ЭХОЛОТ

Полезная модель относится к устройствам приема и передачи гидроакустических сигналов, предназначенным для преобразования гидроакустических сигналов в электрические сигналы (при приеме) и электрических сигналов в гидроакустические сигналы (при передаче), и может быть использована в акустических локационных системах, в частности, эхолотах.
Одним из основных узлов эхолота является гидроакустический преобразователь - "антенна" эхолота. Он преобразовывает электрическую энергию от передатчика в звуковую волну высокой частоты. Звуковая волна от преобразователя проходит через воду и назад, отразившись от любого объекта в воде. Когда отраженный сигнал попадает назад в гидроакустический преобразователь, он преобразовывает звук в электрическую энергию, которая посылается приемнику эхолота. Гидроакустический преобразователь должен быть способен излучать мощные импульсы передатчика, преобразовывая электрические импульсы в звуковые с минимальными потерями мощности. В то же самое время он должен быть достаточно чувствительным, чтобы принять самые слабые из отраженных сигналов. Все это относится к определенной установленной частоте и при этом преобразователь должен игнорировать эхо, приходящих на других частотах. В эхолоте процесс распространения звуковых волн повторяется несколько раз в секунду, благодаря чему, на его дисплее мы можем наблюдать за движущейся картинкой (изображением) в виде рельефа дна, проплывающих рыб и других объектов, попадающих в зону облучения.
Известны эхолоты, описанные в патентах [Л.1 и Л.2], которые содержат в своем составе: микроконтроллер (МК) или ЭВМ, дисплей, передатчик, приемник, аналого-цифровой преобразователь (АЦП), электроакустический преобразователь (ЭАП).
Ближайшим аналогом предлагаемой полезной модели может служить эхолот [Л.2], в котором периодически излучается сигнал, сформированный по параметрам, установленным в ЭВМ по соответствующим алгоритмам, таким как форма сигнала, его длительность и частота и др., после усиления, через устройство согласования, он подается на электроакустический преобразователь.
Недостатком таких эхолотов, в которых для связи с ЭВМ используется проводной интерфейс, является невозможность оперативного и мобильного доступа к движущемуся изображению (объектов, попадающих в зону облучения, и его характеристикам: глубина, размеры и т.д., которые вычисляются в ЭВМ и выводятся на дисплей), а также ограничение возможности применения в качестве ЭВМ планшетного ПК, смартфона или коммуникатора.
Полезной моделью решается задача создания эхолота, свободного от вышеуказанного недостатка, расширения его функциональных возможностей за счет использования в качестве ЭВМ и дисплея широко распространенных планшетных ПК, смартфонов (мобильный телефон, сравнимый с карманным персональным компьютером), коммуникаторов (карманный персональный компьютер, дополненный функциональностью мобильного телефона) и любых других устройств(РDА устройств), имеющих в своем составе беспроводный интерфейс, в частности, Wi-Fi и обладающих большими вычислительными возможностями.
Смартфоны и коммуникаторы отличаются от обычных мобильных телефонов наличием развитой операционной системы, открытой для разработки программного обеспечения сторонними разработчиками (операционная система мобильных телефонов закрыта для сторонних разработчиков). Установка дополнительных приложений позволяет значительно улучшить функциональность смартфонов и коммуникаторов по сравнению с обычными мобильными телефонами. Однако в последнее время граница между «обычными» телефонами и смартфонами все больше стирается, новые телефоны (за исключением самых дешевых моделей) давно обзавелись функциональностью, некогда присущей только смартфонам, например, электронная почта и HTML-браузер, а также многозадачностью.
Указанная задача решается тем, что в эхолот, содержащий электроакустический преобразователь, передатчик, приемник, аналого-цифровой преобразователь, интерфейс, устройство согласования приемника и передатчика сигналов, включающее в себя коммутатор приема - передачи, при этом выход передатчика и вход приемника через устройство согласования соединены с электроакустическим преобразователем, вход регулировки усиления приемника и вход (для управления мощностью и ввода формы, вида и длительности излучаемого сигнала) передатчика подключены[ к интерфейсу, к которому через аналого-цифровой преобразователь подключен выход приемника, дополнительно введены связанные радиоканалом PDA устройство и модуль Wi-Fi, вход-выход которого соединен с выходом-входом интерфейса, при этом происходит преобразование цифровой последовательности с аналого-цифрового преобразователя в радиосигнал, который передается по радиоканалу на PDA устройство, имеющего в своем составе модуль Wi-Fi; в свою очередь управляющие команды от PDA устройства передаются по радиоканалу на приемник и передатчик гидроакустических сигналов.
Структурная электрическая схема предлагаемого эхолота представлена на рисунке, где обозначено: 1 - PDA устройство (смартфон); 2 - стандартный Wi-Fi модуль; 3 - последовательный интерфейс; 4 - передатчик; 5 - приемник; 6 - электроакустический преобразователь; 7 - аналого-цифровой преобразователь; 8 - устройство согласования приемника и передатчика сигналов.
В эхолоте выход передатчика 4 и первый вход приемника 5 через устройство согласования 8 соединены с электроакустическим преобразователем 6, второй вход (регулировки усиления) приемника 5 и вход (для управления мощностью и ввода формы, вида и длительности излучаемого сигнала) передатчика 4 подключены к интерфейсу 3, к которому через аналого-цифровой преобразователь 7 подключен выход приемника 5, связанные радиоканалом PDA устройство 1 и модуль Wi-Fi 2, вход-выход которого соединен с выходом-входом интерфейса 3.
Предлагаемый эхолот работает следующим образом
В начальный момент времени, то есть в момент запуска работы программного обеспечения, PDA устройство 1 через радиоканал, модуль Wi-Fi 2 и последовательный интерфейс 3 проверяет готовность аппаратуры к работе. В случае успешного завершения тестирования оператору выдается команда «готов к работе». Одновременно выполняются начальные установки параметров передатчика 4 и приемника 5. Для передатчика - это излучаемая мощность, а параметры излучаемого сигнала - это тип сигнала, его длительность и частота. Для приемника 4 - это функция фильтрации и регулировки коэффициента усиления. Затем, по команде «пуск», на передатчик 4 из PDA устройства 1 через модуль Wi-Fi 2 и интерфейс 3 поступает полезный сигнал, сформированный по параметрам, установленным по умолчанию, и, после усиления, через устройство согласования 8 он подается на электроакустический преобразователь 6. Одновременно коммутатор приема-передачи 8 отключает вход приемника 5 от ЭАП 6. Этим обеспечивается защита приемника 5 от высокого напряжения на входе в момент излучения. После окончания цикла передачи (излучения) коммутатор приема-передачи устройства согласования 8 подключает вход приемника 5 к ЭАП 6, и начинается цикл приема. Принятый эхо-сигнал с выхода приемника 5 оцифровывается АЦП 6 и через интерфейс 3 и модуль Wi-Fi 2 по радиоканалу передается на PDA устройство 1 в виде массива цифровых данных. В PDA устройстве 1 этот исходный массив отсчетов обрабатывается в соответствии с одним из существующих алгоритмов обработки принятого эхо-сигнала и выводится на экран PDA устройства 1 в виде рельефа дна, проплывающих рыб и других объектов, попадающих в зону облучения.
После окончания цикла передача-прием начинается новый, в котором описанные процедуры обнаружения эхо-сигнала от дна, установления его амплитуды, определения его начала, вычисления глубины и вывод ее на дисплей PDA устройства 1 повторяются.
Таким образом, применение в эхолоте модуля Wi-Fi (беспроводного интерфейса) позволяет подключать к нему через радиоканал РДА устройства, обладающие расширенными функциональными и вычислительными возможностями, повышая эффективность эхолота за счет мобильности и оперативности управления его режимами, доступа к изображению картинки локации подводной среды и наблюдением за ним без «жесткой» проводной привязанности к приемо-передающему тракту гидроакустических сигналов.
Литература
1. Эхолот. Патент 2241242 RU от 2003.03.31, G01S 15/08.
2. Эхолот. Патент 2390796 RU от 27.04.2009, G01S 15/00