Имитатор отраженных гидроакустических сигналов доплеровского лага

ИМИТАТОР ОТРАЖЕННЫХ ГИДРОАКУСТИЧЕСКИХ СИГНАЛОВ
ДОПЛЕРОВСКОГО ЛАГА
Заявляемое устройство относится к области гидроакустики и может быть использовано для контроля и оценки параметров и определения инструментальной погрешности аппаратной части доплеровских лагов, работающих с частотнонезависимыми антеннами 5, стр.214.
Известны имитаторы отраженных сигналов 1, 2, 4, создающие модели отраженных сигналов, близкие к реальным, позволяющие проверить работоспособность гидро или радиолокаторов в рабочем диапазоне расстояний до отражающих поверхностей при реальных отношениях сигнал/шум. Основными элементами типового имитатора являются:
-имитатор расстояния, формирующий импульс, задержанный относительно зондирующего импульса гидролокатора, и сигнал для регулировки коэффициента передачи делителя напряжения. Задержка формирующего импульса и сигнал регулировки устанавливаются пропорциональными имитируемому расстоянию;
-управляемый по частоте гетеродин (далее гетеродин), формирующий частоту отраженного сигнала, зависящую от эффекта Доплера, т.е. от скорости движения носителя гидролокатора;
-формирователь импульсов, вырабатывающий длительность отраженного сигнала, изменяемую в зависимости от расстояния до отражающей поверхности;
-модулятор, формирующий отраженный радиоимпульс;
-делитель напряжения, предназначенный для имитации ослабления сигнала с расстоянием;
-формирователь помех, создающий напряжение помех, близкое по спектру и характеру реальным помехам;
-сумматор, предназначенный для сложения напряжений помехи и имитируемого отраженного сигнала, выход которого соединен со входом приемного тракта гидролокатора.
Наиболее близким по совокупности признаков к предлагаемой полезной модели является Имитатор отраженных гидроакустических сигналов доплеровского лага, описание которого приведено в заявке  4 . В состав устройства-прототипа входят общие с заявляемым устройством элементы: первый и второй сумматоры, схема формирования помех, имитатор расстояния, первый и второй делители напряжения, первый и второй модуляторы, формирователь импульсов, первый и второй гетеродины.
г а а Jt о s т в
GO1S 15/00
Недостатком устройства прототипа является невозможность использовать его при проверке электронной аппаратуры лага без приемных акустических антенн лага, что при изготовлении антенн и аппаратуры лага разными предприятиями и в разное время не позволит своевременно провести приемо-сдаточные испытания электронной аппаратуры. При использовании имитатора  4  необходим гидроакустический бассейн довольно больших размеров, имеющийся не на всех предприятиях (минимальный
размер одной из его сторон А должен быть не менее -, где D - максимальный
размер антенны, /. - длина волны). Для высокочастотных лагов, например, при D  0,4 м, л  6 мм, А  14 м, а для низкочастотных - в несколько раз больше.
Задачей заявляемого устройства является создание имитатора отраженных гидроакустических сигналов для контроля параметров электронной аппаратуры доплеровских лагов, использующих в своем составе частотно-независимые в доплеровском смысле антенны 5, стр. 214. Такие антенны содержат мозаику, состоящую из прямоугольных пьезокерамических элементов, расстояние между центрами которых равно длине волны. Элементы соединены в секции таким образом, что сдвиг фаз между напряжениями сигнала на соседних секциях, от которых сигналы
поступают на вход приемного тракта лага, составляет (,а  -, где п - целое число
секций. При этом одна приемная антенна формирует две характеристики, оси которых направлены в противоположные стороны и составляют некоторый угол О с плоскостью поверхности антенны. Разделение сигналов, принятых с противоположных направлений, осуществляется в приемном тракте лага Для лага, измеряющего продольную и поперечную составляющие скорости хода судна, используют две приемных антенны, расположенные так, что направление приема одной из них совпадает с направлением диаметральной плоскости с судна, а у второй перпендикулярно к этой плоскости.
Отличие заявляемого устройства от прототипа  4 , формирующего два гидроакустических сигнала, частоты которых отличаются на удвоенную доплеровскую частоту, состоит в том, что оно формирует четыре электрических сигнала, в каждом из которых содержатся одновременно два напряжения, частоты которых отличаются на удвоенную доплеровскую частоту, а фазы напряжений каждой из частот отличаются от сигнала к сигналу на какой-то постоянный угол, например 90°. Сигналы, формируемые заявляемым устройством, имитируют электрические сигналы на выходе приемной антенны лага.
Заявляемое устройство предназначено для лага, сдвиг фаз между секциями приемных антенн которого 90°.
1)-.
импульсов, первый и второй гетеродины, причем выход имитатора расстояния соединен со входом формирователя импульсов, выход которого соединен с входами первого и второго модуляторов, вторые входы модуляторов соединены соответственно с выходами первого и второго гетеродинов, введены первый и второй формирователи сдвига фаз, третий и четвертый сумматоры, третий и четвертый делители напряжения, причем выход первого модулятора соединен со входом второго формирователя сдвига фаз, выход второго модулятора соединен со входом первого формирователя сдвига фаз, кроме того первый, второй третий и четвертый выходы первого формирователя сдвига фаз соединены соответственно с первыми входами первого, второго третьего и четвертого сумматоров, четвертый, третий, второй и первый выходы второго формирователя сдвига фаз соединены соответственно со вторыми входами первого, второго третьего и четвертого сумматоров, третьи входы всех четырех сумматоров объединены и соединены с выходом формирователя помех, выходы первого, второго, третьего и четвертого сумматоров соединены соответственно со входами первого, второго, третьего и четвертого делителей напряжения, выходы которых являются входами приемного тракта испытуемого лага.
Структура заявляемого устройства показана на чертеже (фиг. 1), где введены следующие обозначения:
-имитатор расстояния - 1;
-первый и второй модуляторы - 2, 3;
-первый и второй гетеродины - 4, 5;
-формирователь импульсов - 6;
-первый и второй формирователи сдвига фаз - 7, 8;
-формирователь помех - 9;
-первый, второй, третий, четвертый сумматоры - 10, 11, 12, 13;
-первый, второй, третий, четвертый делители напряжения - 14, 15, 16, 17. Выход блока 1 подключен ко входу блока 6, выход которого соединен с первыми
входами блоков 2 и 3, выход блока 4 соединен со вторым входом блока 2, выход блока 5 соединен со вторым входом блока 3, выход блока 2 соединен со входом блока 8, выход блока 3 соединен со входом блока 7, первый выход блока 7 соединен с первым входом блока 10, второй выход - с первым входом блока 11, третий выход - с первым входом блока 12, четвертый выход - с первым входом блока 13, первый выход блока 8 соединен со вторым входом блока 13, второй выход блока 8 соединен со вторым входом блока 12, третий выход блока 8 соединен со вторым входом блока 11, четвертый выход блока 8 соединен со вторым входом блока 10, выход блока 9 соединен с третьими входами блоков 10, 11, 12, 13. Выходы блоков 10, 11, 12, 13 соединены соответственно со входами блоков 14, 15, 16, 17.
в качестве формирователя помех может быть использован стандартный измерительный генератор шумовых сигналов типа Г2-59, Г2-57 и т.п. 3, стр.162
В качестве имитатора расстояния и формирователя импульсов может быть использован стандартный измерительный генератор импульсов типа Г5-56 3, стр.180, имеющий внешний запуск, формирующий видеоимпульс, длительность и задержка которого относительно импульса внешнего запуска могут изменяться.
В качестве гетеродинов могут быть использованы стандартные измерительные генераторы типа ГЗ-110 3, стр.163, частота напряжения которых может изменяться в широких пределах, либо генератор с первым (вторым) модулятором, приведенный в 1. стр.89.
Формирователи сдвига фаз (блоки 7, 8) могут быть выполнены по схеме, приведенной на фиг. 2.
Приходящий на вход формирователя сигнал ограничивается на элементах R1, D1, D2 и запускает триггеры, например, на микросхеме VT1, которой может быть 564ТМ2, либо другая аналогичная, на выходах которых напряжения с частотой в 4 раза меньшей, чем на входе формирователя сдвинуты на 90°.
Каждый из сумматоров (блоки 10 - 13) содержит 3 резистора, одни выводы которых соединены вместе и соединены с выходом сумматора, а остальные выводы резисторов подключены к 1, 2, 3 входам сумматора.
Каждый из делителей напряжений (блоки 7, 24 - 17) представляет собой потенциометр, движок которого соединен с выходом, один их неподвижных концов соединен со входом, а второй - с общим проводом делителя.
Заявляемое устройство работает следующим образом.
Выход тракта излучения испытуемого лага подключают к эквиваленту нагрузки и соединяют со входом блока 1 имитатора. Перед включением лага на блоках имитатора устанавливают соответствующие одной из глубин и одной из скоростей (из рабочего диапазона лага) следующие параметры:
период следования импульсов приема отраженных сигналов в блоке 1;
- частоты отраженных сигналов по переднему и заднему лучам в блоках 4, 5
f4  4 (fo + fg) и fs  4 (fo - fg), где fo V С частота излучаемых лагом сигналов; скорость хода судна; скорость звука в воде; напряжение помех в блоке 9;
под килем судна. Формирователь импульсов (блок 6) вырабатывает длительность отраженного о грунта сигнала и открывает на это время модуляторы (блоки 2, 3), через которые напряжения с гетеродинов (блоки 4, 5) с частотами f4 и fs поступают соответственно на формирователи сдвига фаз (блоки 7, 8), в которых происходит деление частот, поступающих на их вход напряжений f4 , fs на четыре и формирование
на выходе каждого из блоков четырех напряжений частот f,, -f,, Г, t
соответственно, имеющих сдвиги фаз 0°, 90°, 180° и 270°, и далее через сумматоры (блоки 10 - 13) и делители напряжения (блоки 14 - 17) на соответствующие четыре входа приемного тракта испытуемого лага.
В сумматорах происходит смешение частот f , f, с помехами, формируемыми
блоком 9.
С помощью делителей напряжения (блоки 14 - 17) устанавливают уровни имитируемых сигналов, соответствующие имитируемой глубине.
Изменяя в процессе испытания лага упомянутые выше параметры проверяют способность лага автоматически изменять период следования зондирующих сигналов, их длительность, излучаемую мощность, коэффициент усиления приемного тракта, а также оценивают инструментальную погрешность лага при заданном отношении сигнал/помеха. Погрешность лага определяют при сопоставлении индицируемой лагом скорости со скоростью, принятой при расчете частоты Доплера fg при установке частот гетеродинов f4 , fs блоков 4, 5.
Соединив в параллель входы усилительных трактов лага, принимающих сигналы от антенн, работающих по продольной и поперечной составляющих скорости, и подключив их к имитатору, можно одновременно исследовать погрешности лага при измерении обеих составляющих скорости.
Из приведенного описания следует, что заявленное устройство решает поставленную задачу имитации отраженных гидроакустических сигналов доплеровского лага.
11
Д)
1А.С.Колчеданцев Гидроакустические станции, Л., Судостроение, 1982 г. (стр. 175-180).
2 Радиолокационная станция с встроенным имитатором - заявка 9810370/09 от 19.02.98 7 6015 7/40.
3Каталог изделий промышленности средств связи,  89 Радиоизмерительные приборы, серия 1, Центральный отраслевой орган НТИ Экое, М., 1988 г.
4 Имитатор отраженных гидроакустических сигналов доплеровского лага заявка на полезную модель, приоритет от 09.07.02 № 2002118037, решение о выдаче свидетельства от 04.10.02 г.
5В.И,Бородин и др. Гидроакустические навигационные средства, Л., Судостроение, 1983 г.
Источники информации