с управляющим входом второго аналогового ключа 10 и информационным входом первого разряда многоразрядного регистра 11 сдвига. Выход многоразрядного регистра 11 сдвига подключен к управляющему входу первого аналогового ключа 7. Выход инвертора 8 соединен с входом сумматора 12. Выход первого аналогового ключа 7 соединен со вторым входом сумматора 12, первый вход которого связан через инвертор 8 с выходом первого приемника 5, причем коэффициент передачи по второму входу сумматора 12 в два раза больше коэффициента передачи по его первому входу. Выход сумматора 12 подключен к входу второго инвертора 13. Заявляемый измеритель также содержит второй сумматор 14. Выход второго приемника 6
подключен к информационному входу второго аналогового ключа 10 и входу третьего инвертора 15, а выход третьего инвертора 15 соединен с входом третьего сумматора 16, второй вход которого (третьего сумматора 16), соединен с выходом второго аналогового ключа 10, причем коэффициент передачи по второму входу третьего сумматора 16 в два раза больше коэффициента передачи по его первому входу. Выход третьего сумматора 16 подключен к входу второго сумматора 14, а выход второго инвертора 13 подключен ко второму входу второго сумматора 14, причем коэффициенты передачи по обоим входам второго сумматора равны. Выход второго сумматора 14 соединен с входом интегратора 17. Выход интегратора 17 соединен с входом управляемого генератора 18 тактовой частоты, выход управляемого генератора 18 тактовой частоты подключен к тактовым входам разрядов регистра 11 сдвига и к входу отсчетного устройства 19.
Корреляционный измеритель скорости используют следующим образом. Электрический гармонический сигнал с генератора 1 поступает на излучающий преобразователь 2, где он преобразуется в акустический сигнал, который излучается вертикально вниз и отражается от дна. Отраженные сигналы принимаются двумя разнесенными по горизонтали приемными преобразователями 3 и
T
Р
4, которые преобразуют акустические сигналы в электрические. На входы приемников 5 и 6 с приемных преобразователей 3 и 4 поступают высокочастотные электрические сигналы, модулированные по амплитуде случайными сигналами, причем огибающая сигнала с выхода второго приемного преобразователя 4 представляет собой задержанную по времени на величину транспортного запаздывания τ огибающую сигнала с выхода первого по ходу движения приемного преобразователя 3. Приемники 5 и 6 детектируют высокочастотные сигналы и центрируют огибающие сигналов. С выхода первого приемника 5 низкочастотный сигнал поступает на информационный вход первого аналогового ключа 7, на вход первого инвертора 8 и вход блока 9 преобразования входного сигнала в сигнал с широтно-импульсной модуляцией (ШИМ) в виде прямоугольных импульсов чередующейся полярности и разной длительности. С выхода блока 9 преобразования в сигналы с ШИМ импульсы поступают на управляющий вход второго аналогового ключа 10 и на информационный вход первого разряда многоразрядного регистра 11 сдвига. С выхода многоразрядного регистра 11 сдвига задержанные по времени на величину τ импульсы сигнала с ШИМ поступают на управляющий вход первого аналогового ключа 7. Сигналы с выхода первого аналогового ключа 7 поступают на
второй вход первого сумматора 12, на первый вход второго сумматора 12 поступают сигналы через первый инвертор 8 с выхода первого приемника 5, причем коэффициент передачи по второму входу первого сумматора 12 в два раза больше коэффициента передачи по его первому входу. С выхода первого сумматора 12 сигналы поступают на вход второго инвертора 13, а с его выхода сигналы поступают на второй вход второго сумматора 14. С выхода второго приемника б низкочастотный сигнал поступает на вход третьего инвертора 15 и информационный вход второго аналогового ключа 10. С выхода второго аналогового ключа 10 сигналы поступают на второй вход третьего сумматора 16, а на первый вход третьего сумматора 16 поступают сигналы с выхода третьего инвертора 15, причем коэффициент передачи по второму входу третьего сумматора 16 в два раза больше коэффициента передачи по его первому входу. С выхода третьего сумматора 16 сигналы поступают на первый вход второго сумматора 14, причем коэффициенты передачи по обоим входам второго сумматора равны. С выхода второго сумматора 14 сигналы поступают на вход интегратора 17. Первый аналоговый ключ 7, первый инвертор 8, блок 9 преобразования аналоговых сигналов в сигналы с ШИМ, регистр 11 сдвига и первый сумматор 12 реализуют операцию перемножения аналогового сигнала на
11
Р
12
12
11
Р
11
Р
11
Р
Т
сигнал с ШИМ и вычисления сигнала пропорционального одному текущему значению коэффициента автокорреляции ρ(τ) сигнала с выхода первого 5 приемника. Блок 9 преобразования аналоговых сигналов в сигналы с ШИМ, второй аналоговый ключ 10, третий инвертор 15 и третий сумматор 16 реализуют операцию перемножения аналогового сигнала на сигнал с ШИМ и вычисления сигнала пропорционального одному текущему значению коэффициента взаимной корреляции ρ(0) сигналов с выходов первого 5 и второго 6 приемников. На выходе второго сумматора 14 образуется сигнал рассогласования пропорциональный разности значений коэффициента взаимной корреляции ρ(0) и коэффициента автокорреляции ρ(τ). Сигнал рассогласования с выхода второго сумматора 14 накапливается интегратором 17 и изменяет частоту ƒ повторения импульсов на выходе управляемого генератора тактовой частоты 18 таким образом, чтобы значение коэффициента автокорреляции ρ(τ) стало равно значению коэффициента взаимной корреляции ρ(0). При этом время τ задержки в регистре 11 сдвига сигнала с выхода первого приемника 5 станет равным величине транспортного запаздывания τ сигнала с выхода второго приемника 6 относительно сигнала с выхода первого приемника 5. Частота ƒ повторения импульсов на выходе управляемого генератора
Т
Р
Т
Р
тактовой частоты 18 пропорциональна скорости движения объекта. Если скорость движения объекта возрастет, то величина транспортного запаздывания τ сигнала с выхода второго приемника б уменьшится. Появится сигнал рассогласования положительной полярности на выходе второго сумматора 14, следовательно увеличится напряжения на выходе интегратора 17, что приведет к увеличению частоты ƒ повторения импульсов на выходе управляемого генератора тактовой частоты 18 и уменьшению времени τ задержки в регистре 11 сдвига до тех пор, пока сигнал рассогласования на выходе второго сумматора 14 установится равным нулю. Если скорость движения объекта уменьшится, то величина транспортного запаздывания τ сигнала с выхода второго приемника 6 увеличится. Появится сигнал рассогласования отрицательной полярности на выходе второго сумматора 14, следовательно уменьшится напряжения на выходе интегратора 17, что приведет к уменьшению частоты ƒ повторения импульсов на выходе управляемого генератора тактовой частоты 18 и увеличению времени τ задержки в регистре 11 сдвига до тех пор, пока сигнал рассогласования на выходе второго сумматора 14 установится равным нулю. При преобразовании в блоке 9 сигнала с выхода первого приемника 5 в сигнал с ШИМ используется генератор треугольного напряжения, частота повторения
импульсов которого много больше верхней частоты в спектре преобразуемого сигнала. Длительность сигналов на выходе второго сумматора 14 не превышает длительности периода следования импульсов треугольного напряжения. Это позволяет уменьшить постоянную времени интегратора, что увеличивает быстродействие измерителя скорости. При этом сигналы малой длительности на выходе второго сумматора 14 изменяют напряжение на выходе интегратора 17 на меньшую величину, что увеличивает точность измерения скорости движения объекта. В итоге достигается повышение точности и быстродействия измерителя скорости.