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.
Как известно, определение скорости в механике движущихся объектов посредством корреляционных измерителей скорости осуществляют по ряду методов, например, по взаимнокорреляционной функции (обычной, полярной или релейной) или совместно по автокорреляционной и взаимнокорреляционной функциям (обычным, полярным или релейным).
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 взаимнокорреляционной 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.), содержащий излучающий преобразователь, подключенный к генератору, два приемных преобразователя, выходы которых подключены соответственно к первому и второму приемным устройствам с усилителями и детекторами, многоразрядный регистр сдвига, аналоговый инвертор, первый и второй сумматоры, интегратор, управляемый генератор тактовой частоты и отсчетное устройство, при этом выход аналогового инвертора соединен с входом первого сумматора, выход первого приемного устройства связан с информационным входом многоразрядного регистра сдвига, выход первого сумматора связан с входом второго сумматора, выход которого через интегратор подключен к управляемому генератору тактовой частоты, выход которого подключен к тактовым входам многоразрядного регистра сдвига и отсчетному устройству.
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 приемников, равного значению релейного коэффициента взаимной корреляции огибающих сигналов с двух приемников при нулевом временном сдвиге. Он обладает следующими недостатками: низкая точность измерения в широком диапазоне скоростей движения объекта и малое быстродействие, обусловленные неизменным временем осреднения в интеграторе при изменении в широких пределах спектрального состава огибающих принятых сигналов из-за
изменения скорости движения объекта.
Техническая задача, на которую направлена заявляемая полезная модель, является устранение указанных недостатков, а именно - повышение точности и быстродействия измерителя в широком диапазоне измеряемых скоростей.
Указанная задача достигается тем, что в известный корреляционный измеритель скорости, содержащий излучающий преобразователь, подключенный к генератору, первый и второй приемные преобразователи, выходы которых подключены соответственно к первому и второму приемным устройствам с усилителями и детекторами, многоразрядный регистр сдвига, аналоговый инвертор, первый и второй сумматоры, интегратор, управляемый генератор тактовой частоты и отсчетное устройство, причем выход аналогового инвертора соединен с входом первого сумматора, выход первого приемного устройства связан с информационным входом многоразрядного регистра сдвига, выход первого сумматора связан со вторым сумматором, выход которого через интегратор подключен к управляемому генератору тактовой частоты, выход которого подключен к тактовым входам многоразрядного регистра сдвига и отсчетному устройству, в отличие от него, в заявляемый измеритель дополнительно введены блок преобразования входного сигнала в сигнал с широтно-импульсной модуляцией (ШИМ) в виде прямоугольных импульсов чередующейся полярности и разной длительности, аналоговый ключ и второй аналоговый инвертор. При этом сигналы с выхода первого приемного устройства поступают непосредственно на вход блока преобразования входного сигнала в сигнал с широтно-импульсной модуляцией (ШИМ) и вход первого аналогового инвертора. Сигналы с выхода второго приемного устройства поступают непосредственно на второй вход первого сумматора. С выхода блока преобразования сигнал ШИМ
поступает непосредственно на информационный вход многоразрядного регистра сдвига, а с его выхода сигнал ШИМ (задержанный по времени), поступает непосредственно на вход управления аналогового ключа, на информационный вход которого непосредственно поступают сигналы с выхода первого сумматора. С выхода аналогового ключа сигналы поступают непосредственно на первый вход второго сумматора, на второй вход которого непосредственно поступают сигналы с выхода второго аналогового инвертора, вход которого подключен к выходу первого сумматора. Причем, коэффициент передачи по первому входу второго сумматора в два раза больше коэффициента передачи по второму входу второго сумматора, а коэффициенты передачи по обоим входам первого сумматора равны.
Применение заявляемого измерителя, включающего ограничительные и отличительные признаки - элементы со связями, в том числе первое и второе приемные устройства с усилителями и детекторами, блок преобразования входного сигнала в сигналы с ШИМ, первый и второй аналоговые инверторы, первый и второй аналоговые сумматоры, аналоговый ключ, позволяет в общей совокупности повысить его точность и быстродействие за счет сохранения информации об амплитуде огибающей сигнала с выхода первого приемного преобразователя в сигнале с ШИМ и переноса спектра сигнала с выхода первого приемного устройства в более высокочастотную область за счет широтно-импульсного преобразования, что приводит к относительному сужению спектра сигнала на входе интегратора, и в итоге к повышению точности и быстродействия измерителя.
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 5 и 6 с усилителями и амплитудными детекторами (не показаны). Выход первого приемного устройства 5 подключен к входу блока 7 преобразования в сигналы с широтно-импульсной модуляцией (ШИМ) и входу аналогового инвертора 8, выход которого подключен к входу первого сумматора 9. Выход второго приемного устройства 6 соединен с вторым входом сумматора 9, причем коэффициенты передачи по обоим входам сумматора 9 равны. Выход блока 7 преобразования в сигналы с ШИМ соединен с информационным входом первого разряда многоразрядного регистра 10 сдвига. Выход многоразрядного регистра 10 сдвига подключен к входу управления аналогового ключа 11, информационный вход которого соединен с выходом сумматора 9. Выход аналогового ключа 11 соединен с входом второго сумматора 12, причем коэффициент передачи по первому входу второго сумматора 12 в два раза больше коэффициента передачи по его второму входу, который соединен через второй аналоговый инвертор 13 с выходом первого сумматора 9. Выход второго сумматора 12 подключен к входу интегратора 14, выход которого подключен к входу управляемого генератора тактовой частоты 15. Выход управляемого генератора тактовой частоты 15 подключен к тактовым входам разрядов регистра сдвига 10 и входу отсчетного устройства 16 для индикации измеренной скорости движения объекта.
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 4, которые
ТР
0
Р
преобразуют акустические сигналы в электрические. На входы приемных устройств 5 и 6 с приемных преобразователей 3 и 4 поступают электрические высокочастотные 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. Приемные устройства 5 и 6 усиливают и детектируют высокочастотные сигналы. С выхода первого 5 приемного устройства низкочастотный сигнал поступает на вход блока 7 преобразования входного сигнала в сигнал с широтно-импульсной модуляцией (ШИМ) в виде прямоугольных импульсов чередующейся полярности и разной длительности τ(iT) и вход первого аналогового инвертора 8. С выхода второго приемного устройства 6 низкочастотный сигнал поступает на второй вход первого сумматора 9, на первый вход которого поступают сигналы с выхода первого 8 аналогового инвертора, причем коэффициенты передачи по обоим входам первого сумматора равны. На выходе первого сумматора 9 образуется разность сигналов с выходов второго 6 и первого 5 приемных устройств. С выхода блока 7 преобразования в сигналы с ШИМ импульсы поступают на информационный вход первого разряда многоразрядного регистра 10 сдвига. С выхода многоразрядного регистра 10 сдвига задержанные по времени на величину τ импульсы ШИМ поступают на вход управления аналогового ключа 11. На информационный вход аналогового ключа 11 поступают сигналы с выхода первого сумматора 9. С выхода аналогового ключа 11 сигналы поступают на первый вход второго сумматора 12, причем коэффициент передачи по первому входу второго сумматора 12 в два раза больше коэффициента передачи по его второму входу. На второй вход второго сумматора
Р
Р
Р
Р
Р
ТР
ТР
Р
12 поступают через второй аналоговый инвертор 13 сигналы с выхода первого сумматора 9. С выхода второго сумматора 12 сигналы поступают на вход интегратора 14. Блок 7 преобразования аналоговых сигналов в сигналы с ШИМ, первый 8 и второй 13 аналоговые инверторы, многоразрядный регистр 10 сдвига, первый 9 и второй 12 сумматоры, аналоговый ключ 11 в совокупности реализуют операцию перемножения аналогового сигнала на сигнал с ШИМ и вычисления разности сигналов, пропорциональных коэффициенту взаимной корреляции r(τ) сигналов с выходов первого 5 и второго 6 приемных устройств, и коэффициенту автокорреляции а(τ) сигнала с выхода первого 5 приемного устройства. Полученный сигнал рассогласования накапливается интегратором 14 и изменяет частоту ƒ повторения импульсов на выходе управляемого генератора тактовой частоты 15 таким образом, чтобы значение коэффициента r(τ) взаимной корреляции стало равным значению коэффициента а(τ) автокорреляции. При этом время задержки τ в регистре 10 сдвига пропорционально вышеприведенной величине транспортного запаздывания τ сигнала с выхода второго приемного устройства 6 относительно сигнала с выхода первого приемного устройства 5. Частота ƒ повторения импульсов на выходе управляемого генератора тактовой частоты 15 пропорциональна скорости движения объекта. Если скорость движения объекта возрастет, то величина транспортного запаздывания τ сигнала с выхода второго 6 приемного устройства уменьшится, появится сигнал рассогласования положительной полярности на выходе второго сумматора 12, увеличится напряжения на выходе интегратора 14, что приведет к увеличению частоты ƒ повторения импульсов на выходе управляемого генератора тактовой частоты 15 и уменьшению времени τ задержки в регистре 10 сдвига до тех пор,
ТР
Р
пока сигнал рассогласования на выходе второго сумматора 12 установится равным нулю. Если скорость движения объекта уменьшится, то величина транспортного запаздывания τ сигнала с выхода второго приемного устройства 6 увеличится, появится сигнал рассогласования отрицательной полярности на выходе второго сумматора 12, уменьшится напряжения на выходе интегратора 14, что приведет к уменьшению частоты ƒ повторения импульсов на выходе управляемого генератора тактовой частоты 15 и увеличению времени τ задержки в регистре 10 сдвига до тех пор, пока сигнал рассогласования на выходе второго сумматора 12 установится равным нулю. При преобразовании в блоке 7 сигнала с выхода первого приемника 5 в сигнал с ШИМ используется известный генератор треугольного напряжения, частота повторения импульсов которого много больше верхней частоты в спектре преобразуемого сигнала. Длительность сигналов на выходе второго сумматора 12 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 12 изменяют напряжение на выходе интегратора 14 на меньшую величину, что увеличивает точность измерения скорости движения объекта.
Этим достигаются повышение быстродействия и точности измерителя в широком диапазоне измеряемых скоростей.